Ako sa zistí množstvo tepla? Množstvo tepla

(alebo prenos tepla).

Špecifická tepelná kapacita látky.

Tepelná kapacita- je to množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.

Tepelná kapacita telesa je označená veľkým latinským písmenom S.

Od čoho závisí tepelná kapacita telesa? V prvom rade z jeho hmoty. Je jasné, že ohriatie napríklad 1 kilogramu vody bude vyžadovať viac tepla ako ohriatie 200 gramov.

A čo druh látky? Urobme experiment. Zoberme si dve rovnaké nádoby a po naliatí vody s hmotnosťou 400 g do jednej z nich a rastlinného oleja s hmotnosťou 400 g do druhej ich začneme ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomera uvidíme, že sa olej rýchlo zohreje. Aby sa voda a olej zohriali na rovnakú teplotu, musí sa voda ohrievať dlhšie. Ale čím dlhšie vodu ohrievame, tým viac tepla dostáva od horáka.

Zohrievanie rovnakej hmoty rôznych látok na rovnakú teplotu teda vyžaduje rôzne množstvá tepla. Množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa a teda aj jeho tepelná kapacita závisí od typu látky, z ktorej sa teleso skladá.

Napríklad na zvýšenie teploty vody s hmotnosťou 1 kg o 1 °C je potrebné množstvo tepla rovnajúce sa 4200 J a na zahriatie rovnakej hmotnosti slnečnicového oleja o 1 °C množstvo tepla rovnajúce sa Vyžaduje sa 1700 J.

Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС Špecifická tepelná kapacita tejto látky.

Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram stupňa (J/(kg °C)).

Merná tepelná kapacita tej istej látky v rôznych skupenstvách agregácie (tuhá, kvapalná a plynná) je rôzna. Napríklad špecifická tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg °C) a špecifická tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg °C); hliník v pevnom stave má mernú tepelnú kapacitu 920 J/(kg - °C), v kvapalnom stave - 1080 J/(kg - °C).

Všimnite si, že voda má veľmi vysokú špecifickú tepelnú kapacitu. Preto voda v moriach a oceánoch, ktorá sa v lete zahrieva, absorbuje veľké množstvo tepla zo vzduchu. Vďaka tomu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, nie je leto také horúce ako na miestach ďaleko od vody.

Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas ochladzovania.

Z uvedeného je zrejmé, že množstvo tepla potrebné na zahriatie telesa závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá (t. j. jeho mernej tepelnej kapacity) a od hmotnosti telesa. Je tiež jasné, že množstvo tepla závisí od toho, o koľko stupňov sa chystáme zvýšiť telesnú teplotu.

Takže na určenie množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo uvoľneného telesom počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifickú tepelnú kapacitu telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Kde Q- množstvo tepla, c- Špecifická tepelná kapacita, m- telesná hmotnosť, t 1 - počiatočná teplota, t 2 - konečná teplota.

Keď sa telo zahreje t2 > t 1 a preto Q > 0 . Keď sa telo ochladí t 2i< t 1 a preto Q< 0 .

Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q určený podľa vzorca:

Q = C (t2 - t 1 ) .

Tepelná kapacita- je to množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.

Tepelná kapacita telesa je označená veľkým latinským písmenom S.

Od čoho závisí tepelná kapacita telesa? V prvom rade z jeho hmoty. Je jasné, že ohriatie napríklad 1 kilogramu vody bude vyžadovať viac tepla ako ohriatie 200 gramov.

A čo druh látky? Urobme experiment. Zoberme si dve rovnaké nádoby a po naliatí vody s hmotnosťou 400 g do jednej z nich a rastlinného oleja s hmotnosťou 400 g do druhej ich začneme ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomera uvidíme, že sa olej rýchlo zohreje. Aby sa voda a olej zohriali na rovnakú teplotu, musí sa voda ohrievať dlhšie. Ale čím dlhšie vodu ohrievame, tým viac tepla dostáva od horáka.

