Cum se găsește cantitatea de căldură? Cantitatea de căldură

(sau transfer de căldură).

Capacitatea termică specifică a unei substanțe.

Capacitate termica- aceasta este cantitatea de căldură absorbită de un corp atunci când este încălzit cu 1 grad.

Capacitatea termică a unui corp este indicată printr-o literă latină majusculă CU.

De ce depinde capacitatea termică a unui corp? În primul rând, din masa sa. Este clar că încălzirea, de exemplu, a 1 kilogram de apă va necesita mai multă căldură decât încălzirea a 200 de grame.

Dar tipul de substanță? Să facem un experiment. Să luăm două vase identice și, după ce am turnat apă cu o greutate de 400 g într-unul dintre ele și ulei vegetal cu o greutate de 400 g în celălalt, vom începe să le încălzim folosind arzătoare identice. Observând citirile termometrului, vom vedea că uleiul se încălzește rapid. Pentru a încălzi apa și uleiul la aceeași temperatură, apa trebuie încălzită mai mult timp. Dar cu cât încălzim mai mult apa, cu atât primește mai multă căldură de la arzător.

Astfel, încălzirea aceleiași mase de substanțe diferite la aceeași temperatură necesită cantități diferite de căldură. Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp și, prin urmare, capacitatea acestuia de căldură depind de tipul de substanță din care este compus corpul.

Deci, de exemplu, pentru a crește temperatura apei cu greutatea de 1 kg cu 1°C, este necesară o cantitate de căldură egală cu 4200 J și pentru a încălzi aceeași masă de ulei de floarea soarelui cu 1°C, o cantitate de căldură egală cu Este necesar 1700 J.

O mărime fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 ºС se numește capacitatea termică specifică a acestei substante.

Fiecare substanță are propria sa capacitate termică specifică, care este notă cu litera latină c și măsurată în jouli pe kilogram grad (J/(kg °C)).

Capacitatea termică specifică a aceleiași substanțe în diferite stări de agregare (solid, lichid și gazos) este diferită. De exemplu, capacitatea termică specifică a apei este de 4200 J/(kg °C), iar capacitatea termică specifică a gheții este de 2100 J/(kg °C); aluminiul în stare solidă are o capacitate termică specifică de 920 J/(kg - °C), iar în stare lichidă - 1080 J/(kg - °C).

Rețineți că apa are o capacitate termică specifică foarte mare. Prin urmare, apa din mări și oceane, care se încălzește vara, absoarbe o cantitate mare de căldură din aer. Datorită acestui fapt, în acele locuri care sunt situate lângă corpuri mari de apă, vara nu este la fel de caldă ca în locurile departe de apă.

Calculul cantității de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii.

Din cele de mai sus reiese clar că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp depinde de tipul de substanță din care constă corpul (adică, capacitatea de căldură specifică) și de masa corpului. De asemenea, este clar că cantitatea de căldură depinde de câte grade vom crește temperatura corpului.

Deci, pentru a determina cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți capacitatea termică specifică a corpului cu masa sa și cu diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Unde Q- cantitatea de caldura, c— capacitatea termică specifică, m- masa corpului , t 1 — temperatura inițială, t 2 — temperatura finală.

Când corpul se încălzește t 2 > t 1 prin urmare Q > 0 . Când corpul se răcește t 2i< t 1 prin urmare Q< 0 .

Dacă se cunoaşte capacitatea termică a întregului corp CU, Q determinat de formula:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Capacitate termica- aceasta este cantitatea de căldură absorbită de organism când este încălzit cu 1 grad.

Capacitatea termică a unui corp este indicată printr-o literă latină majusculă CU.

De ce depinde capacitatea termică a unui corp? În primul rând, din masa sa. Este clar că încălzirea, de exemplu, a 1 kilogram de apă va necesita mai multă căldură decât încălzirea a 200 de grame.

Dar tipul de substanță? Să facem un experiment. Să luăm două vase identice și, după ce am turnat apă cu o greutate de 400 g într-unul dintre ele și ulei vegetal cu o greutate de 400 g în celălalt, vom începe să le încălzim folosind arzătoare identice. Observând citirile termometrului, vom vedea că uleiul se încălzește rapid. Pentru a încălzi apa și uleiul la aceeași temperatură, apa trebuie încălzită mai mult timp. Dar cu cât încălzim mai mult apa, cu atât primește mai multă căldură de la arzător.

