Llogaritja e sasisë së përafërt të kërkuar të nxehtësisë. Formula për sasinë e nxehtësisë

Në praktikë, shpesh përdoren llogaritjet termike. Për shembull, gjatë ndërtimit të ndërtesave, është e nevojshme të merret parasysh se sa nxehtësi duhet t'i japë ndërtesës i gjithë sistemi i ngrohjes. Ju gjithashtu duhet të dini se sa nxehtësi do të shkojë në hapësirën përreth përmes dritareve, mureve, dyerve.

Ne do të tregojmë me shembuj se si të kryejmë llogaritjet më të thjeshta.

Pra, duhet të zbuloni se sa nxehtësi mori pjesa e bakrit kur nxehet. Masa e tij është 2 kg, dhe temperatura u rrit nga 20 në 280 °C. Së pari, sipas tabelës 1, ne përcaktojmë kapacitetin specifik të nxehtësisë së bakrit me m = 400 J / kg ° C. Kjo do të thotë se duhen 400 J për të ngrohur një pjesë bakri që peshon 1 kg me 1 °C. Për të ngrohur një pjesë bakri që peshon 2 kg me 1 °C, duhet 2 herë më shumë nxehtësi - 800 J. Temperatura e pjesës së bakrit duhet të rritet me më shumë se 1 ° C, dhe me 260 ° C, do të thotë se do të kërkohet 260 herë më shumë nxehtësi, d.m.th. 800 J 260 \u003d 208,000 J.

Nëse shënojmë masën m, ndryshimin midis temperaturave përfundimtare (t 2) dhe fillestare (t 1) - t 2 - t 1, marrim një formulë për llogaritjen e sasisë së nxehtësisë:

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

Shembulli 1. Një kazan hekuri me masë 5 kg mbushet me ujë me masë 10 kg. Sa nxehtësi duhet të transferohet në kazan me ujë për të ndryshuar temperaturën e tyre nga 10 në 100 °C?

Gjatë zgjidhjes së problemit, duhet të merret parasysh që të dy trupat - si bojleri ashtu edhe uji - do të nxehen së bashku. Ndërmjet tyre bëhet shkëmbimi i nxehtësisë. Temperaturat e tyre mund të konsiderohen të njëjta, pra temperatura e bojlerit dhe ujit ndryshon me 100 °C - 10 °C = 90 °C. Por sasitë e nxehtësisë së marrë nga kaldaja dhe uji nuk do të jenë të njëjta. Në fund të fundit, masat e tyre dhe kapacitetet specifike të nxehtësisë janë të ndryshme.

Ngrohja e ujit në një kazan

Shembulli 2. Ujë i përzier me peshë 0,8 kg, me temperaturë 25 ° C dhe ujë në temperaturë 100 ° C, me peshë 0,2 kg. Temperatura e përzierjes së përftuar u mat dhe u zbulua se ishte 40°C. Llogaritni sasinë e nxehtësisë që lëshon uji i nxehtë kur ftohet dhe sa nxehtësi merr uji i ftohtë kur nxehet. Krahasoni këto sasi të nxehtësisë.

Le të shkruajmë gjendjen e problemit dhe ta zgjidhim atë.

Shohim që sasia e nxehtësisë që lëshohet nga uji i nxehtë dhe sasia e nxehtësisë së marrë nga uji i ftohtë janë të barabarta me njëra-tjetrën. Ky nuk është një rezultat i rastësishëm. Përvoja tregon se nëse shkëmbimi i nxehtësisë ndodh ndërmjet trupave, atëherë energjia e brendshme e të gjithë trupave ngrohës rritet aq sa zvogëlohet energjia e brendshme e trupave ftohës.

Gjatë kryerjes së eksperimenteve, zakonisht rezulton se energjia e lëshuar nga uji i nxehtë është më e madhe se energjia e marrë nga uji i ftohtë. Kjo shpjegohet me faktin se një pjesë e energjisë transferohet në ajrin përreth, dhe një pjesë e energjisë transferohet në enën në të cilën ishte përzier uji. Barazia e energjive të dhëna dhe të marra do të jetë sa më e saktë, aq më pak humbje energjie lejohet në eksperiment. Nëse llogaritni dhe merrni parasysh këto humbje, atëherë barazia do të jetë e saktë.