Na zahriatie rovnakej hmoty rôznych látok na rovnakú teplotu je teda potrebné rôzne množstvo tepla. Množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa a teda aj jeho tepelná kapacita závisí od typu látky, z ktorej sa teleso skladá.

Napríklad na zvýšenie teploty vody s hmotnosťou 1 kg o 1 °C je potrebné množstvo tepla rovnajúce sa 4200 J a na zahriatie rovnakej hmotnosti slnečnicového oleja o 1 °C množstvo tepla rovnajúce sa Vyžaduje sa 1700 J.

Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС Špecifická tepelná kapacita tejto látky.

Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram stupňa (J/(kg °C)).

Merná tepelná kapacita tej istej látky v rôznych skupenstvách agregácie (tuhá, kvapalná a plynná) je rôzna. Napríklad špecifická tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg °C) a špecifická tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg °C); hliník v pevnom stave má mernú tepelnú kapacitu 920 J/(kg - °C), v kvapalnom stave - 1080 J/(kg - °C).

Všimnite si, že voda má veľmi vysokú špecifickú tepelnú kapacitu. Preto voda v moriach a oceánoch, ktorá sa v lete zahrieva, absorbuje veľké množstvo tepla zo vzduchu. Vďaka tomu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, nie je leto také horúce ako na miestach ďaleko od vody.

Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas ochladzovania.

Z uvedeného je zrejmé, že množstvo tepla potrebné na zahriatie telesa závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá (t. j. jeho mernej tepelnej kapacity) a od hmotnosti telesa. Je tiež jasné, že množstvo tepla závisí od toho, o koľko stupňov sa chystáme zvýšiť telesnú teplotu.

Takže na určenie množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo uvoľneného telesom počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifickú tepelnú kapacitu telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:

Q= cm (t 2 - t 1),

Kde Q- množstvo tepla, c- Špecifická tepelná kapacita, m- telesná hmotnosť, t 1- počiatočná teplota, t 2- konečná teplota.

Keď sa telo zahreje t 2> t 1 a preto Q >0 . Keď sa telo ochladí t 2i< t 1 a preto Q< 0 .

Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q určený podľa vzorca: Q = C (t2 - t 1).

22) Tavenie: definícia, výpočet množstva tepla na tavenie alebo tuhnutie, špecifické teplo topenia, graf t 0 (Q).

Termodynamika

Odvetvie molekulárnej fyziky, ktoré študuje prenos energie, vzorce transformácie jedného typu energie na iný. Na rozdiel od molekulárnej kinetickej teórie termodynamika neberie do úvahy vnútornú štruktúru látok a mikroparametre.

Termodynamický systém

Je to súhrn telies, ktoré si vymieňajú energiu (vo forme práce alebo tepla) medzi sebou alebo s okolím. Napríklad voda v kanvici sa ochladzuje a dochádza k výmene tepla medzi vodou a kanvicou a teplom kanvice s okolím. Valec s plynom pod piestom: piest vykonáva prácu, v dôsledku ktorej plyn dostáva energiu a menia sa jeho makroparametre.

Množstvo tepla

Toto energie, ktoré systém prijíma alebo uvoľňuje počas procesu výmeny tepla. Označuje sa symbolom Q a meria sa ako každá energia v jouloch.

V dôsledku rôznych procesov výmeny tepla sa prenášaná energia určuje vlastným spôsobom.

Kúrenie a chladenie

Tento proces je charakterizovaný zmenou teploty systému. Množstvo tepla je určené vzorcom

Merná tepelná kapacita látky s merané množstvom tepla potrebného na zahriatie jednotky hmotnosti tejto látky o 1K. Ohrev 1 kg skla alebo 1 kg vody vyžaduje rôzne množstvo energie. Merná tepelná kapacita je známa veličina, už vypočítaná pre všetky látky, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.

