Ako sa zistí množstvo tepla? Množstvo tepla
(alebo prenos tepla).
Špecifická tepelná kapacita látky.
Tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.
Tepelná kapacita tela sa označuje veľkým latinským písmenom S.
Čo určuje tepelnú kapacitu 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. Vezmeme dve rovnaké nádoby a do jednej z nich nalejeme vodu s hmotnosťou 400 g a do druhej rastlinný olej s hmotnosťou 400 g a začneme ich ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomerov 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 následne aj jeho tepelná kapacita závisí od druhu látky, z ktorej je toto teleso zložené.
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 je potrebné teplo rovnajúce sa 1700 J.
Fyzikálne množstvo ukazujúce, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС, sa nazýva špecifické teplo túto látku.
Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram-stupeň (J / (kg ° C)).
Merná tepelná kapacita tej istej látky v rôznych agregovaných skupenstvách (tuhé, kvapalné a plynné) je rôzna. Napríklad merná tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg ºС) a merná tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg ºС); hliník v pevnom skupenstve má mernú tepelnú kapacitu 920 J/(kg - °C), v kvapalnom stave je 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. Z tohto dôvodu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, leto nie je také horúce ako na miestach ďaleko od vody.
Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného pri ochladzovaní.
Z uvedeného je zrejmé, že množstvo tepla potrebného 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 ním uvoľneného počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifické teplo telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:
Q = cm (t 2 - t 1 ) ,
Kde Q- množstvo tepla, c je merná tepelná kapacita, m- telesná hmotnosť, t 1 - počiatočná teplota, t 2 je konečná teplota.
Keď je telo zahriate t2 > t 1 a preto Q > 0 . Keď je telo vychladnuté t 2and< t 1 a preto Q< 0 .
Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q sa určuje podľa vzorca:
Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .
Tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.
Tepelná kapacita tela sa označuje veľkým latinským písmenom S.
Čo určuje tepelnú kapacitu 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 do jednej z nich nalejeme vodu s hmotnosťou 400 g a do druhej rastlinný olej s hmotnosťou 400 g a začneme ich ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomerov 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 následne aj jeho tepelná kapacita závisí od druhu látky, z ktorej je toto teleso zložené.
Napríklad na zvýšenie teploty 1 kg vody 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 1 700 J. Vyžaduje sa J.
Fyzikálne množstvo ukazujúce, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС, sa nazýva špecifické teplo túto látku.
Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram-stupeň (J / (kg ° C)).
Merná tepelná kapacita tej istej látky v rôznych agregovaných skupenstvách (tuhé, kvapalné a plynné) je rôzna. Napríklad merná tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg ºС) a merná tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg ºС); hliník v pevnom stave má špecifickú tepelnú kapacitu 920 J / (kg - ° C) a 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. Z tohto dôvodu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, leto nie je 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 potrebného 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 ním uvoľneného počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifické teplo 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, t1- počiatočná teplota, t2- konečná teplota.
Keď je telo zahriate t2> t1 a preto Q >0 . Keď je telo vychladnuté t 2and< t1 a preto Q< 0 .
Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q sa určuje podľa vzorca: Q \u003d C (t 2 - t1).
22) Tavenie: definícia, výpočet množstva tepla na tavenie alebo tuhnutie, merné teplo tavenia, graf t 0 (Q).
Termodynamika
Odvetvie molekulárnej fyziky, ktoré študuje prenos energie, vzorce transformácie niektorých druhov energie na iné. Na rozdiel od molekulárno-kinetickej teórie termodynamika nezohľadňuje vnútornú štruktúru látok a mikroparametre.
Termodynamický systém
Ide o súbor telies, ktoré si vymieňajú energiu (vo forme práce alebo tepla) medzi sebou alebo s prostredím. Napríklad voda v kanvici sa ochladzuje, dochádza k výmene tepla vody s kanvicou a kanvice s okolím. Valec s plynom pod piestom: piest vykonáva prácu, v dôsledku čoho plyn dostáva energiu a menia sa jeho makro parametre.
Množstvo tepla
Toto energie, ktorý prijíma alebo dáva systém v procese výmeny tepla. Označené symbolom Q, merané ako každá energia v jouloch.