Pyetje

1. Çfarë duhet të dini për të llogaritur sasinë e nxehtësisë që merr trupi kur nxehet?
2. Shpjegoni me një shembull se si llogaritet sasia e nxehtësisë që i jepet një trupi kur nxehet ose lëshohet kur ftohet.
3. Shkruani një formulë për të llogaritur sasinë e nxehtësisë.
4. Çfarë përfundimi mund të nxirret nga përvoja e përzierjes së ujit të ftohtë dhe të nxehtë? Pse këto energji nuk janë të barabarta në praktikë?

Ushtrimi 8

1. Sa nxehtësi nevojitet për të rritur temperaturën e 0,1 kg ujë me 1°C?
2. Llogaritni sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur: a) një gize me peshë 1,5 kg për të ndryshuar temperaturën e tij me 200 °C; b) një lugë alumini me peshë 50 g nga 20 në 90 °C; c) një oxhak me tulla me peshë 2 tonë nga 10 në 40 °C.
3. Çfarë sasie nxehtësie lirohet kur uji ftohej, vëllimi i të cilit ishte 20 litra, nëse temperatura ndryshonte nga 100 në 50 °C?

Siç e dini, gjatë proceseve të ndryshme mekanike, ndodh një ndryshim në energjinë mekanike. Masa e ndryshimit të energjisë mekanike është puna e forcave të aplikuara në sistem:

Gjatë transferimit të nxehtësisë, ndodh një ndryshim në energjinë e brendshme të trupit. Masa e ndryshimit të energjisë së brendshme gjatë transferimit të nxehtësisë është sasia e nxehtësisë.

Sasia e nxehtësisëështë një masë e ndryshimit të energjisë së brendshme që trupi merr (ose jep) në procesin e transferimit të nxehtësisë.

Kështu, si puna ashtu edhe sasia e nxehtësisë karakterizojnë ndryshimin e energjisë, por nuk janë identike me energjinë. Ato nuk karakterizojnë gjendjen e vetë sistemit, por përcaktojnë procesin e transferimit të energjisë nga një formë në tjetrën (nga një trup në tjetrin) kur gjendja ndryshon dhe në thelb varet nga natyra e procesit.

Dallimi kryesor midis punës dhe sasisë së nxehtësisë është se puna karakterizon procesin e ndryshimit të energjisë së brendshme të sistemit, i shoqëruar me shndërrimin e energjisë nga një lloj në tjetrin (nga mekanike në të brendshme). Sasia e nxehtësisë karakterizon procesin e transferimit të energjisë së brendshme nga një trup në tjetrin (nga më i nxehtë në më pak të nxehtë), i cili nuk shoqërohet me transformime energjetike.

Përvoja tregon se sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur një trup me masë m nga temperatura në temperaturë llogaritet me formulë

ku c është kapaciteti termik specifik i substancës;

Njësia SI e nxehtësisë specifike është xhaul për kilogram-Kelvin (J/(kg K)).

Nxehtësia specifike c është numerikisht i barabartë me sasinë e nxehtësisë që duhet t'i jepet një trupi me masë 1 kg për ta ngrohur atë me 1 K.

Kapaciteti i nxehtësisë trupi është numerikisht i barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ndryshuar temperaturën e trupit me 1 K:

Njësia SI e kapacitetit të nxehtësisë së një trupi është xhaul për Kelvin (J/K).

Për të ndryshuar një lëng në avull në një temperaturë konstante, sasia e nxehtësisë që kërkohet është

ku L është nxehtësia specifike e avullimit. Kur avulli kondensohet, lirohet e njëjta sasi nxehtësie.

Për të shkrirë një trup kristalor me masë m në temperaturën e shkrirjes, është e nevojshme të informohet trupi për sasinë e nxehtësisë.

ku është nxehtësia specifike e shkrirjes. Gjatë kristalizimit të një trupi lirohet e njëjta sasi nxehtësie.

Sasia e nxehtësisë që lirohet gjatë djegies së plotë të lëndës djegëse me masë m,

ku q është nxehtësia specifike e djegies.

Njësia SI e nxehtësisë specifike të avullimit, shkrirjes dhe djegies është xhaul për kilogram (J/kg).