Tepelná kapacita látky C- je to množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie telesa bez zohľadnenia jeho hmotnosti o 1K.

Topenie a kryštalizácia

Topenie je prechod látky z pevného do kvapalného stavu. Reverzný prechod sa nazýva kryštalizácia.

Energia, ktorá sa vynakladá na deštrukciu kryštálovej mriežky látky, je určená vzorcom

Špecifické teplo topenia je známa hodnota pre každú látku, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.

Vyparovanie (vyparovanie alebo varenie) a kondenzácia

Vyparovanie je prechod látky z kvapalného (tuhého) do plynného skupenstva. Opačný proces sa nazýva kondenzácia.

Špecifické teplo vyparovania je známa hodnota pre každú látku, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.

Spaľovanie

Množstvo tepla uvoľneného pri horení látky

Špecifické spalné teplo je známa hodnota pre každú látku, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.

Pre uzavretú a adiabaticky izolovanú sústavu telies je rovnica tepelnej bilancie splnená. Algebraický súčet množstva tepla odovzdaného a prijatého všetkými telesami zúčastňujúcimi sa výmeny tepla sa rovná nule:

Q1+Q2+...+Qn=0

23) Štruktúra kvapalín. Povrchová vrstva. Sila povrchového napätia: príklady prejavu, výpočet, koeficient povrchového napätia.

Z času na čas sa môže ktorákoľvek molekula presunúť na blízke voľné miesto. Takéto skoky v kvapalinách sa vyskytujú pomerne často; preto molekuly nie sú viazané na špecifické centrá ako v kryštáloch a môžu sa pohybovať v celom objeme kvapaliny. To vysvetľuje tekutosť kvapalín. Vďaka silnej interakcii medzi tesne umiestnenými molekulami môžu vytvárať lokálne (nestabilné) usporiadané skupiny obsahujúce niekoľko molekúl. Tento jav sa nazýva uzavrieť objednávku(obr. 3.5.1).

Koeficient β sa nazýva teplotný koeficient objemovej rozťažnosti . Tento koeficient pre kvapaliny je desaťkrát vyšší ako pre tuhé látky. Pre vodu napríklad pri teplote 20 °C β v ≈ 2 10 – 4 K – 1, pre oceľ β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, pre kremenné sklo β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Tepelná rozťažnosť vody má pre život na Zemi zaujímavú a dôležitú anomáliu. Pri teplotách pod 4 °C sa voda pri klesajúcej teplote rozpína ​​(β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Keď voda zamrzne, roztiahne sa, takže ľad zostáva plávať na povrchu zamŕzajúcej vodnej plochy. Teplota mraziacej vody pod ľadom je 0 °C. V hustejších vrstvách vody na dne nádrže je teplota okolo 4 °C. Vďaka tomu môže vo vode mrazivých nádrží existovať život.

Najzaujímavejšou vlastnosťou tekutín je prítomnosť voľný povrch . Kvapalina, na rozdiel od plynov, nevyplní celý objem nádoby, do ktorej sa naleje. Medzi kvapalinou a plynom (alebo parou) sa vytvára rozhranie, ktoré je v porovnaní so zvyškom kvapaliny v špeciálnych podmienkach. Treba mať na pamäti, že kvôli extrémne nízkej stlačiteľnosti je prítomnosť hustejšie zbalenej povrchovej vrstvy nevedie k žiadnej výraznej zmene objemu kvapaliny. Ak sa molekula presunie z povrchu do kvapaliny, sily medzimolekulovej interakcie vykonajú pozitívnu prácu. Naopak, aby bolo možné vytiahnuť určitý počet molekúl z hĺbky kvapaliny na povrch (t.j. zväčšiť povrch kvapaliny), vonkajšie sily musia vykonať pozitívnu prácu Δ A vonkajšie, úmerné zmene Δ S plocha povrchu:

Z mechaniky je známe, že rovnovážne stavy systému zodpovedajú minimálnej hodnote jeho potenciálnej energie. Z toho vyplýva, že voľný povrch kvapaliny má tendenciu zmenšovať svoju plochu. Z tohto dôvodu voľná kvapka kvapaliny nadobúda sférický tvar. Kvapalina sa správa tak, ako keby sily pôsobiace tangenciálne k jej povrchu sťahovali (ťahali) tento povrch. Tieto sily sú tzv sily povrchového napätia .