V dôsledku rôznych procesov prenosu 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 hmotnostných jednotiek tejto látky o 1K. Ohrev 1 kg skla alebo 1 kg vody vyžaduje iné množstvo energie. Merná tepelná kapacita je známa hodnota už vypočítaná pre všetky látky, pozri hodnotu vo fyzikálnych tabuľkách.
Tepelná kapacita látky C- toto je množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie tela bez zohľadnenia jeho hmotnosti o 1K.
Topenie a kryštalizácia
Topenie je prechod látky z pevného do kvapalného stavu. Reverzný prechod sa nazýva kryštalizácia.
Energia vynaložená 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 výparné teplo 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 susedné voľné miesto. Takéto skoky v kvapalinách sa vyskytujú pomerne často; preto molekuly nie sú viazané na určité 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 objednávka krátkeho dosahu(obr. 3.5.1).
Koeficient β sa nazýva teplotný koeficient objemovej rozťažnosti . Tento koeficient pre kvapaliny je desaťkrát vyšší ako pre tuhé látky. Napríklad pre vodu, 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 voda expanduje s klesajúcou teplotou (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.
Keď voda zamrzne, roztiahne sa, takže ľad zostane plávať na hladine zamŕzajúcej vodnej plochy. Teplota mraziacej vody pod ľadom je 0°C. V hustejších vrstvách vody pri 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 kvapalnej hmoty v špeciálnych podmienkach. Treba mať na pamäti, že kvôli extrémne nízkej stlačiteľnosti je prítomnosť hustejšieho zbaleného povrchu vrstva 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 pôsobili tangenciálne k jej povrchu, čím sa tento povrch zmenšuje (sťahuje). 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 povrchovej plochy (t. j. od toho, ako sa fólia deformuje) a od síl povrchového napätia. nezávisia na povrchu kvapaliny.
Niektoré kvapaliny, ako napríklad mydlová voda, majú schopnosť vytvárať tenké filmy. Všetky známe mydlové bubliny majú správny guľovitý tvar – tým sa prejavuje aj pôsobenie síl povrchového napätia. Ak sa do mydlového roztoku spustí drôtený rám, ktorého jedna strana je pohyblivá, potom sa celý pokryje filmom kvapaliny (obr. 3.5.3).
Sily povrchového napätia majú tendenciu skracovať povrch fólie. Aby sa vyrovnala pohyblivá strana rámu, musí naň pôsobiť vonkajšia sila Ak sa pri pôsobení sily priečka posunie o Δ X, potom dielo Δ A ext = F ext Δ X = Δ Ep = σΔ S, kde ∆ S = 2LΔ X je prírastok plochy 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.
V dôsledku pôsobenia síl povrchového napätia v kvapkách kvapaliny a vo vnútri mydlových bublín vzniká nadmerný tlak Δ p. Ak mentálne odrežeme sférický pokles polomeru R na dve polovice, potom každá z nich musí byť v rovnováhe pri pôsobení síl povrchového napätia aplikovaných na hranicu rezu s dĺžkou 2π R a pretlakové sily pôsobiace na plochu 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 povrchu pevného telesa. V tomto prípade sa kvapalina približuje k povrchu tuhého telesa pod nejakým ostrým uhlom θ, ktorý je charakteristický pre daný pár kvapalina-tuhá látka. Uhol θ sa nazýva kontaktný uhol . Ak interakčné sily 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 sa hovorí, že kvapalina nezmáča sa povrchu pevného telesa. O úplné zmáčanie 0 = 0, at úplné nezmáčanie 6 = 180°.
kapilárne javy nazývaný vzostup alebo pokles tekutiny v rúrkach s malým priemerom - kapiláry. Zmáčavé kvapaliny stúpajú cez kapiláry, nezmáčavé kvapaliny klesajú.
Na obr. 3.5.6 je znázornená kapilára s určitým polomerom r spustená spodným koncom do zmáčacej kvapaliny s hustotou ρ. Horný koniec kapiláry je otvorený. Stúpanie kvapaliny v kapiláre pokračuje dovtedy, kým sa gravitačná sila pôsobiaca na stĺpec kvapaliny v kapiláre nerovná v absolútnej hodnote výslednej 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 úplnom nezmáčaní je θ = 180°, 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 nezmáča povrch skla úplne. 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. Jej jednotky.