« Fizikë - klasa 10 "

Në cilat procese ndodh transformimi agregat i materies?
Si mund të ndryshohet gjendja e materies?

Ju mund të ndryshoni energjinë e brendshme të çdo trupi duke bërë punë, duke e ngrohur ose, anasjelltas, duke e ftohur atë.
Kështu, gjatë farkëtimit të një metali punohet dhe nxehet, ndërsa në të njëjtën kohë metali mund të nxehet mbi një flakë që digjet.

Gjithashtu, nëse pistoni është i fiksuar (Fig. 13.5), atëherë vëllimi i gazit nuk ndryshon kur nxehet dhe nuk punohet. Por temperatura e gazit, dhe rrjedhimisht energjia e tij e brendshme, rritet.

Energjia e brendshme mund të rritet dhe ulet, kështu që sasia e nxehtësisë mund të jetë pozitive ose negative.

Procesi i transferimit të energjisë nga një trup në tjetrin pa kryer punë quhet shkëmbimi i nxehtësisë.

Masa sasiore e ndryshimit të energjisë së brendshme gjatë transferimit të nxehtësisë quhet sasia e nxehtësisë.

Pamja molekulare e transferimit të nxehtësisë.

Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë në kufirin midis trupave, molekulat që lëvizin ngadalë të një trupi të ftohtë ndërveprojnë me molekulat që lëvizin me shpejtësi të një trupi të nxehtë. Si rezultat, energjitë kinetike të molekulave barazohen dhe shpejtësitë e molekulave të një trupi të ftohtë rriten, ndërsa ato të një trupi të nxehtë zvogëlohen.

Gjatë shkëmbimit të nxehtësisë, nuk ka shndërrim të energjisë nga një formë në tjetrën, një pjesë e energjisë së brendshme të një trupi më të nxehtë transferohet në një trup më pak të nxehtë.

Sasia e nxehtësisë dhe kapaciteti i nxehtësisë.

Tashmë e dini se për të ngrohur një trup me masë m nga temperatura t 1 në temperaturën t 2, është e nevojshme të transferoni në të sasinë e nxehtësisë:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13.5)

Kur trupi ftohet, temperatura e tij përfundimtare t 2 rezulton të jetë më e vogël se temperatura fillestare t 1 dhe sasia e nxehtësisë që lëshohet nga trupi është negative.

Koeficienti c në formulën (13.5) quhet kapaciteti specifik i nxehtësisë substancave.

Nxehtësia specifike- kjo është një vlerë numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që merr ose lëshon një substancë me masë prej 1 kg kur temperatura e saj ndryshon me 1 K.

Kapaciteti specifik termik i gazeve varet nga procesi me të cilin transferohet nxehtësia. Nëse ngrohni një gaz me presion konstant, ai do të zgjerohet dhe do të funksionojë. Për të ngrohur një gaz me 1 °C me presion konstant, ai duhet të transferojë më shumë nxehtësi sesa ta ngrohë atë në një vëllim konstant, kur gazi vetëm do të nxehet.

Lëngjet dhe lëndët e ngurta zgjerohen pak kur nxehen. Kapacitetet e tyre specifike të nxehtësisë në vëllim konstant dhe presion konstant ndryshojnë pak.

Nxehtësia specifike e avullimit.

Për të kthyer një lëng në avull gjatë procesit të vlimit, është e nevojshme të transferoni një sasi të caktuar nxehtësie në të. Temperatura e një lëngu nuk ndryshon kur vlon. Shndërrimi i lëngut në avull në një temperaturë konstante nuk çon në një rritje të energjisë kinetike të molekulave, por shoqërohet me një rritje të energjisë potenciale të ndërveprimit të tyre. Në fund të fundit, distanca mesatare midis molekulave të gazit është shumë më e madhe se midis molekulave të lëngshme.

Vlera numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të kthyer një lëng 1 kg në avull në një temperaturë konstante quhet nxehtësia specifike e avullimit.

Procesi i avullimit të lëngut ndodh në çdo temperaturë, ndërsa molekulat më të shpejta largohen nga lëngu dhe ai ftohet gjatë avullimit. Nxehtësia specifike e avullimit është e barabartë me nxehtësinë specifike të avullimit.

Kjo vlerë shënohet me shkronjën r dhe shprehet në xhaul për kilogram (J / kg).