Prítomnosť síl povrchového napätia spôsobuje, že povrch kvapaliny vyzerá ako elastická napnutá fólia, len s tým rozdielom, že elastické sily vo fólii závisia od jej povrchu (t. j. od toho, ako sa fólia deformuje) a od povrchového napätia. sily nezávisia na povrchu kvapaliny.

Niektoré kvapaliny, ako napríklad mydlová voda, majú schopnosť vytvárať tenké filmy. Známe mydlové bubliny majú pravidelný guľovitý tvar – aj to ukazuje pôsobenie síl povrchového napätia. Ak sa drôtený rám, ktorého jedna strana je pohyblivá, spustí do mydlového roztoku, potom bude celý rám pokrytý filmom kvapaliny (obr. 3.5.3).

Sily povrchového napätia majú tendenciu zmenšovať povrch fólie. Aby sa pohyblivá strana rámu vyrovnala, musí na ňu pôsobiť vonkajšia sila Ak sa pod vplyvom sily priečka posunie o Δ X, potom sa vykoná práca Δ A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, kde Δ S = 2LΔ X– prírastok na povrchu oboch strán mydlového filmu. Keďže moduly síl a sú rovnaké, môžeme písať:

Koeficient povrchového napätia σ teda možno definovať ako modul sily povrchového napätia pôsobiacej na jednotku dĺžky čiary ohraničujúcej povrch.

Pôsobením síl povrchového napätia v kvapkách kvapaliny a vnútri mydlových bublín vzniká pretlak Δ p. Ak mentálne odrežete sférický pokles polomeru R na dve polovice, potom každá z nich musí byť v rovnováhe pod pôsobením síl povrchového napätia aplikovaných na hranicu rezu dĺžky 2π R a nadmerné tlakové sily pôsobiace na oblasť π R 2 rezy (obr. 3.5.4). Podmienka rovnováhy sa zapíše ako

Ak sú tieto sily väčšie ako sily vzájomného pôsobenia medzi molekulami samotnej kvapaliny, potom kvapaliny mokrá povrch pevnej látky. V tomto prípade sa kvapalina približuje k povrchu pevnej látky pod určitým ostrým uhlom θ, charakteristickým pre daný pár kvapalina-tuhá látka. Uhol θ sa nazýva kontaktný uhol . Ak sily interakcie medzi molekulami kvapaliny prevyšujú sily ich interakcie s molekulami pevnej látky, potom sa kontaktný uhol θ ukáže ako tupý (obr. 3.5.5). V tomto prípade hovoria, že kvapalina nezmáča sa povrch pevnej látky. O úplné zmáčanie 0 = 0, at úplné nezmáčanie 6 = 180°.

Kapilárne javy nazývaný vzostup alebo pokles kvapaliny v trubiciach s malým priemerom - kapiláry. Zmáčavé kvapaliny stúpajú cez kapiláry, nezmáčavé kvapaliny klesajú.

Na obr. 3.5.6 je znázornená kapilára s určitým polomerom r, spustený na spodnom konci do zmáčacej kvapaliny hustoty ρ. Horný koniec kapiláry je otvorený. Stúpanie kvapaliny v kapiláre pokračuje, kým gravitačná sila pôsobiaca na stĺpec kvapaliny v kapiláre nebude mať rovnakú veľkosť ako výslednica F n sily povrchového napätia pôsobiace pozdĺž hranice kontaktu kvapaliny s povrchom kapiláry: F t = F n, kde F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

To znamená:

Pri úplnej nezmáčavosti θ = 180° je cos θ = –1, a preto h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Voda takmer úplne zmáča čistý sklenený povrch. Naopak, ortuť povrch skla úplne nezmáča. Preto hladina ortuti v sklenenej kapiláre klesne pod hladinu v nádobe.

