Jak określa się ilość ciepła? Ilość ciepła

(lub przenoszenie ciepła).

Ciepło właściwe substancji.

Pojemność cieplna to ilość ciepła pochłoniętego przez ciało po podgrzaniu o 1 stopień.

Pojemność cieplna ciała jest oznaczona dużą literą łacińską Z.

Co decyduje o pojemności cieplnej ciała? Przede wszystkim z jego masy. Oczywiste jest, że podgrzanie np. 1 kilograma wody będzie wymagało więcej ciepła niż podgrzanie 200 gramów.

A co z rodzajem substancji? Zróbmy eksperyment. Weźmy dwa identyczne naczynia i wlewając do jednego z nich wodę o wadze 400 g, a do drugiego olej roślinny o wadze 400 g, zaczniemy je podgrzewać za pomocą identycznych palników. Obserwując wskazania termometrów, przekonamy się, że olej szybko się nagrzewa. Aby podgrzać wodę i olej do tej samej temperatury, woda musi być podgrzewana dłużej. Ale im dłużej podgrzewamy wodę, tym więcej ciepła odbiera ona z palnika.

Tak więc, aby ogrzać tę samą masę różnych substancji do tej samej temperatury, potrzebne są różne ilości ciepła. Ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała, a co za tym idzie jego pojemność cieplna, zależy od rodzaju substancji, z której to ciało jest zbudowane.

I tak na przykład, aby podnieść temperaturę wody o masie 1 kg o 1°C, potrzeba ilości ciepła równej 4200 J, a do podgrzania tej samej masy oleju słonecznikowego o 1°C, ilość wymagane jest ciepło równe 1700 J.

Nazywa się wielkość fizyczną pokazującą, ile ciepła potrzeba do ogrzania 1 kg substancji o 1 ºС ciepło właściwe ta substancja.

Każda substancja ma swoją własną pojemność cieplną, która jest oznaczona literą łacińską c i jest mierzona w dżulach na kilogram-stopnie (J / (kg ° C)).

Ciepło właściwe tej samej substancji w różnych stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym) jest różne. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/(kg ºС), a ciepło właściwe lodu 2100 J/(kg ºС); aluminium w stanie stałym ma ciepło właściwe 920 J/(kg - °C), aw stanie ciekłym 1080 J/(kg - °C).

Należy pamiętać, że woda ma bardzo duże ciepło właściwe. Dlatego woda w morzach i oceanach, nagrzewając się latem, pochłania dużą ilość ciepła z powietrza. Dzięki temu w miejscach położonych w pobliżu dużych zbiorników wodnych lato nie jest tak upalne jak w miejscach oddalonych od wody.

Obliczanie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała lub wydzielanego przez nie podczas ochładzania.

Z powyższego jasno wynika, że ​​ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od rodzaju substancji, z której składa się ciało (tj. od jego właściwej pojemności cieplnej) oraz od masy ciała. Oczywiste jest również, że ilość ciepła zależy od tego, o ile stopni zamierzamy podnieść temperaturę ciała.

Tak więc, aby określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć ciepło właściwe ciała przez jego masę i różnicę między jego temperaturą końcową i początkową:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

gdzie Q- ilość ciepła, c jest właściwą pojemnością cieplną, m- masa ciała, t 1 - temperatura początkowa, t 2 jest temperaturą końcową.

Kiedy ciało jest rozgrzane t2 > t 1 i stąd Q > 0 . Kiedy ciało jest schłodzone t 2i< t 1 i stąd Q< 0 .

Jeśli znana jest pojemność cieplna całego ciała Z, Q jest określony wzorem:

Q \u003d C. (t 2 - t 1 ) .

Pojemność cieplna to ilość ciepła pochłoniętego przez ciało po podgrzaniu o 1 stopień.

Pojemność cieplna ciała jest oznaczona dużą literą łacińską Z.

Co decyduje o pojemności cieplnej ciała? Przede wszystkim z jego masy. Oczywiste jest, że podgrzanie np. 1 kilograma wody będzie wymagało więcej ciepła niż podgrzanie 200 gramów.

