Ce se încălzește mai repede pe aragaz - un ceainic sau o găleată cu apă? Răspunsul este evident - un ibric. Atunci a doua întrebare este de ce?
Răspunsul nu este mai puțin evident - deoarece masa de apă din ibric este mai mică. Amenda. Și acum poți face cea mai reală experiență fizică pe cont propriu acasă. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de două cratițe mici identice, o cantitate egală de apă și ulei vegetal, de exemplu, o jumătate de litru fiecare și un aragaz. Pune oale cu ulei și apă pe același foc. Și acum uitați-vă doar ce se va încălzi mai repede. Dacă există un termometru pentru lichide, îl poți folosi, dacă nu, poți doar să încerci din când în când temperatura cu degetul, doar ai grijă să nu te arzi. În orice caz, vei vedea în curând că uleiul se încălzește mult mai repede decât apa. Și încă o întrebare, care poate fi implementată și sub formă de experiență. Care fierbe mai repede - apa calda sau rece? Totul este din nou evident - cel cald va fi primul care va termina. De ce toate aceste întrebări și experimente ciudate? Pentru a determina mărimea fizică numită „cantitatea de căldură”.
Cantitatea de căldură
Cantitatea de căldură este energia pe care corpul o pierde sau o câștigă în timpul transferului de căldură. Acest lucru este clar din nume. La răcire, corpul va pierde o anumită cantitate de căldură, iar atunci când este încălzit, va absorbi. Și răspunsurile la întrebările noastre ne-au arătat de ce depinde cantitatea de caldura?În primul rând, cu cât masa corpului este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de căldură care trebuie consumată pentru a-și schimba temperatura cu un grad. În al doilea rând, cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp depinde de substanța din care este compus, adică de felul de substanță. Și în al treilea rând, diferența de temperatură corporală înainte și după transferul de căldură este, de asemenea, importantă pentru calculele noastre. Pe baza celor de mai sus, putem determinați cantitatea de căldură cu formula:
unde Q este cantitatea de căldură,
m - greutatea corporală,
(t_2-t_1) - diferența dintre temperatura inițială și cea finală a corpului,
c - capacitatea termică specifică a substanței, se regăsește din tabelele aferente.
Folosind această formulă, puteți calcula cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi orice corp sau pe care acest corp o va elibera atunci când se răcește.
Cantitatea de căldură se măsoară în jouli (1 J), ca orice altă formă de energie. Cu toate acestea, această valoare a fost introdusă nu cu mult timp în urmă, iar oamenii au început să măsoare cantitatea de căldură mult mai devreme. Și au folosit o unitate care este folosită pe scară largă în vremea noastră - o calorie (1 cal). 1 calorie este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura a 1 gram de apă cu 1 grad Celsius. Ghidați de aceste date, iubitorii numărării caloriilor din alimentele pe care le consumă pot, de dragul interesului, să calculeze câți litri de apă pot fi fierți cu energia pe care o consumă cu alimente în timpul zilei.
SCHIMB DE CALDURA.
1.Transfer de căldură.
Schimb de căldură sau transfer de căldură este procesul de transfer a energiei interne a unui corp către altul fără a lucra.
Există trei tipuri de transfer de căldură.
1) Conductivitate termică este schimbul de căldură între corpurile aflate în contact direct.
2) Convecție este transferul de căldură în care căldura este transferată prin fluxuri de gaz sau lichid.
3) Radiația este transferul de căldură prin radiație electromagnetică.
2. Cantitatea de căldură.
Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne a unui corp în timpul schimbului de căldură. Notat prin literă Q.
Unitatea de măsură a cantității de căldură = 1 J.
Cantitatea de căldură primită de un corp de la un alt corp ca urmare a transferului de căldură poate fi cheltuită pentru creșterea temperaturii (creșterea energiei cinetice a moleculelor) sau pentru modificarea stării de agregare (creșterea energiei potențiale).
3. Capacitatea termică specifică a unei substanțe.
Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp de masă m de la temperatura T 1 la temperatura T 2 este proporțională cu masa corporală m și cu diferența de temperatură (T 2 - T 1), adică.
Q = cm(T 2 - T 1 ) = cumΔ T,
cu se numește capacitatea termică specifică a substanței corpului încălzit.
Capacitatea termică specifică a unei substanțe este egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă la 1 kg de substanță pentru a o încălzi cu 1 K.
Unitate de capacitate termică specifică =.
