Cum se găsește cantitatea de căldură? Cantitatea de căldură

(sau transfer de căldură).

Capacitatea termică specifică a unei substanțe.

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

Capacitatea termică a corpului este indicată printr-o literă latină majusculă DIN.

Ce determină 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 felul de substanță? Să facem un experiment. Să luăm două vase identice și, turnând 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 cu ajutorul arzătoarelor identice. Observând citirile termometrelor, 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, pentru a încălzi aceeași masă de substanțe diferite la aceeași temperatură, sunt necesare cantități diferite de căldură. Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp și, în consecință, capacitatea acestuia de căldură depind de tipul de substanță din care este compus acest corp.

Deci, de exemplu, pentru a crește temperatura apei cu o masă 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 este necesară o căldură egală cu 1700 J.

Mărimea fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 ºС se numește căldura specifică această substanță.

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

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

Rețineți că apa are o capacitate termică specifică foarte mare. Prin urmare, apa din mări și oceane, încălzindu-se vara, absoarbe o cantitate mare de căldură din aer. Din acest motiv, în acele locuri care sunt situate în apropierea unor corpuri mari de apă, vara nu este la fel de caldă ca în locurile departe de apă.

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

Din cele de mai sus, este clar că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi corpul 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 încălzirea corpului sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți căldura specifică a corpului cu masa sa și diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

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

Când corpul este încălzit t 2 > t 1 și, prin urmare Q > 0 . Când corpul este răcit t 2 și< t 1 și, prin urmare Q< 0 .

Dacă se cunoaşte capacitatea termică a întregului corp DIN, Q este determinată de formula:

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

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

Capacitatea termică a corpului este indicată printr-o literă latină majusculă DIN.

Ce determină 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 felul de substanță? Să facem un experiment. Să luăm două vase identice și, turnând 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 cu ajutorul arzătoarelor identice. Observând citirile termometrelor, 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, pentru a încălzi aceeași masă de substanțe diferite la aceeași temperatură, sunt necesare cantități diferite de căldură. Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp și, în consecință, capacitatea acestuia de căldură depind de tipul de substanță din care este compus acest corp.

Deci, de exemplu, pentru a crește temperatura a 1 kg apă 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 1700 J este necesar.

Mărimea fizică care arată câtă căldură este necesară pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 ºС se numește căldura specifică această substanță.

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

Capacitatea termică specifică a aceleiași substanțe în diferite stări de agregat (solid, lichid și gazos) este diferită. De exemplu, capacitatea termică specifică a apei este de 4200 J/(kg ºС), iar capacitatea termică specifică a gheții este de 2100 J/(kg ºС); 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, încălzindu-se vara, absoarbe o cantitate mare de căldură din aer. Din acest motiv, în acele locuri care sunt situate în apropierea unor corpuri mari de apă, vara nu este la fel de caldă ca în locurile departe de apă.

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

Din cele de mai sus, este clar că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi corpul 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 încălzirea corpului sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți căldura specifică a corpului cu masa sa și diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale:

Q= cm (t2 -t1),

Unde Q- cantitatea de caldura, c- capacitate termica specifica, m- masa corpului, t1- temperatura initiala, t2- temperatura finala.

Când corpul este încălzit t2> t1și, prin urmare Q >0 . Când corpul este răcit t 2 și< t1și, prin urmare Q< 0 .

Dacă se cunoaşte capacitatea termică a întregului corp DIN, Q este determinată de formula: Q \u003d C (t 2 - t1).

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

Termodinamica

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 schimbă energie (sub formă de muncă sau căldură) între ele sau cu mediul. De exemplu, apa din ceainic se răcește, are loc schimbul de căldură al apei cu ceainic și 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 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, vezi valoarea în tabelele fizice.

Capacitatea termică a substanței C- aceasta este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi corpul 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 cheltuită pentru distrugerea rețelei cristaline a unei substanțe este determinată de formulă

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 din 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-un loc liber adiacent. Astfel de salturi de lichide apar destul de frecvent; prin urmare, moleculele nu sunt legate de anumiți centri, ca în cristale, și se pot mișca pe 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 comanda pe raza scurta(Fig. 3.5.1).