Astfel, sunt necesare cantități diferite de căldură pentru a încălzi aceeași masă de substanțe diferite la aceeași temperatură. Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp și, prin urmare, capacitatea acestuia de căldură depind de tipul de substanță din care este compus corpul.

Deci, de exemplu, pentru a crește temperatura apei cu greutatea de 1 kg cu 1°C, este necesară o cantitate de căldură egală cu 4200 J și pentru a încălzi aceeași masă de ulei de floarea soarelui cu 1°C, o cantitate de căldură egală cu Este necesar 1700 J.

O mărime fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 ºС se numește capacitatea termică specifică a acestei substante.

Fiecare substanță are propria sa capacitate termică specifică, care este notă cu litera latină c și măsurată în jouli pe kilogram grad (J/(kg °C)).

Capacitatea termică specifică a aceleiași substanțe în diferite stări de agregare (solid, lichid și gazos) este diferită. De exemplu, capacitatea termică specifică a apei este de 4200 J/(kg °C), iar capacitatea termică specifică a gheții este de 2100 J/(kg °C); aluminiul în stare solidă are o capacitate termică specifică de 920 J/(kg - °C), iar în stare lichidă - 1080 J/(kg - °C).

Rețineți că apa are o capacitate termică specifică foarte mare. Prin urmare, apa din mări și oceane, care se încălzește vara, absoarbe o cantitate mare de căldură din aer. Datorită acestui fapt, în acele locuri care sunt situate lângă corpuri mari de apă, vara nu este la fel de caldă ca în locurile departe de apă.

Calculul cantității de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii.

Din cele de mai sus reiese clar că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp depinde de tipul de substanță din care constă corpul (adică, capacitatea de căldură specifică) și de masa corpului. De asemenea, este clar că cantitatea de căldură depinde de câte grade vom crește temperatura corpului.

Deci, pentru a determina cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți capacitatea termică specifică a corpului cu masa sa și cu diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale:

Q= cm (t2 -t1),

Unde Q- cantitatea de caldura, c- capacitate termica specifica, m- masa corpului, t 1- temperatura initiala, t 2- temperatura finala.

Când corpul se încălzește t 2> t 1 prin urmare Q >0 . Când corpul se răcește t 2i< t 1 prin urmare Q< 0 .

Dacă se cunoaşte capacitatea termică a întregului corp CU, Q determinat de formula: Q = C (t 2 - t 1).

22) Topire: definirea, calculul cantității de căldură pentru topire sau solidificare, căldură specifică de topire, graficul lui t 0 (Q).

Termodinamica

O ramură a fizicii moleculare care studiază transferul de energie, modelele de transformare a unui tip de energie în altul. Spre deosebire de teoria cinetică moleculară, termodinamica nu ține cont de structura internă a substanțelor și a microparametrilor.

Sistem termodinamic

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 ibric se răcește, iar căldura este schimbată între apă și ibric, iar căldura ibricului cu mediul înconjurător. Un cilindru cu gaz sub piston: pistonul efectuează un lucru, în urma căruia gazul primește energie și se schimbă macroparametrii.

Cantitatea de căldură

Acest energie, pe care sistemul îl primește sau eliberează în timpul procesului de schimb de căldură. Notat cu simbolul Q, se măsoară, ca orice energie, în Jouli.

Ca rezultat al diferitelor procese de schimb 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 1 kg de apă necesită cantități diferite de energie. Capacitatea termică specifică este o cantitate cunoscută, deja calculată pentru toate substanțele; vezi valoarea în tabelele fizice.

Capacitatea termică a substanței C- aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp fără a lua în considerare masa lui 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; vezi valoarea 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; vezi valoarea în tabelele fizice.

Combustie

Cantitatea de căldură eliberată atunci când o substanță arde

Căldura specifică de ardere este o valoare cunoscută pentru fiecare substanță; vezi valoarea 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:

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

23) Structura lichidelor. Strat de suprafață. Forța de tensiune superficială: exemple de manifestare, calcul, coeficient de tensiune superficială.