24) Vyparovanie: definícia, druhy (vyparovanie, var), výpočet množstva tepla na vyparovanie a kondenzáciu, merné teplo vyparovania.

Odparovanie a kondenzácia. Vysvetlenie fenoménu vyparovania na základe predstáv o molekulárnej štruktúre hmoty. Špecifické teplo vyparovania. Jeho jednotky.

Fenomén premeny kvapaliny na paru sa nazýva odparovanie.

Odparovanie - proces vyparovania prebiehajúci z otvoreného povrchu.

Molekuly kvapaliny sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Ak akákoľvek molekula skončí na povrchu kvapaliny, môže prekonať príťažlivosť susedných molekúl a vyletieť z kvapaliny. Vystrekované molekuly tvoria paru. Zvyšné molekuly kvapaliny pri zrážke menia rýchlosť. Zároveň niektoré molekuly nadobudnú rýchlosť dostatočnú na to, aby vyleteli z kvapaliny. Tento proces pokračuje, takže kvapaliny sa pomaly vyparujú.

*Rýchlosť vyparovania závisí od typu kvapaliny. Tie kvapaliny, ktorých molekuly sú priťahované menšou silou, sa odparujú rýchlejšie.

*Odparovanie môže nastať pri akejkoľvek teplote. Ale pri vysokých teplotách dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu .

*Rýchlosť odparovania závisí od jeho povrchu.

*Pri vetre (prúdení vzduchu) dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu.

Pri vyparovaní sa vnútorná energia znižuje, pretože Počas odparovania kvapalina opúšťa rýchle molekuly, preto priemerná rýchlosť zostávajúcich molekúl klesá. To znamená, že ak nedochádza k prílevu energie zvonku, teplota kvapaliny klesá.

Fenomén premeny pary na kvapalinu sa nazýva tzv kondenzácii. Je sprevádzané uvoľňovaním energie.

Kondenzácia pary vysvetľuje vznik oblakov. Vodná para stúpajúca nad zemou vytvára v horných studených vrstvách vzduchu oblaky, ktoré pozostávajú z drobných kvapiek vody.

Špecifické teplo vyparovania – fyzické hodnota ukazujúca, koľko tepla je potrebné na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg na paru bez zmeny teploty.

Ud. výparné teplo označené písmenom L a merané v J/kg

Ud. výparné teplo vody: L=2,3×106 J/kg, alkohol L=0,9×106

Množstvo tepla potrebného na premenu kvapaliny na paru: Q = Lm

>>Fyzika: Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa a uvoľneného telesom počas ochladzovania

Aby sme sa naučili vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie telesa, najprv stanovme, od akých veličín závisí.
Z predchádzajúceho odseku už vieme, že toto množstvo tepla závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá (t. j. od jeho mernej tepelnej kapacity):
Q závisí od c
To však nie je všetko.

Ak chceme vodu v kanvici ohriať tak, aby bola iba teplá, tak ju nebudeme dlho ohrievať. A aby sa voda zohriala, budeme ju ohrievať dlhšie. Ale čím dlhšie je kanvica v kontakte s ohrievačom, tým viac tepla z nej dostane.

V dôsledku toho, čím viac sa telesná teplota pri zahrievaní mení, tým väčšie množstvo tepla je potrebné preniesť do tela.