Se numește coeficientul β coeficientul de temperatură al expansiunii în volum . Acest coeficient pentru lichide este de zece 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 - unu .

Expansiunea termică a apei are o anomalie interesantă și importantă pentru viața de pe Pământ. La temperaturi sub 4 °C, apa se extinde odată cu scăderea temperaturii (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 plutitoare pe suprafața corpului de apă înghețat. Temperatura apei înghețate sub gheață este de 0°C. În straturile mai dense de apă din apropierea fundului 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 vasului în care este turnat. Între lichid și gaz (sau vapori) se formează o interfață care se află în condiții deosebite față de restul masei lichide Trebuie avut în vedere că, datorită compresibilității extrem de scăzute, prezența unei suprafețe mai dens împachetate. stratul nu duce la nicio modificare vizibilă a volumului lichidului. Dacă molecula se mișcă de la suprafață în lichid, forțele interacțiunii intermoleculare vor face o activitate pozitivă. Dimpotrivă, pentru a trage un anumit număr de molecule de la adâncimea lichidului la suprafață (adică, pentru a crește suprafața lichidului), forțele externe trebuie să facă o muncă pozitivă 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. Fluidul se comportă ca și cum forțele ar acționa tangențial la suprafața sa, reducând (contractând) această suprafață. Aceste forțe sunt numite forțele de tensiune superficială .

Prezența forțelor de tensiune superficială face ca suprafața lichidului 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 forțele de tensiune superficială. nu depinzi pe suprafața lichidului.

Unele lichide, cum ar fi apa cu săpun, au capacitatea de a forma pelicule subțiri. Toate bulele de săpun binecunoscute au forma sferică corectă - aceasta manifestă și acțiunea forțelor de tensiune superficială. Dacă un cadru de sârmă este coborât în ​​soluția de săpun, una dintre părțile căreia este mobilă, atunci întregul va fi acoperit cu o peliculă de lichid (Fig. 3.5.3).

Forțele de tensiune superficială tind să scurteze suprafața filmului. Pentru a echilibra partea în mișcare a cadrului, trebuie să i se aplice o forță externă.Dacă, sub acțiunea forței, bara transversală se mișcă cu Δ X, apoi lucrarea Δ A ext = F ext Δ X = Δ Ep = σΔ S, unde ∆ S = 2LΔ X este 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, un exces de presiune Δ p. Dacă tăiem 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 la limita tăieturii cu o lungime de 2π Rși forțele de suprapresiune 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 suprafața unui corp solid. În acest caz, lichidul se apropie de suprafața corpului solid la un unghi ascuțit θ, care este caracteristic perechii lichid-solid dată. Unghiul θ se numește unghi de contact . Dacă forțele de interacțiune dintre moleculele lichide depășesc forțele interacțiunii lor 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 suprafața unui corp solid. La umezire completăθ = 0, at neumedare completăθ = 180°.

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

Pe fig. 3.5.6 prezintă un tub capilar cu o anumită rază r coborât de capătul inferior într-un lichid de umectare de densitate ρ. Capătul superior al capilarului este deschis. Creșterea lichidului din capilar continuă până când forța gravitațională care acționează asupra coloanei de lichid din capilar devine egală în valoare absolută cu cea rezultată. 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. În schimb, 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 ei.

Fenomenul de transformare a lichidului 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 se află la suprafața lichidului, aceasta poate depăși atracția moleculelor învecinate și poate zbura din lichid. Moleculele care scapă formează vapori. Vitezele moleculelor lichide rămase se modifică la ciocnire. În acest caz, unele molecule capătă o viteză suficientă pentru a zbura din lichid. Acest proces continuă, astfel încât lichidele se evaporă încet.

*Rata de evaporare depinde de tipul de lichid. Acele lichide se evaporă mai repede, în care moleculele sunt atrase cu mai puțină forță.

* Evaporarea poate avea loc la orice temperatură. Dar la temperaturi mai ridicate, evaporarea este mai rapidă .