Fenomén premeny kvapaliny na paru sa nazýva odparovanie.
Odparovanie - proces vyparovania prebiehajúci z otvoreného povrchu.
Molekuly kvapaliny sa pohybujú rôznymi rýchlosťami. Ak je akákoľvek molekula na povrchu kvapaliny, môže prekonať príťažlivosť susedných molekúl a vyletieť z kvapaliny. Unikajúce molekuly tvoria paru. Rýchlosti zostávajúcich molekúl kvapaliny sa pri zrážke menia. V tomto prípade niektoré molekuly nadobudnú rýchlosť dostatočnú na to, aby vyleteli z kvapaliny. Tento proces pokračuje, takže kvapaliny sa pomaly vyparujú.
* Rýchlosť odparovania závisí od typu kvapaliny. Tie kvapaliny sa vyparujú rýchlejšie, v ktorých sú molekuly priťahované menšou silou.
*Odparovanie môže nastať pri akejkoľvek teplote. Ale pri vyšších teplotách je odparovanie rýchlejšie .
*Rýchlosť odparovania závisí od plochy povrchu.
*Pri vetre (prúdení vzduchu) dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu.
Pri vyparovaní sa vnútorná energia znižuje, pretože. počas odparovania rýchle molekuly opúšťajú kvapalinu, preto priemerná rýchlosť zostávajúcich molekúl klesá. To znamená, že ak nedochádza k prílevu energie zvonku, teplota kvapaliny klesá.
Fenomén premeny pár na kvapalinu sa nazýva kondenzácii.
Je sprevádzané uvoľňovaním energie.
Kondenzácia pár vysvetľuje vznik oblakov. Vodná para stúpajúca nad zemou vytvára v horných studených vrstvách vzduchu oblaky, ktoré pozostávajú z drobných kvapiek vody.
Špecifické teplo vyparovania - fyzický. veličina udávajúca, koľko tepla je potrebné na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg na paru bez zmeny teploty.
Oud. výparné teplo označuje sa písmenom L a meria sa v J / kg
Oud. 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 tela a uvoľneného pri ochladzovaní
Aby sme sa naučili vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie tela, najprv zistíme, na akých množstvách závisí.
Z predchádzajúceho odseku už vieme, že toto množstvo tepla závisí od druhu látky, z ktorej sa telo skladá (t. j. od jeho špecifickej 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.
Čím viac sa teda teplota telesa pri zahrievaní mení, tým viac tepla mu treba odovzdať.
Nech sa počiatočná teplota tela rovná tini a konečná teplota - tfin. Potom bude zmena telesnej teploty vyjadrená rozdielom:
Koniec koncov, každý to vie kúrenie napríklad 2 kg vody zaberie 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.
Napríklad je potrebné určiť, koľko tepla je potrebné na ohrev železnej súčiastky s hmotnosťou 5 kg za predpokladu, že jej počiatočná teplota je 20 °C a konečná teplota by mala byť 620 °C.
Z tabuľky 8 zistíme, že merná tepelná kapacita železa je c = 460 J/(kg°C). To znamená, že na zahriatie 1 kg železa o 1 °C je potrebných 460 J.
Na zohriatie 5 kg železa o 1 °C je potrebné 5-násobné množstvo tepla, t.j. 460 J*5 = 2300 J.
Žehliť nie o 1 °C, ale o A t \u003d 600 ° C, bude potrebných ďalších 600-krát viac tepla, t.j. 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J. Presne rovnaké (modulo) množstvo tepla sa uvoľní, keď sa táto žehlička ochladí zo 620 na 20 °C.
Takže, aby ste našli množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas chladenia, musíte vynásobiť špecifické teplo 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 zmeny teploty. 2. Akým vzorcom je množstvo tepla potrebného na zahriatie tela alebo ním uvoľneného počas chladenie?