Nechajte počiatočnú teplotu tela začať a konečnú teplotu upravte. Potom bude zmena telesnej teploty vyjadrená rozdielom:

Koniec koncov, každý to vie kúrenie Napríklad 2 kg vody si vyžaduje viac času (a teda aj viac tepla) ako zohriatie 1 kg vody. To znamená, že množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa závisí od hmotnosti tohto telesa:

Na výpočet množstva tepla teda potrebujete poznať špecifickú tepelnú kapacitu látky, z ktorej je teleso vyrobené, hmotnosť tohto telesa a rozdiel medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou.

Povedzme napríklad, že potrebujete určiť, koľko tepla je potrebné na zahriatie železnej časti s hmotnosťou 5 kg, za predpokladu, že jej počiatočná teplota je 20 °C a konečná teplota by sa mala rovnať 620 °C.

Z tabuľky 8 zistíme, že merná tepelná kapacita železa je c = 460 J/(kg°C). To znamená, že ohriatie 1 kg železa o 1 °C vyžaduje 460 J.
Na zahriatie 5 kg železa o 1 °C bude treba 5-krát viac tepla, t.j. 460 J*5 = 2300 J.

Žehliť nie o 1 °C, ale o A t = 600 °C, bude potrebných ďalších 600-krát viac tepla, teda 2300 J X 600 = 1 380 000 J. Presne rovnaké (modulo) množstvo tepla sa uvoľní, keď sa táto žehlička ochladí zo 620 na 20 °C.

Ak teda chcete zistiť množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas chladenia, musíte vynásobiť špecifickú tepelnú kapacitu telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:

??? 1. Uveďte príklady, ktoré ukazujú, že množstvo tepla prijatého telesom pri zahrievaní závisí od jeho hmotnosti a zmien teploty. 2. Aký vzorec sa používa na výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného pri chladenie?

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Fyzika 8. ročník

Zaslané čitateľmi z internetových stránok

Úlohy a odpovede z fyziky podľa ročníkov, sťahovanie abstraktov z fyziky, plánovanie hodín fyziky pre 8. ročník, všetko pre školákov na prípravu na hodiny, plánovanie poznámok na hodiny fyziky, online testy z fyziky, domáce úlohy a práce

Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok, metodické odporúčania, diskusný program Integrované lekcie

Čo sa na sporáku rýchlejšie zohreje – rýchlovarná kanvica alebo vedro s vodou? Odpoveď je zrejmá – čajník. Potom je druhá otázka prečo?

Odpoveď nie je o nič menej zrejmá - pretože množstvo vody v kanvici je menšie. Skvelé. A teraz si môžete urobiť skutočný fyzický zážitok sami doma. Na to budete potrebovať dva rovnaké malé hrnce, rovnaké množstvo vody a rastlinného oleja, napríklad pol litra a sporák. Umiestnite hrnce s olejom a vodou na rovnaké teplo. Teraz už len sledujte, čo sa rýchlejšie zahreje. Ak máte teplomer na tekutiny, môžete ho použiť, ak nie, môžete si teplotu jednoducho z času na čas vyskúšať prstom, len pozor, aby ste sa nepopálili. V každom prípade čoskoro uvidíte, že olej sa zohreje oveľa rýchlejšie ako voda. A ešte jedna otázka, ktorá sa dá realizovať aj formou zážitku. Čo uvarí rýchlejšie - teplá voda alebo studená? Všetko je opäť zrejmé – v cieli bude prvý teplý. Prečo všetky tieto zvláštne otázky a experimenty? Na určenie fyzikálnej veličiny nazývanej „množstvo tepla“.