Din când în când, orice moleculă se poate muta într-o locație liberă din apropiere. Astfel de sărituri în lichide apar destul de des; prin urmare, moleculele nu sunt legate de centri specifici, ca în cristale, și se pot mișca în întregul volum al lichidului. Aceasta explică fluiditatea lichidelor. Datorită interacțiunii puternice dintre moleculele apropiate, acestea pot forma grupări ordonate locale (instabile) care conțin mai multe molecule. Acest fenomen se numește ordine de închidere(Fig. 3.5.1).

Se numește coeficientul β coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice . Acest coeficient pentru lichide este de zeci de ori mai mare decât pentru solide. Pentru apă, de exemplu, la o temperatură de 20 °C β în ≈ 2 10 – 4 K – 1, pentru oțel β st ≈ 3.6 10 – 5 K – 1, pentru sticlă de cuarț β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Expansiunea termică a apei are o anomalie interesantă și importantă pentru viața de pe Pământ. La temperaturi sub 4 °C, apa se extinde pe măsură ce temperatura scade (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Când apa îngheață, se extinde, astfel încât gheața rămâne plutind pe suprafața unui corp de apă înghețat. Temperatura apei înghețate sub gheață este de 0 °C. În straturile mai dense de apă din fundul rezervorului, temperatura este de aproximativ 4 °C. Datorită acestui fapt, viața poate exista în apa rezervoarelor înghețate.

Cea mai interesantă caracteristică a lichidelor este prezența suprafata libera . Lichidul, spre deosebire de gaze, nu umple întregul volum al recipientului în care este turnat. Se formează o interfață între lichid și gaz (sau vapori), care se află în condiții deosebite față de restul lichidului.Trebuie avut în vedere că datorită compresibilității extrem de scăzute, prezența unui strat de suprafață mai dens împachetat. nu duce la nicio modificare vizibilă a volumului lichidului . Dacă o moleculă se mișcă de la suprafață în lichid, forțele interacțiunii intermoleculare vor face o activitate pozitivă. Dimpotrivă, pentru a trage un anumit număr de molecule din adâncimea lichidului la suprafață (adică, pentru a crește suprafața lichidului), forțele externe trebuie să efectueze un lucru pozitiv Δ A extern, proporțional cu modificarea Δ S suprafață:

Din mecanică se știe că stările de echilibru ale unui sistem corespund valorii minime a energiei sale potențiale. Rezultă că suprafața liberă a lichidului tinde să-și reducă aria. Din acest motiv, o picătură liberă de lichid capătă o formă sferică. Lichidul se comportă ca și cum forțele care acționează tangențial la suprafața sa ar contracta (trag) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune superficială .

Prezența forțelor de tensiune superficială face ca suprafața unui lichid să arate ca o peliculă elastică întinsă, cu singura diferență că forțele elastice din film depind de suprafața sa (adică de modul în care filmul este deformat) și de tensiunea superficială. forte nu depinzi pe suprafața lichidului.

Unele lichide, cum ar fi apa cu săpun, au capacitatea de a forma pelicule subțiri. Baloanele de săpun binecunoscute au o formă sferică obișnuită - aceasta arată și efectul forțelor de tensiune superficială. Dacă un cadru de sârmă, a cărui latură este mobilă, este coborât într-o soluție de săpun, atunci întregul cadru va fi acoperit cu o peliculă de lichid (Fig. 3.5.3).

Forțele de tensiune superficială tind să reducă suprafața filmului. Pentru a echilibra partea mobilă a cadrului, trebuie să i se aplice o forță externă Dacă, sub influența forței, bara transversală se mișcă cu Δ X, atunci se va executa lucrul Δ A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, unde Δ S = 2LΔ X– creșterea suprafeței ambelor părți ale peliculei de săpun. Deoarece modulele forțelor și sunt aceleași, putem scrie:

Astfel, coeficientul de tensiune superficială σ poate fi definit ca modulul forței de tensiune superficială care acționează pe unitatea de lungime a liniei care delimitează suprafața.