Nxehtësia specifike e avullimit të ujit është shumë e lartë: r H20 = 2,256 10 6 J/kg në temperaturën 100 °C. Në lëngje të tjera, si alkooli, eteri, merkuri, vajguri, nxehtësia specifike e avullimit është 3-10 herë më e vogël se ajo e ujit.

Për të kthyer një lëng me masë m në avull, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me:

Q p \u003d rm. (13.6)

Kur avulli kondensohet, lirohet e njëjta sasi nxehtësie:

Q k \u003d -rm. (13.7)

Nxehtësia specifike e shkrirjes.

Kur një trup kristalor shkrihet, e gjithë nxehtësia që i jepet shkon për të rritur energjinë potenciale të bashkëveprimit të molekulave. Energjia kinetike e molekulave nuk ndryshon, pasi shkrirja ndodh në një temperaturë konstante.

Vlera numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të shndërruar një substancë kristalore që peshon 1 kg në pikën e shkrirjes në një lëng quhet nxehtësia specifike e shkrirjes dhe shënohen me shkronjën λ.

Gjatë kristalizimit të një lënde me masë prej 1 kg, lirohet saktësisht e njëjta sasi nxehtësie sa përthithet gjatë shkrirjes.

Nxehtësia specifike e shkrirjes së akullit është mjaft e lartë: 3,34 10 5 J/kg.

“Nëse akulli nuk do të kishte një nxehtësi të lartë të shkrirjes, atëherë në pranverë e gjithë masa e akullit do të duhej të shkrihej në pak minuta ose sekonda, pasi nxehtësia transferohet vazhdimisht në akull nga ajri. Pasojat e kësaj do të ishin të tmerrshme; sepse edhe në situatën e tanishme përmbytje të mëdha dhe përrenj të mëdhenj uji lindin nga shkrirja e masave të mëdha akulli ose bore.” R. Black, shekulli i 18-të

Për të shkrirë një trup kristalor me masë m, kërkohet një sasi nxehtësie e barabartë me:

Qpl \u003d λm. (13.8)

Sasia e nxehtësisë së çliruar gjatë kristalizimit të trupit është e barabartë me:

Q cr = -λm (13.9)

Ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.

Konsideroni shkëmbimin e nxehtësisë brenda një sistemi të përbërë nga disa trupa që fillimisht kanë temperatura të ndryshme, për shembull, shkëmbimin e nxehtësisë midis ujit në një enë dhe një topi të nxehtë hekuri të ulur në ujë. Sipas ligjit të ruajtjes së energjisë, sasia e nxehtësisë që lëshohet nga një trup është numerikisht e barabartë me sasinë e nxehtësisë së marrë nga një tjetër.

Sasia e dhënë e nxehtësisë konsiderohet negative, sasia e marrë e nxehtësisë konsiderohet pozitive. Prandaj, sasia totale e nxehtësisë Q1 + Q2 = 0.

Nëse shkëmbimi i nxehtësisë ndodh midis disa trupave në një sistem të izoluar, atëherë

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Quhet ekuacioni (13.10). ekuacioni i bilancit të nxehtësisë.

Këtu Q 1 Q 2 , Q 3 - sasia e nxehtësisë së marrë ose të dhënë nga trupat. Këto sasi të nxehtësisë shprehen me formulën (13.5) ose formulat (13.6) - (13.9), nëse në procesin e transferimit të nxehtësisë ndodhin transformime të ndryshme fazore të substancës (shkrirja, kristalizimi, avullimi, kondensimi).

Në këtë mësim, do të mësojmë se si të llogarisim sasinë e nxehtësisë që nevojitet për të ngrohur një trup ose për ta çliruar atë kur ftohet. Për ta bërë këtë, ne do të përmbledhim njohuritë që janë marrë në mësimet e mëparshme.

Përveç kësaj, ne do të mësojmë se si të përdorim formulën për sasinë e nxehtësisë për të shprehur sasitë e mbetura nga kjo formulë dhe për t'i llogaritur ato, duke ditur sasi të tjera. Një shembull i një problemi me një zgjidhje për llogaritjen e sasisë së nxehtësisë gjithashtu do të merret parasysh.

Ky mësim i kushtohet llogaritjes së sasisë së nxehtësisë kur një trup nxehet ose lëshohet prej tij kur ftohet.