Valorile capacității termice ale diferitelor substanțe pot fi găsite în tabelele fizice.
Exact aceeași cantitate de căldură Q va fi eliberată atunci când corpul este răcit de ΔT.
4. Căldura specifică de vaporizare.
Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid în vapori este proporțională cu masa lichidului, adică.
Q = lm,
unde este coeficientul de proporționalitate L se numeste caldura specifica de vaporizare.
Căldura specifică de vaporizare este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma 1 kg de lichid la punctul de fierbere în abur.
Unitate de măsură pentru căldura specifică de vaporizare.
În procesul invers, condensarea aburului, căldura este eliberată în aceeași cantitate care a fost cheltuită pentru vaporizare.
5. Căldura specifică de fuziune.
Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un solid într-un lichid este proporțională cu masa corpului, adică.
Q = λ m,
unde coeficientul de proporționalitate λ se numește căldură specifică de fuziune.
Căldura specifică de fuziune este egală cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un corp solid cu o greutate de 1 kg într-un lichid la punctul de topire.
Unitate de măsură pentru căldura specifică de fuziune.
În procesul invers, cristalizarea unui lichid, căldura este eliberată în aceeași cantitate care a fost cheltuită la topire.
6. Căldura specifică de ardere.
Experiența arată că cantitatea de căldură degajată în timpul arderii complete a combustibilului este proporțională cu masa combustibilului, adică.
Q = qm,
Unde factorul de proporționalitate q se numește căldură specifică de ardere.
Căldura specifică de ardere este egală cu cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a 1 kg de combustibil.
Unitate de măsură pentru căldura specifică de ardere.
7. Ecuația echilibrului termic.
Două sau mai multe corpuri sunt implicate în schimbul de căldură. Unele corpuri degajă căldură, în timp ce altele o primesc. Transferul de căldură are loc până când temperaturile corpurilor devin egale. Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură care este emisă este egală cu cantitatea care este primită. Pe această bază, se scrie ecuația bilanţului termic.
Luați în considerare un exemplu.
Un corp de masă m 1 , a cărui capacitate termică este c 1 , are temperatura T 1 , iar un corp de masă m 2 , a cărui capacitate termică este c 2 , are temperatura T 2 . Mai mult, T1 este mai mare decât T2. Aceste corpuri sunt aduse în contact. Experiența arată că un corp rece (m 2) începe să se încălzească, iar un corp fierbinte (m 1) începe să se răcească. Acest lucru sugerează că o parte din energia internă a unui corp fierbinte este transferată la unul rece, iar temperaturile se uniformizează. Să notăm temperatura totală finală cu θ.
Cantitatea de căldură transferată de la un corp fierbinte la unul rece
Q transferat. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Cantitatea de căldură primită de un corp rece de la unul fierbinte
Q primit. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Conform legii conservării energiei Q transferat. = Q primit., adică
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Să deschidem parantezele și să exprimăm valoarea temperaturii totale la starea de echilibru θ.
Valoarea temperaturii θ în acest caz se va obține în kelvin.
Cu toate acestea, deoarece în expresiile pentru Q a trecut. iar Q este primit. dacă există o diferență între două temperaturi și este aceeași atât în kelvin, cât și în grade Celsius, atunci calculul poate fi efectuat în grade Celsius. Apoi
În acest caz, valoarea temperaturii θ se va obține în grade Celsius.
Egalizarea temperaturilor ca rezultat al conducerii căldurii poate fi explicată pe baza teoriei cinetice moleculare ca un schimb de energie cinetică între molecule în timpul coliziunii în procesul mișcării haotice termice.
Acest exemplu poate fi ilustrat cu un grafic.
>>Fizica: Cantitatea de căldură
Este posibilă modificarea energiei interne a gazului din cilindru nu numai lucrând, ci și încălzind gazul.
Dacă reparați pistonul ( fig.13.5), atunci volumul gazului nu se modifică atunci când este încălzit și nu se lucrează. Dar temperatura gazului și, prin urmare, energia sa internă, crește.
Se numește procesul de transfer de energie de la un corp la altul fără a lucra schimb de caldura sau transfer de căldură.
Măsura cantitativă a modificării energiei interne în timpul transferului de căldură se numește cantitatea de căldură. Cantitatea de căldură se mai numește și energia pe care corpul o eliberează în procesul de transfer de căldură.