Datorită acțiunii forțelor de tensiune superficială în picături de lichid și în interiorul bulelor de săpun, apare un exces de presiune Δ p. Dacă tăiați mental o picătură sferică de rază Rîn două jumătăți, atunci fiecare dintre ele trebuie să fie în echilibru sub acțiunea forțelor de tensiune superficială aplicate limitei tăiate de lungime 2π Rși forțele de presiune în exces care acționează asupra zonei π R 2 secțiuni (Fig. 3.5.4). Condiția de echilibru se scrie ca

Dacă aceste forțe sunt mai mari decât forțele de interacțiune dintre moleculele lichidului însuși, atunci lichidul udă suprafata unui solid. În acest caz, lichidul se apropie de suprafața solidului la un anumit unghi ascuțit θ, caracteristic unei perechi lichid-solid dată. Unghiul θ se numește unghi de contact . Dacă forțele de interacțiune dintre moleculele lichide depășesc forțele de interacțiune a acestora cu moleculele solide, atunci unghiul de contact θ se dovedește a fi obtuz (Fig. 3.5.5). În acest caz se spune că lichidul nu se uda suprafata unui solid. La umezire completăθ = 0, at neumedare completăθ = 180°.

Fenomene capilare numită creșterea sau căderea lichidului în tuburi cu diametru mic - capilarele. Lichidele umede se ridică prin capilare, lichidele care nu se umezesc coboară.

În fig. 3.5.6 prezintă un tub capilar cu o anumită rază r, coborât la capătul inferior într-un lichid de umectare de densitate ρ. Capătul superior al capilarului este deschis. Creșterea lichidului în capilar continuă până când forța gravitațională care acționează asupra coloanei de lichid din capilar devine egală ca mărime cu rezultanta F n forțe de tensiune superficială care acționează de-a lungul limitei de contact a lichidului cu suprafața capilarului: F t = F n, unde F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Asta implică:

Cu neumezire completă θ = 180°, cos θ = –1 și, prin urmare, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Apa udă aproape complet suprafața curată de sticlă. Dimpotrivă, mercurul nu umezește complet suprafața sticlei. Prin urmare, nivelul de mercur din capilarul de sticlă scade sub nivelul din vas.

24) Vaporizare: definiție, tipuri (evaporare, fierbere), calculul cantității de căldură pentru vaporizare și condensare, căldură specifică de vaporizare.

Evaporare și condensare. Explicarea fenomenului de evaporare pe baza ideilor despre structura moleculară a materiei. Căldura specifică de vaporizare. Unitățile sale.

Fenomenul de transformare a unui lichid în vapori se numește vaporizare.

Evaporare - procesul de vaporizare care are loc de pe o suprafata deschisa.

Moleculele lichide se mișcă cu viteze diferite. Dacă orice moleculă ajunge la suprafața unui lichid, ea poate depăși atracția moleculelor învecinate și poate zbura din lichid. Moleculele ejectate formează abur. Moleculele rămase ale lichidului își schimbă viteza la coliziune. În același timp, unele molecule capătă o viteză suficientă pentru a zbura din lichid. Acest proces continuă, astfel încât lichidele se evaporă încet.

*Viteza de evaporare depinde de tipul de lichid. Acele lichide ale căror molecule sunt atrase cu mai puțină forță se evaporă mai repede.

* Evaporarea poate avea loc la orice temperatură. Dar la temperaturi ridicate evaporarea are loc mai repede .

*Viteza de evaporare depinde de suprafața sa.

*Cu vânt (fluxul de aer), evaporarea are loc mai rapid.

În timpul evaporării, energia internă scade, deoarece În timpul evaporării, lichidul lasă molecule rapide, prin urmare, viteza medie a moleculelor rămase scade. Aceasta înseamnă că, dacă nu există un aflux de energie din exterior, atunci temperatura lichidului scade.

Fenomenul de transformare a vaporilor în lichid se numește condensare. Este însoțită de eliberarea de energie.

Condensul aburului explică formarea norilor. Vaporii de apă care se ridică deasupra solului formează nori în straturile superioare reci ale aerului, care constau din picături minuscule de apă.