S.V. Gromov, N.A. Vlasť, fyzika 8. ročník
Zaslané čitateľmi z internetových stránok
Zadania a odpovede z fyziky podľa tried, sťahovanie abstraktov z fyziky, plánovanie hodín fyziky 8. ročník, všetko pre študenta na prípravu na hodiny, plán hodín fyziky, fyzikálne testy online, domáce úlohy a práca
Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia samoskúšobné workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, schémy humor, anekdoty, vtipy, komiksové podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavých cheat sheets 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 programu diskusie Integrované lekcieČo sa na sporáku rýchlejšie zohreje - rýchlovarná kanvica alebo vedro vody? Odpoveď je zrejmá – rýchlovarná kanvica. Potom je druhá otázka prečo?
Odpoveď nie je o nič menej zrejmá - pretože množstvo vody v kanvici je menšie. Skvelé. A teraz si ten najskutočnejší fyzický zážitok môžete urobiť sami doma. Na to budete potrebovať dva rovnaké malé hrnce, rovnaké množstvo vody a rastlinného oleja, napríklad pol litra a sporák. Dajte hrnce s olejom a vodou na rovnaký oheň. A teraz už len sledujte, čo sa rýchlejšie zahreje. Ak existuje teplomer na tekutiny, môžete ho použiť, ak nie, teplotu môžete len občas vyskúšať prstom, len pozor, aby ste sa nepopálili. V každom prípade čoskoro uvidíte, že olej sa zohrieva podstatne rýchlejšie ako voda. A ešte jedna otázka, ktorá sa dá realizovať aj formou zážitku. Čo vrie rýchlejšie – teplá voda alebo studená? Všetko je opäť zrejmé – prvý skončí ten teplý. Prečo všetky tieto zvláštne otázky a experimenty? Aby bolo možné určiť fyzikálne množstvo nazývané "množstvo tepla."
Množstvo tepla
Množstvo tepla je energia, ktorú telo stráca alebo získava pri prenose tepla. To je jasné už z názvu. Pri ochladzovaní telo stratí určité množstvo tepla a pri zahriatí ho 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 sa skladá, 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 určte množstvo tepla podľa vzorca:
kde Q je množstvo tepla,
m - telesná hmotnosť,
(t_2-t_1) - rozdiel medzi počiatočnou a konečnou telesnou teplotou,
c - merná tepelná kapacita látky, zistí sa z príslušných tabuliek.
Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie akéhokoľvek telesa alebo ktoré toto teleso uvoľní, keď sa ochladí.
Množstvo tepla sa meria v jouloch (1 J), ako každá iná forma 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 zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Na základe týchto údajov si milovníci počítania kalórií v jedle, ktoré jedia, môžu pre zaujímavosť vypočítať, koľko litrov vody sa dá uvariť s energiou, ktorú počas dňa skonzumujú s jedlom.
Pojem množstvo tepla vznikol v raných štádiách vývoja modernej fyziky, keď ešte neexistovali jasné predstavy o vnútornej štruktúre hmoty, o tom, čo je energia, o tom, aké formy energie existujú v prírode a o energii ako forma pohybu a premeny hmoty.
Množstvo tepla sa chápe ako fyzikálna veličina ekvivalentná energii odovzdanej hmotnému telesu v procese výmeny tepla.
Zastaranou jednotkou množstva tepla je kalória, rovná sa 4,2 J, dnes sa táto jednotka prakticky nepoužíva a jej miesto zaujal joule.
Spočiatku sa predpokladalo, že nosičom tepelnej energie je nejaké úplne beztiažové médium, ktoré má vlastnosti kvapaliny. Na základe tohto predpokladu sa riešili a stále riešia mnohé fyzikálne problémy prenosu tepla. Existencia hypotetickej kalórie bola braná ako základ 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 z nesprávnych fyzikálnych konceptov. Existuje známy zákon, podľa ktorého je množstvo tepla priamo úmerné hmotnosti telesa zapojeného do výmeny tepla a teplotnému gradientu:
Kde Q je množstvo tepla, m je hmotnosť telesa 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 plyn pri zahrievaní zväčšuje 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 možno zaznamenať jednu ťažkosť: tlaková sila bude závisieť od objemu plynu, čo znamená, že nemáme do činenia s konštantami, ale s premennými. Keďže všetky tri premenné: tlak, teplota a objem spolu súvisia, výpočet práce sa stáva oveľa komplikovanejším. 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 na objeme a práca sa vypočíta ako integrál tvaru.