A co z rodzajem substancji? Zróbmy eksperyment. Weźmy dwa identyczne naczynia i wlewając do jednego z nich wodę o wadze 400 g, a do drugiego olej roślinny o wadze 400 g, zaczniemy je podgrzewać za pomocą identycznych palników. Obserwując wskazania termometrów, przekonamy się, że olej szybko się nagrzewa. Aby podgrzać wodę i olej do tej samej temperatury, woda musi być podgrzewana dłużej. Ale im dłużej podgrzewamy wodę, tym więcej ciepła odbiera ona z palnika.

Tak więc, aby ogrzać tę samą masę różnych substancji do tej samej temperatury, potrzebne są różne ilości ciepła. Ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała, a co za tym idzie jego pojemność cieplna, zależy od rodzaju substancji, z której to ciało jest zbudowane.

Na przykład, aby podnieść temperaturę 1 kg wody o 1°C, potrzeba ciepła równego 4200 J, a do ogrzania tej samej masy oleju słonecznikowego o 1°C, ilość ciepła równa 1700 J J jest wymagane.

Nazywa się wielkość fizyczną pokazującą, ile ciepła potrzeba do ogrzania 1 kg substancji o 1 ºС ciepło właściwe ta substancja.

Każda substancja ma swoją własną pojemność cieplną, która jest oznaczona literą łacińską c i jest mierzona w dżulach na kilogram-stopnie (J / (kg ° C)).

Ciepło właściwe tej samej substancji w różnych stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym) jest różne. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/(kg ºС), a ciepło właściwe lodu 2100 J/(kg ºС); aluminium w stanie stałym ma ciepło właściwe 920 J/(kg -°C), aw stanie ciekłym - 1080 J/(kg -°C).

Należy pamiętać, że woda ma bardzo duże ciepło właściwe. Dlatego woda w morzach i oceanach, nagrzewając się latem, pochłania dużą ilość ciepła z powietrza. Dzięki temu w miejscach położonych w pobliżu dużych zbiorników wodnych lato nie jest tak upalne jak w miejscach oddalonych od wody.

Obliczanie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała lub wydzielanego przez nie podczas ochładzania.

Z powyższego jasno wynika, że ​​ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od rodzaju substancji, z której składa się ciało (tj. od jego właściwej pojemności cieplnej) oraz od masy ciała. Oczywiste jest również, że ilość ciepła zależy od tego, o ile stopni zamierzamy podnieść temperaturę ciała.

Tak więc, aby określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć ciepło właściwe ciała przez jego masę i różnicę między jego temperaturą końcową i początkową:

Q= cm (t 2 -t 1),

gdzie Q- ilość ciepła, c- specyficzna pojemność cieplna, m- masa ciała, t1- temperatura początkowa, t2- temperatura końcowa.

Kiedy ciało jest rozgrzane t2> t1 i stąd Q >0 . Kiedy ciało jest schłodzone t 2i< t1 i stąd Q< 0 .

Jeśli znana jest pojemność cieplna całego ciała Z, Q jest określony wzorem: Q \u003d C. (t 2 - t1).

22) Topnienie: definicja, obliczanie ilości ciepła topnienia lub krzepnięcia, ciepło właściwe topnienia, wykres t 0 (Q).

Termodynamika

Gałąź fizyki molekularnej, która bada przenoszenie energii, wzorce przekształcania niektórych rodzajów energii w inne. W przeciwieństwie do teorii molekularno-kinetycznej, termodynamika nie uwzględnia wewnętrznej budowy substancji i mikroparametrów.

Układ termodynamiczny

Jest to zbiór ciał, które wymieniają energię (w postaci pracy lub ciepła) między sobą lub z otoczeniem. Na przykład woda w czajniku ochładza się, następuje wymiana ciepła wody z czajnikiem i czajnika z otoczeniem. Cylinder z gazem pod tłokiem: tłok wykonuje pracę, w wyniku której gaz otrzymuje energię i zmieniają się jego makroparametry.

Ilość ciepła

to energia, które jest odbierane lub oddawane przez system w procesie wymiany ciepła. Oznaczone symbolem Q, mierzone, jak każda energia, w dżulach.

W wyniku różnych procesów wymiany ciepła przekazywana energia jest określana na swój własny sposób.