Căldura specifică de vaporizare – fizică o valoare care arată câtă căldură este necesară pentru a transforma un lichid cu o greutate de 1 kg în abur fără modificarea temperaturii.

Ud. căldură de vaporizare notată cu litera L și măsurată în J/kg

Ud. căldura de vaporizare a apei: L=2,3×10 6 J/kg, alcool L=0,9×10 6

Cantitatea de căldură necesară pentru a transforma lichidul în vapori: Q = Lm

>>Fizica: Calculul cantității de căldură necesară pentru încălzirea unui corp și eliberată de acesta în timpul răcirii

Pentru a afla cum să calculăm cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp, să stabilim mai întâi de ce cantități depinde.
Din paragraful anterior știm deja că această cantitate de căldură depinde de tipul de substanță din care constă corpul (adică capacitatea termică specifică):
Q depinde de c
Dar asta nu este tot.

Dacă vrem să încălzim apa în ibric, astfel încât să devină doar caldă, atunci nu o vom încălzi mult timp. Și pentru ca apa să devină fierbinte, o vom încălzi mai mult. Dar cu cât fierbătorul este în contact mai mult cu încălzitorul, cu atât mai multă căldură va primi de la acesta.

În consecință, cu cât temperatura corpului se schimbă mai mult atunci când este încălzit, cu atât este mai mare cantitatea de căldură care trebuie transferată acestuia.

Lăsați temperatura inițială a corpului să înceapă și temperatura finală. Apoi modificarea temperaturii corpului va fi exprimată prin diferența:

În sfârșit, toată lumea știe asta pt Incalzi De exemplu, 2 kg de apă necesită mai mult timp (și deci mai multă căldură) decât pentru a încălzi 1 kg de apă. Aceasta înseamnă că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp depinde de masa acelui corp:

Deci, pentru a calcula cantitatea de căldură, trebuie să cunoașteți capacitatea termică specifică a substanței din care este făcut corpul, masa acestui corp și diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale.

De exemplu, trebuie să determinați câtă căldură este necesară pentru a încălzi o piesă de fier care cântărește 5 kg, cu condiția ca temperatura sa inițială să fie de 20 °C, iar temperatura finală să fie egală cu 620 °C.

Din Tabelul 8 aflăm că capacitatea termică specifică a fierului este c = 460 J/(kg°C). Aceasta înseamnă că încălzirea a 1 kg de fier cu 1 °C necesită 460 J.
Pentru a încălzi 5 kg de fier cu 1 °C, va fi necesară de 5 ori mai multă căldură, adică. 460 J * 5 = 2300 J.

Pentru a încălzi fierul nu cu 1 °C, ci cu A t = 600°C, va fi necesară încă de 600 de ori mai multă cantitate de căldură, adică 2300 J X 600 = 1.380.000 J. Exact aceeași cantitate (modulo) de căldură va fi eliberată atunci când acest fier de călcat se răcește de la 620 la 20 °C.

Deci, pentru a găsi cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți capacitatea termică specifică a corpului cu masa sa și cu diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale:

??? 1. Dați exemple care să arate că cantitatea de căldură primită de un corp atunci când este încălzit depinde de masa acestuia și de schimbările de temperatură. 2. Ce formulă este folosită pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau eliberată de acesta când răcire?

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Fizica clasa a VIII-a

Trimis de cititorii de pe site-uri de internet

Teme de fizică și răspunsuri în funcție de clasă, descărcați rezumate de fizică, planificarea lecțiilor de fizică de clasa a VIII-a, totul pentru școlari să se pregătească pentru lecții, planificați notele lecțiilor de fizică, teste de fizică online, teme și muncă

Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul; recomandări metodologice; program de discuții Lecții integrate

Ce se va încălzi mai repede pe aragaz - un ibric sau o găleată cu apă? Răspunsul este evident - un ceainic. Atunci a doua întrebare este de ce?

Răspunsul nu este mai puțin evident - deoarece masa de apă din ibric este mai mică. Grozav. Și acum poți să faci o adevărată experiență fizică 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. Puneti cratitele cu ulei si apa la acelasi foc. Acum urmăriți doar ce se va încălzi mai repede. Daca ai un termometru pentru lichide, il poti folosi; daca nu, poti pur si simplu sa testezi temperatura cu degetul din cand in cand, doar ai grija sa 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. Ce va fierbe mai repede - apă caldă sau rece? Totul este din nou evident - cel cald va fi primul la linia de sosire. De ce toate aceste întrebări și experimente ciudate? Pentru a determina mărimea fizică numită „cantitate de căldură”.