Aftësia për të llogaritur sasinë e kërkuar të nxehtësisë është shumë e rëndësishme. Kjo mund të jetë e nevojshme, për shembull, kur llogaritet sasia e nxehtësisë që duhet t'i jepet ujit për të ngrohur një dhomë.

Oriz. 1. Sasia e nxehtësisë që duhet t'i raportohet ujit për të ngrohur dhomën

Ose për të llogaritur sasinë e nxehtësisë që lirohet kur karburanti digjet në motorë të ndryshëm:

Oriz. 2. Sasia e nxehtësisë që lirohet kur karburanti digjet në motor

Gjithashtu, kjo njohuri është e nevojshme, për shembull, për të përcaktuar sasinë e nxehtësisë që lëshohet nga Dielli dhe godet Tokën:

Oriz. 3. Sasia e nxehtësisë që lëshon Dielli dhe bie në Tokë

Për të llogaritur sasinë e nxehtësisë, duhet të dini tre gjëra (Fig. 4):

• pesha e trupit (e cila zakonisht mund të matet me një peshore);
• ndryshimi i temperaturës me të cilin është e nevojshme të ngrohni trupin ose ta ftohni atë (zakonisht matet me një termometër);
• kapaciteti specifik termik i trupit (i cili mund të përcaktohet nga tabela).

Oriz. 4. Çfarë duhet të dini për të përcaktuar

Formula për llogaritjen e sasisë së nxehtësisë është si më poshtë:

Kjo formulë përmban sasitë e mëposhtme:

Sasia e nxehtësisë, e matur në xhaul (J);

Kapaciteti specifik termik i një lënde, i matur në;

- ndryshimi i temperaturës, i matur në gradë Celsius ().

Konsideroni problemin e llogaritjes së sasisë së nxehtësisë.

Një detyrë

Një gotë bakri me një masë gramësh përmban ujë me një vëllim prej një litri në një temperaturë prej . Sa nxehtësi duhet të transferohet në një gotë me ujë në mënyrë që temperatura e saj të bëhet e barabartë me ?

Oriz. 5. Ilustrimi i gjendjes së problemit

Së pari, ne shkruajmë një kusht të shkurtër ( E dhënë) dhe konvertoni të gjitha sasitë në sistemin ndërkombëtar (SI).

E dhënë:	SI
Gjej:

Zgjidhja:

Së pari, përcaktoni se cilat sasi të tjera na duhen për të zgjidhur këtë problem. Sipas tabelës së kapacitetit specifik të nxehtësisë (Tabela 1), gjejmë (kapacitetin specifik të nxehtësisë së bakrit, pasi sipas gjendjes xhami është bakër), (kapaciteti specifik termik i ujit, pasi sipas kushteve ka ujë në gotë). Përveç kësaj, ne e dimë se për të llogaritur sasinë e nxehtësisë, na duhet një masë uji. Me kusht, na jepet vetëm vëllimi. Prandaj, marrim dendësinë e ujit nga tabela: (Tabela 2).

Tab. 1. Kapaciteti specifik termik i disa substancave,

Tab. 2. Dendësia e disa lëngjeve

Tani kemi gjithçka që na nevojitet për të zgjidhur këtë problem.

Vini re se sasia totale e nxehtësisë do të përbëhet nga shuma e sasisë së nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur xhamin e bakrit dhe sasisë së nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur ujin në të:

Ne fillimisht llogarisim sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur xhamin e bakrit:

Para se të llogarisim sasinë e nxehtësisë së nevojshme për ngrohjen e ujit, ne llogarisim masën e ujit duke përdorur formulën e njohur për ne nga klasa 7:

Tani mund të llogarisim:

Atëherë mund të llogarisim:

Kujtoni se çfarë do të thotë: kiloxhaul. Parashtesa "kilo" do të thotë .

Përgjigje:.

Për lehtësinë e zgjidhjes së problemeve të gjetjes së sasisë së nxehtësisë (të ashtuquajturat probleme të drejtpërdrejta) dhe sasive që lidhen me këtë koncept, mund të përdorni tabelën e mëposhtme.

Vlera e dëshiruar	Emërtimi	Njësitë	Formula bazë	Formula për sasinë
Sasia e nxehtësisë