*Rata 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, moleculele rapide părăsesc lichidul, 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 in lichid se numeste condensare. Este însoțită de eliberarea de energie.

Condensarea vaporilor 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 cantitate care indică câtă căldură este necesară pentru a transforma un lichid cu masa de 1 kg în vapori fără a modifica temperatura.

Oud. căldură de vaporizare notat cu litera L și se măsoară în J/kg

Oud. 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 un lichid în abur: Q = Lm

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

Pentru a învăța cum să calculăm cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea corpului, 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 sa de căldură 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.

Prin urmare, cu cât temperatura corpului se schimbă mai mult în timpul încălzirii, cu atât mai multă căldură trebuie transferată acestuia.

Fie ca temperatura inițială a corpului să fie egală cu tini, iar temperatura finală - tfin. 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, prin urmare, mai multă căldură) decât este nevoie pentru a încălzi 1 kg de apă. Aceasta înseamnă că cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp depinde de masa corpului respectiv:

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.

Să fie, de exemplu, necesar să se determine câtă căldură este necesară pentru a încălzi o piesă de fier cu o masă de 5 kg, cu condiția ca temperatura sa inițială să fie de 20 °C, iar temperatura finală să fie de 620 °C.

Din tabelul 8 aflăm că capacitatea termică specifică a fierului este c = 460 J/(kg°C). Aceasta înseamnă că este nevoie de 460 J pentru a încălzi 1 kg de fier cu 1 °C.
Pentru a încălzi 5 kg de fier cu 1 °C, este necesară de 5 ori cantitatea de căldură, adică. 460 J * 5 = 2300 J.

Pentru a încălzi fierul nu cu 1 °C, ci cu A t \u003d 600 ° C, va fi necesară încă de 600 de ori mai multă căldură, adică 2300 J X 600 \u003d 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 corpul sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți căldura 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 sa și de modificarea temperaturii. 2. După ce formulă este cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea corpului sau eliberată de acesta în timpul răcire?

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

Trimis de cititorii de pe site-uri de internet

Temă și răspunsuri de la fizică pe clasă, descărcare rezumate de fizică, planificare lecții de fizică clasa a 8-a, totul pentru ca elevul să se pregătească pentru lecții, planul lecției de fizică, teste de fizică online, teme și lucru

Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, traininguri, 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, pilde cu benzi desenate, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment din manualul elementelor de inovare la lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul recomandări metodologice ale programului de discuții Lecții integrate

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. Excelent. Și acum poți face cea mai reală experiență fizică chiar tu 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 a încălzi un corp depinde de substanța din care este compus, adică de felul 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 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 utilizată 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.

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

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

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

Inițial, sa presupus că purtătorul de energie termică este un mediu complet lipsit de greutate, care are proprietățile unui lichid. Numeroase probleme fizice ale transferului de căldură au fost și sunt încă rezolvate pe baza acestei premise. Existența unui caloric ipotetic a fost luată ca bază pentru multe 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 din concepte fizice incorecte. Există o lege cunoscută conform căreia cantitatea de căldură este direct proporțională cu masa corpului implicată în schimbul de căldură și cu gradientul de temperatură:

Unde Q este cantitatea de căldură, m este masa corpului și coeficientul Cu- o cantitate numită capacitate termică specifică. Capacitatea termică specifică este o caracteristică a substanței implicate în proces.

Lucru în termodinamică

Ca rezultat al proceselor termice, se pot efectua lucrări pur mecanice. De exemplu, atunci când este încălzit, un gaz își crește volumul. Să luăm o situație ca în figura de mai jos:

În acest caz, lucrul mecanic va fi egal cu forța de presiune a 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 variabile. Deoarece toate cele trei variabile: presiunea, temperatura și volumul sunt legate între ele, calculul muncii devine mult mai complicat. Există câteva procese ideale, infinit de lente: izobare, izoterme, adiabatice și izocorice - pentru care astfel de calcule pot fi efectuate relativ simplu. Este reprezentat un grafic al presiunii în funcție de volum, iar munca este calculată ca o integrală a formei.