Ocieplanie i ochładzanie

Proces ten charakteryzuje się zmianą temperatury układu. Ilość ciepła określa wzór

Ciepło właściwe substancji o mierzona ilością ciepła potrzebną do ogrzania jednostki masy tej substancji o 1K. Ogrzanie 1 kg szkła lub 1 kg wody wymaga innej ilości energii. Ciepło właściwe jest znaną wartością obliczoną już dla wszystkich substancji, patrz wartości w tabelach fizycznych.

Pojemność cieplna substancji C- jest to ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała bez uwzględnienia jego masy o 1K.

Topienie i krystalizacja

Topnienie to przejście substancji ze stanu stałego w ciekły. Odwrotne przejście nazywa się krystalizacją.

Energia zużyta na zniszczenie sieci krystalicznej substancji jest określona przez wzór

Ciepło właściwe topnienia jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Parowanie (parowanie lub wrzenie) i skraplanie

Parowanie to przejście substancji ze stanu ciekłego (stałego) w stan gazowy. Proces odwrotny nazywa się kondensacją.

Ciepło właściwe parowania jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Spalanie

Ilość ciepła uwalnianego podczas spalania substancji

Ciepło właściwe spalania jest znaną wartością dla każdej substancji, patrz wartość w tabelach fizycznych.

Dla zamkniętego i adiabatycznie izolowanego układu ciał równanie bilansu cieplnego jest spełnione. Suma algebraiczna ilości ciepła oddanego i odebranego przez wszystkie ciała uczestniczące w wymianie ciepła jest równa zeru:

Q 1 + Q 2 +...+ Q n = 0

23) Budowa cieczy. warstwa powierzchniowa. Siła napięcia powierzchniowego: przykłady manifestacji, obliczenia, współczynnik napięcia powierzchniowego.

Od czasu do czasu dowolna cząsteczka może przenieść się na sąsiednie wolne miejsce. Takie skoki w płynach zdarzają się dość często; dlatego cząsteczki nie są związane z określonymi centrami, jak w kryształach, i mogą poruszać się w całej objętości cieczy. To wyjaśnia płynność cieczy. Ze względu na silne oddziaływanie między blisko rozmieszczonymi cząsteczkami, mogą one tworzyć lokalne (niestabilne) uporządkowane grupy zawierające kilka cząsteczek. Zjawisko to nazywa się zamówienie krótkiego zasięgu(Rys. 3.5.1).

Nazywa się współczynnik β współczynnik temperaturowy rozszerzalności objętościowej . Współczynnik ten dla cieczy jest dziesięć razy większy niż dla ciał stałych. Dla wody, na przykład, w temperaturze 20 ° C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, dla stali β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, dla szkła kwarcowego β kv ≈ 9 10 - 6 K - jeden .

Rozszerzalność cieplna wody ma interesującą i ważną anomalię dla życia na Ziemi. W temperaturach poniżej 4°C woda rozszerza się wraz ze spadkiem temperatury (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kiedy woda zamarza, rozszerza się, więc lód pozostaje unoszący się na powierzchni zamarzniętego zbiornika wodnego. Temperatura zamarzania wody pod lodem wynosi 0°C. W gęstszych warstwach wody w pobliżu dna zbiornika temperatura wynosi około 4°C. Dzięki temu w wodach zamarzających zbiorników może istnieć życie.

Najciekawszą cechą płynów jest ich obecność Wolna powierzchnia . Ciecz, w przeciwieństwie do gazów, nie wypełnia całej objętości naczynia, do którego jest wlewana. Między cieczą a gazem (lub parą) powstaje granica międzyfazowa, która znajduje się w szczególnych warunkach w porównaniu z resztą masy cieczy.Należy pamiętać, że ze względu na wyjątkowo niską ściśliwość obecność gęściej upakowanej powierzchni warstwa nie powoduje zauważalnej zmiany objętości cieczy. Jeśli cząsteczka przemieści się z powierzchni do cieczy, siły oddziaływania międzycząsteczkowego wykonają pozytywną pracę. Wręcz przeciwnie, aby wyciągnąć pewną liczbę cząsteczek z głębi cieczy na powierzchnię (tj. zwiększyć powierzchnię cieczy), siły zewnętrzne muszą wykonać dodatnią pracę Δ A zewnętrzna, proporcjonalna do zmiany Δ S powierzchnia:

Z mechaniki wiadomo, że stany równowagi układu odpowiadają minimalnej wartości jego energii potencjalnej. Wynika z tego, że swobodna powierzchnia cieczy ma tendencję do zmniejszania swojej powierzchni. Z tego powodu swobodna kropla cieczy przybiera kulisty kształt. Płyn zachowuje się tak, jakby siły działały stycznie do jego powierzchni, zmniejszając (kurcząc) tę powierzchnię. Siły te nazywają się siły napięcia powierzchniowego .

Obecność sił napięcia powierzchniowego sprawia, że ​​powierzchnia cieczy wygląda jak elastycznie rozciągnięta folia, z tą różnicą, że siły sprężystości w folii zależą od jej pola powierzchni (tj. od tego, jak folia jest zdeformowana), a siły napięcia powierzchniowego nie polegaj na powierzchni cieczy.

Niektóre płyny, takie jak woda z mydłem, mają zdolność tworzenia cienkich warstw. Wszystkie dobrze znane bańki mydlane mają prawidłowy kulisty kształt – to również przejawia się w działaniu sił napięcia powierzchniowego. Jeśli druciana rama zostanie opuszczona do roztworu mydła, którego jeden z boków jest ruchomy, to cała zostanie pokryta cienką warstwą płynu (ryc. 3.5.3).

Siły napięcia powierzchniowego mają tendencję do skracania powierzchni folii. Aby zrównoważyć ruchomą stronę ramy, należy przyłożyć do niej siłę zewnętrzną.Jeżeli pod działaniem siły poprzeczka przesunie się o Δ x, to praca Δ A zew = F zew Δ x = Δ odc = σΔ S, gdzie ∆ S = 2ŁΔ x jest przyrostem pola powierzchni po obu stronach filmu mydlanego. Ponieważ moduły sił i są takie same, możemy napisać:

Zatem współczynnik napięcia powierzchniowego σ można zdefiniować jako moduł siły napięcia powierzchniowego działającej na jednostkę długości linii ograniczającej powierzchnię.

W wyniku działania sił napięcia powierzchniowego w kroplach cieczy i wewnątrz baniek mydlanych powstaje nadciśnienie Δ p. Jeśli mentalnie odetniemy kulistą kroplę o promieniu R na dwie połowy, to każda z nich musi być w równowadze pod działaniem sił napięcia powierzchniowego przyłożonych do granicy cięcia o długości 2π R oraz siły nadciśnienia działające na obszar π R 2 sekcje (ryc. 3.5.4). Warunek równowagi zapisuje się jako

Jeśli siły te są większe niż siły oddziaływania między cząsteczkami samej cieczy, to ciecz mokre powierzchnia ciała stałego. W tym przypadku ciecz zbliża się do powierzchni ciała stałego pod pewnym kątem ostrym θ, który jest charakterystyczny dla danej pary ciecz-ciało stałe. Nazywa się kąt θ kąt zwilżania . Jeżeli siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy przewyższają siły ich oddziaływania z cząsteczkami ciała stałego, to kąt zwilżania θ okazuje się rozwarty (ryc. 3.5.5). W tym przypadku mówi się, że płyn nie nawilża powierzchnia ciała stałego. Na całkowite zwilżenieθ = 0, w całkowity brak zwilżaniaθ = 180°.

zjawiska kapilarne zwany wzrostem lub spadkiem płynu w rurkach o małej średnicy - naczynia włosowate. Płyny zwilżające wznoszą się przez naczynia włosowate, płyny niezwilżające opadają.

na ryc. 3.5.6 przedstawia rurkę kapilarną o określonym promieniu r obniżona dolnym końcem do cieczy zwilżającej o gęstości ρ. Górny koniec kapilary jest otwarty. Podnoszenie się cieczy w kapilarze trwa do momentu, gdy siła grawitacji działająca na słup cieczy w kapilarze zrówna się w wartości bezwzględnej z wypadkową F n siły napięcia powierzchniowego działające wzdłuż granicy kontaktu cieczy z powierzchnią kapilary: F t = F n, gdzie F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Oznacza to:

Przy całkowitym niezwilżaniu, θ = 180°, cos θ = –1, a zatem h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Woda prawie całkowicie zwilża czystą szklaną powierzchnię. I odwrotnie, rtęć nie zwilża całkowicie szklanej powierzchni. Dlatego poziom rtęci w szklanej kapilarze spada poniżej poziomu w naczyniu.