Imaginea moleculară a transferului de căldură
În timpul schimbului de căldură, nu există o conversie a energiei dintr-o formă în alta; o parte din energia internă a unui corp fierbinte este transferată într-un corp rece.
Cantitatea de căldură și capacitatea de căldură.Știi deja că a încălzi un corp cu o masă m temperatura t1 până la temperatură t2 este necesar să îi transferați cantitatea de căldură:
Când un corp se răcește, temperatura finală t2 este mai mică decât temperatura inițială t1 iar cantitatea de căldură degajată de organism este negativă.
Coeficient cîn formula (13.5) se numește căldura specifică substante. Capacitatea termică specifică este o valoare egală numeric cu cantitatea de căldură pe care o primește sau o eliberează o substanță cu masa de 1 kg atunci când temperatura sa se schimbă cu 1 K.
Capacitatea termică specifică depinde nu numai de proprietățile substanței, ci și de procesul prin care are loc transferul de căldură. Dacă încălziți un gaz la presiune constantă, acesta se va extinde și va funcționa. Pentru a încălzi un gaz cu 1°C la presiune constantă, trebuie să i se transfere mai multă căldură decât pentru a-l încălzi la un volum constant, când gazul se va încălzi doar.
Lichidele și solidele se extind ușor când sunt încălzite. Capacitățile lor specifice de căldură la volum constant și presiune constantă diferă puțin.
Căldura specifică de vaporizare. Pentru a transforma un lichid în vapori în timpul procesului de fierbere, este necesar să îi transferați o anumită cantitate de căldură. Temperatura unui lichid nu se schimbă atunci când fierbe. Transformarea unui lichid în vapori la o temperatură constantă nu duce la o creștere a energiei cinetice a moleculelor, ci este însoțită de o creștere a energiei potențiale a interacțiunii lor. La urma urmei, distanța medie dintre moleculele de gaz este mult mai mare decât între moleculele lichide.
Valoarea egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid de 1 kg în abur la o temperatură constantă se numește căldură specifică de vaporizare. Această valoare este indicată de literă rși se exprimă în jouli pe kilogram (J/kg).
Căldura specifică de vaporizare a apei este foarte mare: rH2O\u003d 2.256 10 6 J / kg la o temperatură de 100 ° C. În alte lichide, de exemplu, alcool, eter, mercur, kerosen, căldura specifică de vaporizare este de 3-10 ori mai mică decât cea a apei.
Pentru a transforma un lichid într-o masă m aburul necesită o cantitate de căldură egală cu:
Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură:
O valoare egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o substanță cristalină care cântărește 1 kg la un punct de topire într-un lichid se numește căldură specifică de fuziune.
În timpul cristalizării unei substanțe cu o masă de 1 kg, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură cum este absorbită în timpul topirii.
Căldura specifică de topire a gheții este destul de mare: 3,34 10 5 J/kg. „Dacă gheața nu ar avea o căldură mare de fuziune”, scria R. Black în secolul al XVIII-lea, „atunci în primăvară întreaga masă de gheață ar trebui să se topească în câteva minute sau secunde, deoarece căldura este transferată continuu în gheață. din aer. Consecințele acestui lucru ar fi cumplite; căci chiar și în situația actuală, din topirea maselor mari de gheață sau zăpadă apar mari inundații și torenți mari de apă.”
Pentru a topi un corp cristalin cu o masă m, cantitatea de căldură necesară este:
Cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării corpului este egală cu:
Energia internă a unui corp se modifică în timpul încălzirii și răcirii, în timpul vaporizării și condensării, în timpul topirii și cristalizării. În toate cazurile, o anumită cantitate de căldură este transferată sau îndepărtată din corp.
???
1. Ceea ce se numește cantitate căldură?
2. De ce depinde capacitatea termică specifică a unei substanțe?
3. Ce se numește căldura specifică de vaporizare?
4. Ce se numește căldura specifică de fuziune?
5. În ce cazuri cantitatea de căldură este o valoare pozitivă și în ce cazuri este negativă?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a 10-a
Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, instruiri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole cipuri pentru pătuțuri curioase manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment în manual elemente de inovare în lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul recomandări metodice ale programului de discuții Lecții integrateDacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,
O ramură a fizicii moleculare care studiază transferul de energie, modelele de transformare a unor tipuri de energie în altele. Spre deosebire de teoria molecular-cinetică, termodinamica nu ține cont de structura internă a substanțelor și a microparametrilor.