Cantitatea de căldură

Cantitatea de căldură este energia pe care un corp 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 la încălzire, va absorbi. Și răspunsurile la întrebările noastre ne-au arătat De ce depinde cantitatea de căldură?În primul rând, cu cât masa unui corp 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 constă, adică de tipul de substanță. Și în al treilea rând, diferența de temperatură a corpului înainte și după transferul de căldură este, de asemenea, importantă pentru calculele noastre. Pe baza celor de mai sus, putem determinați cantitatea de căldură folosind formula:

unde Q este cantitatea de căldură,
m - greutatea corporală,
(t_2-t_1) - diferența dintre temperatura inițială și cea finală a corpului,
c este capacitatea termică specifică a substanței, găsită din tabelele corespunzătoare.

Folosind această formulă, puteți calcula cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi orice corp sau pe care acest corp o va elibera la răcire.

Cantitatea de căldură se măsoară în jouli (1 J), ca orice tip 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 utilizată pe scară largă în vremea noastră - caloria (1 cal). 1 calorie este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 gram de apă cu 1 grad Celsius. Ghidați de aceste date, cei cărora le place să numere caloriile din alimentele pe care le consumă pot, doar pentru distracție, să calculeze câți litri de apă pot fi fierți cu energia pe care o consumă cu alimentele în timpul zilei.

Conceptul cantității de căldură s-a format în primele etape ale dezvoltării fizicii moderne, când nu existau idei clare despre structura internă a materiei, ce este energia, ce forme de energie există în natură și despre energie ca formă. de mişcare şi transformare a materiei.

Cantitatea de căldură este înțeleasă ca o cantitate fizică echivalentă cu energia transferată unui corp material în procesul de schimb de căldură.

Unitatea de căldură învechită este caloria, egală cu 4,2 J; astăzi această unitate practic nu este folosită, iar joule i-a luat locul.

Inițial, s-a presupus că purtătorul de energie termică era un mediu complet lipsit de greutate, cu proprietățile unui lichid. Numeroase probleme fizice ale transferului de căldură au fost și sunt încă rezolvate pe baza acestei premise. Existența caloricului ipotetic a stat la baza multor construcții esențial corecte. Se credea că caloriile sunt eliberate și absorbite în fenomenele de încălzire și răcire, topire și cristalizare. Ecuațiile corecte pentru procesele de transfer de căldură au fost obținute pe baza unor concepte fizice incorecte. Există o lege cunoscută conform căreia cantitatea de căldură este direct proporțională cu masa corpului care participă la schimbul de căldură și cu gradientul de temperatură:

Unde Q este cantitatea de căldură, m este masa corporală și coeficientul Cu– o cantitate numită capacitate termică specifică. Capacitatea termică specifică este o caracteristică a unei substanțe implicate într-un proces.

Lucru în termodinamică

Ca rezultat al proceselor termice, se pot efectua lucrări pur mecanice. De exemplu, atunci când un gaz se încălzește, acesta își mărește volumul. Să luăm o situație precum imaginea de mai jos:

În acest caz, lucrul mecanic va fi egal cu forța presiunii gazului asupra pistonului înmulțită cu calea parcursă de piston sub presiune. Desigur, acesta este cel mai simplu caz. Dar chiar și în ea se poate observa o dificultate: forța de presiune va depinde de volumul gazului, ceea ce înseamnă că nu avem de-a face cu constante, ci cu cantități variabile. Deoarece toate cele trei variabile: presiunea, temperatura și volumul sunt legate între ele, calculul muncii devine semnificativ mai complicat. Există câteva procese ideale, infinit de lente: izobare, izoterme, adiabatice și izocorice - pentru care astfel de calcule pot fi efectuate relativ simplu. Un grafic al presiunii în funcție de volum este reprezentat grafic și lucrul este calculat ca o integrală a formei.