24) Parowanie: definicja, rodzaje (parowanie, wrzenie), obliczanie ilości ciepła parowania i skraplania, ciepło właściwe parowania.

Parowanie i kondensacja. Wyjaśnienie zjawiska parowania w oparciu o koncepcje budowy molekularnej materii. Ciepło właściwe parowania. Jej jednostki.

Zjawisko zamieniania się cieczy w parę nazywa się odparowanie.

Odparowanie - proces parowania zachodzący z otwartej powierzchni.

Cząsteczki cieczy poruszają się z różnymi prędkościami. Jeśli jakakolwiek cząsteczka znajduje się na powierzchni cieczy, może pokonać przyciąganie sąsiednich cząsteczek i wylecieć z cieczy. Uciekające cząsteczki tworzą parę. Prędkości pozostałych cząsteczek cieczy zmieniają się po zderzeniu. W tym przypadku niektóre cząsteczki nabierają prędkości wystarczającej do wylatania z cieczy. Proces ten trwa, więc płyny powoli odparowują.

* Szybkość parowania zależy od rodzaju cieczy. Te ciecze odparowują szybciej, w których cząsteczki są przyciągane z mniejszą siłą.

*Parowanie może wystąpić w dowolnej temperaturze. Ale w wyższych temperaturach parowanie jest szybsze .

* Szybkość parowania zależy od jego powierzchni.

*W przypadku wiatru (przepływu powietrza) parowanie następuje szybciej.

Podczas parowania energia wewnętrzna maleje, ponieważ. podczas parowania szybkie cząsteczki opuszczają ciecz, dlatego średnia prędkość pozostałych cząsteczek maleje. Oznacza to, że jeśli nie ma dopływu energii z zewnątrz, to temperatura cieczy spada.

Zjawisko przemiany pary w ciecz nazywa się kondensacja. Towarzyszy temu uwolnienie energii.

Kondensacja pary wyjaśnia powstawanie chmur. Para wodna unosząca się nad ziemią tworzy chmury w górnych zimnych warstwach powietrza, które składają się z maleńkich kropelek wody.

Ciepło właściwe parowania - fizyczne. wielkość wskazująca, ile ciepła potrzeba, aby ciecz o masie 1 kg zamienić w parę bez zmiany temperatury.

oud. ciepło parowania oznaczony literą L i mierzony w J / kg

oud. ciepło parowania wody: L=2,3×10 6 J/kg, alkohol L=0,9×10 6

Ilość ciepła potrzebna do przekształcenia cieczy w parę: Q = Lm

>>Fizyka: Obliczanie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała i wydzielanego przez nie podczas ochładzania

Aby dowiedzieć się, jak obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała, najpierw ustalimy, od jakich ilości to zależy.
Z poprzedniego akapitu wiemy już, że ta ilość ciepła zależy od rodzaju substancji, z której składa się ciało (tj. od jego pojemności cieplnej właściwej):
Q zależy od c
Ale to nie wszystko.

Jeśli chcemy podgrzać wodę w czajniku tak, aby stała się tylko ciepła, to nie będziemy jej długo podgrzewać. Aby woda się nagrzała, podgrzejemy ją dłużej. Ale im dłużej czajnik ma kontakt z grzałką, tym więcej ciepła z niej otrzyma.

Dlatego im bardziej temperatura ciała zmienia się podczas ogrzewania, tym więcej ciepła musi zostać do niego przekazane.

Niech początkowa temperatura ciała będzie równa tini, a temperatura końcowa - tfin. Wtedy zmiana temperatury ciała zostanie wyrażona różnicą:

W końcu wszyscy o tym wiedzą ogrzewanie na przykład 2 kg wody wymaga więcej czasu (a więc więcej ciepła) niż podgrzanie 1 kg wody. Oznacza to, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od masy tego ciała:

Aby więc obliczyć ilość ciepła, trzeba znać pojemność cieplną substancji, z której zbudowane jest ciało, masę tego ciała oraz różnicę między jego temperaturą końcową i początkową.