Sistem termodinamic
Aceasta este o colecție de corpuri care fac schimb de energie (sub formă de muncă sau căldură) între ele sau cu mediul. De exemplu, apa din ceainic se raceste, are loc schimbul de caldura al apei cu ceainicul si al ceainicului cu mediul. Cilindru cu gaz sub piston: pistonul efectuează un lucru, în urma căruia gazul primește energie și se modifică macro-parametrii.
Cantitatea de căldură
Aceasta este energie, care este primit sau dat de sistem în procesul de schimb de căldură. Notat cu simbolul Q, măsurat, ca orice energie, în Jouli.
Ca rezultat al diferitelor procese de transfer de căldură, energia care este transferată este determinată în felul său.
Incalzind si racind
Acest proces este caracterizat de o schimbare a temperaturii sistemului. Cantitatea de căldură este determinată de formulă
Capacitatea termică specifică a unei substanţe cu măsurată prin cantitatea de căldură necesară pentru încălzire unități de masă a acestei substanțe cu 1K. Încălzirea a 1 kg de sticlă sau a 1 kg de apă necesită o cantitate diferită de energie. Capacitatea termică specifică este o valoare cunoscută, deja calculată pentru toate substanțele, în tabelele fizice.
Capacitatea termică a substanței C- aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi corpul fără a lua în considerare masa acestuia cu 1K.
Topire și cristalizare
Topirea este trecerea unei substanțe de la starea solidă la starea lichidă. Tranziția inversă se numește cristalizare.
Energia care este cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline a unei substanțe este determinată de formula
Căldura specifică de fuziune este o valoare cunoscută pentru fiecare substanță, în tabelele fizice.
Vaporizare (evaporare sau fierbere) și condensare
Vaporizarea este trecerea unei substanțe de la o stare lichidă (solidă) la o stare gazoasă. Procesul invers se numește condensare.
Căldura specifică de vaporizare este o valoare cunoscută pentru fiecare substanță, în tabelele fizice.
Combustie
Cantitatea de căldură eliberată atunci când o substanță arde
Căldura specifică de ardere este o valoare cunoscută pentru fiecare substanță, în tabelele fizice.
Pentru un sistem de corpuri închis și izolat adiabatic, ecuația de echilibru termic este satisfăcută. Suma algebrică a cantităților de căldură date și primite de toate corpurile care participă la schimbul de căldură este egală cu zero:
După cum știți, în timpul diferitelor procese mecanice, există o schimbare a energiei mecanice W meh. Măsura schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
În timpul transferului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. Măsura modificării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.
Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne pe care corpul o primește (sau o dă) în procesul de transfer de căldură.
Astfel, atât munca cât și cantitatea de căldură caracterizează schimbarea energiei, dar nu sunt identice cu energia. Ele nu caracterizează starea sistemului în sine, ci determină procesul de tranziție energetică de la o formă la alta (de la un corp la altul) atunci când starea se schimbă și depind în esență de natura procesului.
Principala diferență dintre muncă și cantitatea de căldură este că munca caracterizează procesul de modificare a energiei interne a sistemului, însoțită de transformarea energiei de la un tip la altul (de la mecanic la intern). Cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai încălzit la mai puțin încălzit), neînsoțit de transformări energetice.
Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp cu o masă m temperatura T 1 la temperatură T 2 se calculează prin formula
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
Unde c- capacitatea termică specifică a substanței;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
Unitatea SI a căldurii specifice este joule pe kilogram-Kelvin (J/(kg K)).
Căldura specifică c este numeric egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui corp cu masa de 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 K.
Capacitate termica corp C T este numeric egal cu cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura corpului cu 1 K:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
Unitatea SI a capacității termice a unui corp este joule pe Kelvin (J/K).
Pentru a transforma un lichid într-un vapor la o temperatură constantă, cantitatea de căldură necesară este
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
Unde L- caldura specifica de vaporizare. Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.
Pentru a topi un corp cristalin cu o masă m la punctul de topire, este necesar ca organismul să raporteze cantitatea de căldură
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
Unde λ - căldură specifică de fuziune. În timpul cristalizării unui corp, se eliberează aceeași cantitate de căldură.
Cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a masei de combustibil m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
Unde q- caldura specifica de ardere.
Unitatea SI a căldurilor specifice de vaporizare, topire și ardere este joule pe kilogram (J/kg).
Literatură
Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.