Množstvo tepla

Množstvo tepla je energia, ktorú telo stratí alebo získa pri prenose tepla. To je jasné už z názvu. Pri ochladzovaní telo stratí určité množstvo tepla a pri zahrievaní absorbuje. A odpovede na naše otázky nám ukázali Od čoho závisí množstvo tepla? Po prvé, čím väčšia je hmotnosť telesa, tým väčšie množstvo tepla musí byť vynaložené na zmenu jeho teploty o jeden stupeň. Po druhé, množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa závisí od látky, z ktorej pozostáva, teda od druhu látky. A po tretie, pre naše výpočty je dôležitý aj rozdiel telesnej teploty pred a po prestupe tepla. Na základe vyššie uvedeného môžeme určiť množstvo tepla pomocou vzorca:

kde Q je množstvo tepla,
m - telesná hmotnosť,
(t_2-t_1) - rozdiel medzi počiatočnou a konečnou telesnou teplotou,
c je merná tepelná kapacita látky zistená z príslušných tabuliek.

Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie akéhokoľvek telesa alebo ktoré toto teleso uvoľní pri ochladzovaní.

Množstvo tepla sa meria v jouloch (1 J), ako každý typ energie. Táto hodnota však bola zavedená nie tak dávno a ľudia začali merať množstvo tepla oveľa skôr. A použili jednotku, ktorá je v našej dobe široko používaná - kalória (1 cal). 1 kalória je množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Na základe týchto údajov si tí, ktorí radi počítajú kalórie v jedle, môžu len tak pre zaujímavosť vypočítať, koľko litrov vody sa dá uvariť s energiou, ktorú počas dňa skonzumujú spolu s jedlom.

Koncepcia množstva tepla sa vytvorila v raných fázach vývoja modernej fyziky, keď neexistovali jasné predstavy o vnútornej štruktúre hmoty, čo je energia, aké formy energie existujú v prírode a o energii ako forme. pohybu a premeny hmoty.

Množstvo tepla sa chápe ako fyzikálna veličina ekvivalentná energii odovzdanej hmotnému telesu v procese výmeny tepla.

Zastaraná jednotka tepla je kalória, ktorá sa rovná 4,2 J; dnes sa táto jednotka prakticky nepoužíva a nahradil ju joule.

Pôvodne sa predpokladalo, že nosičom tepelnej energie je nejaké úplne beztiažové médium s vlastnosťami kvapaliny. Na základe tohto predpokladu sa riešili a stále riešia mnohé fyzikálne problémy prenosu tepla. Existencia hypotetických kalórií bola základom mnohých v podstate správnych konštrukcií. Verilo sa, že kalorické látky sa uvoľňujú a absorbujú pri fenoméne zahrievania a chladenia, topenia a kryštalizácie. Správne rovnice pre procesy prenosu tepla boli získané na základe nesprávnych fyzikálnych konceptov. Existuje známy zákon, podľa ktorého je množstvo tepla priamo úmerné hmotnosti telesa podieľajúceho sa na výmene tepla a teplotnému gradientu:

Kde Q je množstvo tepla, m je telesná hmotnosť a koeficient s– veličina nazývaná merná tepelná kapacita. Špecifická tepelná kapacita je charakteristická pre látku zapojenú do procesu.

Práca v termodynamike

V dôsledku tepelných procesov je možné vykonávať čisto mechanickú prácu. Napríklad, keď sa plyn zohreje, zväčší svoj objem. Zoberme si situáciu ako na obrázku nižšie:

V tomto prípade sa mechanická práca bude rovnať sile tlaku plynu na piest vynásobenej dráhou, ktorú prejde piest pod tlakom. Samozrejme, toto je ten najjednoduchší prípad. Ale aj v ňom si možno všimnúť jednu ťažkosť: tlaková sila bude závisieť od objemu plynu, čo znamená, že nemáme do činenia s konštantami, ale s premenlivými veličinami. Keďže všetky tri premenné: tlak, teplota a objem spolu súvisia, výpočtová práca sa výrazne skomplikuje. Existuje niekoľko ideálnych, nekonečne pomalých procesov: izobarické, izotermické, adiabatické a izochorické - pre ktoré sa takéto výpočty dajú vykonať relatívne jednoducho. Vynesie sa graf závislosti tlaku a objemu a práca sa vypočíta ako integrál tvaru.