Niech np. trzeba określić, ile ciepła potrzeba do ogrzania elementu żelaznego o masie 5 kg, pod warunkiem, że jego temperatura początkowa wynosi 20°C, a temperatura końcowa 620°C.

Z tabeli 8 dowiadujemy się, że ciepło właściwe żelaza wynosi c = 460 J/(kg°C). Oznacza to, że do ogrzania 1 kg żelaza o 1°C potrzeba 460 J.
Aby ogrzać 5 kg żelaza o 1°C, potrzeba 5 razy więcej ciepła, tj. 460 J * 5 = 2300 J.

Aby podgrzać żelazko nie o 1 °C, ale o A t \u003d 600 ° C, potrzebne będzie kolejne 600 razy więcej ciepła, tj. 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J. Dokładnie taka sama (modulo) ilość ciepła zostanie uwolniona, gdy to żelazko ostygnie z 620 do 20 ° C.

Aby więc znaleźć ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć ciepło właściwe ciała przez jego masę i różnicę między jego temperaturą końcową i początkową:

??? 1. Podaj przykłady pokazujące, że ilość ciepła otrzymanego przez ciało podczas ogrzewania zależy od jego masy i zmian temperatury. 2. Według jakiej formuły jest ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała lub uwolniona przez nie, kiedy chłodzenie?

SV Gromov, NA Ojczyzna, fizyka klasa 8

Nadesłane przez czytelników z serwisów internetowych

Zadania i odpowiedzi z fizyki na zajęcia, pobierz streszczenia z fizyki, planowanie lekcji fizyki klasa 8, wszystko dla ucznia do przygotowania się do lekcji, plan lekcji z fizyki, sprawdziany z fizyki online, praca domowa i praca

Treść lekcji podsumowanie lekcji rama pomocnicza prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samoocena warsztaty, ćwiczenia, przypadki, questy praca domowa dyskusja pytania pytania retoryczne od uczniów Ilustracje pliki audio, wideo i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, dowcipy, komiksy przypowieści, powiedzonka, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły żetony dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowy i dodatkowy słowniczek terminów inne Ulepszanie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementy innowacji na lekcji zastępowanie przestarzałej wiedzy nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarza na rok zalecenia metodyczne programu dyskusji Zintegrowane lekcje

Co szybciej nagrzewa się na kuchence – czajnik czy wiadro wody? Odpowiedź jest oczywista – czajnik. W takim razie drugie pytanie brzmi: dlaczego?

Odpowiedź jest nie mniej oczywista - ponieważ masa wody w czajniku jest mniejsza. Doskonały. A teraz możesz zrobić najbardziej realne fizyczne doświadczenie samemu w domu. Aby to zrobić, będziesz potrzebować dwóch identycznych małych rondli, równej ilości wody i oleju roślinnego, na przykład pół litra i pieca. Postaw garnki z olejem i wodą na tym samym ogniu. A teraz tylko patrz, co szybciej się nagrzeje. Jeśli jest termometr do płynów, można go użyć, jeśli nie, wystarczy od czasu do czasu spróbować temperatury palcem, tylko uważaj, żeby się nie poparzyć. W każdym razie wkrótce przekonasz się, że olej nagrzewa się znacznie szybciej niż woda. I jeszcze jedno pytanie, które również można zrealizować w formie doświadczenia. Co szybciej się gotuje - ciepła woda czy zimna? Znowu wszystko jest oczywiste – ciepły skończy się jako pierwszy. Po co te wszystkie dziwne pytania i eksperymenty? W celu określenia wielkości fizycznej zwanej „ilością ciepła”.

Ilość ciepła

Ilość ciepła to energia, którą organizm traci lub zyskuje podczas wymiany ciepła. To wynika z nazwy. Podczas chłodzenia ciało straci pewną ilość ciepła, a po podgrzaniu pochłonie. I odpowiedzi na nasze pytania pokazały nam od czego zależy ilość ciepła? Po pierwsze, im większa masa ciała, tym większa ilość ciepła musi zostać wydana, aby zmienić jego temperaturę o jeden stopień. Po drugie, ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od substancji, z której się ono składa, to znaczy od rodzaju substancji. Po trzecie, różnica temperatury ciała przed i po wymianie ciepła jest również ważna dla naszych obliczeń. Na podstawie powyższego możemy określić ilość ciepła według wzoru:

gdzie Q to ilość ciepła,
m - masa ciała,
(t_2-t_1) - różnica między początkową i końcową temperaturą ciała,
c - ciepło właściwe substancji, można znaleźć w odpowiednich tabelach.

Korzystając z tego wzoru, możesz obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania dowolnego ciała lub które to ciało uwolni, gdy się ochłodzi.

Ilość ciepła jest mierzona w dżulach (1 J), jak każda inna forma energii. Jednak ta wartość została wprowadzona nie tak dawno temu, a ludzie zaczęli mierzyć ilość ciepła znacznie wcześniej. I użyli jednostki, która jest szeroko stosowana w naszych czasach - kalorii (1 cal). 1 kaloria to ilość ciepła potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Kierując się tymi danymi, miłośnicy liczenia kalorii w jedzeniu mogą dla ciekawości obliczyć, ile litrów wody można zagotować energią, którą zużywają z jedzeniem w ciągu dnia.

Pojęcie ilości ciepła powstało we wczesnych stadiach rozwoju współczesnej fizyki, kiedy nie było jasnych wyobrażeń o wewnętrznej budowie materii, o tym, czym jest energia, jakie formy energii występują w przyrodzie i o energii jako forma ruchu i przemiany materii.

Przez ilość ciepła rozumie się wielkość fizyczną równoważną energii przekazywanej ciału materialnemu w procesie wymiany ciepła.

Przestarzałą jednostką ilości ciepła jest kaloria równa 4,2 J, dziś jednostka ta praktycznie nie jest używana, a jej miejsce zajął dżul.

Początkowo zakładano, że nośnikiem energii cieplnej jest jakiś całkowicie nieważki ośrodek, który ma właściwości cieczy. Liczne fizyczne problemy wymiany ciepła były i są nadal rozwiązywane w oparciu o to założenie. Istnienie hipotetycznej kaloryczności przyjęto za podstawę wielu zasadniczo poprawnych konstrukcji. Uważano, że kalorie są uwalniane i wchłaniane w zjawiskach ogrzewania i ochładzania, topnienia i krystalizacji. Prawidłowe równania procesów wymiany ciepła uzyskano z błędnych pojęć fizycznych. Znane jest prawo, zgodnie z którym ilość ciepła jest wprost proporcjonalna do masy ciała biorącego udział w wymianie ciepła i gradientu temperatury:

Gdzie Q to ilość ciepła, m to masa ciała i współczynnik Z- wielkość zwana pojemnością cieplną właściwą. Ciepło właściwe jest cechą charakterystyczną substancji biorącej udział w procesie.

Praca w termodynamice

W wyniku procesów termicznych można wykonywać prace czysto mechaniczne. Na przykład po podgrzaniu gaz zwiększa swoją objętość. Przyjmijmy sytuację jak na poniższym rysunku:

W tym przypadku praca mechaniczna będzie równa sile ciśnienia gazu działającej na tłok pomnożonej przez drogę przebytą przez tłok pod ciśnieniem. Oczywiście jest to najprostszy przypadek. Ale nawet w nim można zauważyć jedną trudność: siła nacisku będzie zależała od objętości gazu, co oznacza, że ​​nie mamy do czynienia ze stałymi, a zmiennymi. Ponieważ wszystkie trzy zmienne: ciśnienie, temperatura i objętość są ze sobą powiązane, obliczenie pracy staje się znacznie bardziej skomplikowane. Istnieje kilka idealnych, nieskończenie wolnych procesów: izobaryczne, izotermiczne, adiabatyczne i izochoryczne - dla których takie obliczenia można przeprowadzić stosunkowo prosto. Wykres ciśnienia w funkcji objętości jest wykreślany, a praca jest obliczana jako całka formularza.