1. Αλλαγή εσωτερική ενέργειαμε την εκτέλεση εργασίας χαρακτηρίζεται από την ποσότητα της εργασίας, δηλ. Η εργασία είναι ένα μέτρο της αλλαγής της εσωτερικής ενέργειας σε μια δεδομένη διαδικασία. Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος κατά τη μεταφορά θερμότητας χαρακτηρίζεται από μια ποσότητα που ονομάζεται ποσότητα θερμότητας.

Η ποσότητα θερμότητας είναι η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος κατά τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας χωρίς να κάνει εργασία.

Η ποσότητα της θερμότητας συμβολίζεται με το γράμμα ​\(Q\) ​. Δεδομένου ότι η ποσότητα της θερμότητας είναι ένα μέτρο της μεταβολής της εσωτερικής ενέργειας, η μονάδα της είναι το τζάουλ (1 J).

Όταν ένα σώμα μεταφέρει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας χωρίς να κάνει εργασία, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται· εάν το σώμα εκπέμπει μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας, τότε η εσωτερική του ενέργεια μειώνεται.

2. Εάν ρίξετε 100 g νερό σε δύο πανομοιότυπα δοχεία, το ένα και 400 g στο άλλο στην ίδια θερμοκρασία και τα τοποθετήσετε σε ίδιους καυστήρες, τότε το νερό στο πρώτο δοχείο θα βράσει νωρίτερα. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα θερμότητας που χρειάζεται για να θερμανθεί. Το ίδιο ισχύει και με την ψύξη: όταν ένα σώμα μεγαλύτερης μάζας ψύχεται, εκπέμπει μεγαλύτερη ποσότητα θερμότητας. Αυτά τα σώματα αποτελούνται από την ίδια ουσία και θερμαίνονται ή ψύχονται κατά τον ίδιο αριθμό μοιρών.

​3. Αν τώρα ζεστάνουμε 100 g νερό από 30 έως 60 °C, δηλ. στους 30 °C και στη συνέχεια μέχρι τους 100 °C, δηλ. κατά 70 °C, τότε στην πρώτη περίπτωση θα χρειαστεί λιγότερος χρόνος για να θερμανθεί από ό,τι στη δεύτερη και, κατά συνέπεια, η θέρμανση του νερού κατά 30 °C θα απαιτεί λιγότερη θερμότητα από τη θέρμανση του νερού κατά 70 °C. Έτσι, η ποσότητα της θερμότητας είναι ευθέως ανάλογη με τη διαφορά μεταξύ της τελικής ​\((t_2\,^\circ C) \) ​ και της αρχικής \((t_1\,^\circ C) \) θερμοκρασιών: ​\( Q\sim(t_2- t_1) \) ​.

4. Εάν τώρα ρίξετε 100 g νερό σε ένα δοχείο και ρίξετε λίγο νερό σε ένα άλλο ίδιο δοχείο και βάλετε μέσα ένα μεταλλικό σώμα έτσι ώστε η μάζα του και η μάζα του νερού να είναι 100 g και θερμάνετε τα δοχεία σε πανομοιότυπα πλακάκια, τότε θα παρατηρήσετε ότι σε ένα δοχείο που περιέχει μόνο νερό θα έχει χαμηλότερη θερμοκρασία από ένα που περιέχει νερό και μεταλλικό σώμα. Επομένως, για να είναι ίδια η θερμοκρασία του περιεχομένου και στα δύο δοχεία, είναι απαραίτητο να μεταφερθεί περισσότερη θερμότητα στο νερό παρά στο νερό και στο μεταλλικό σώμα. Έτσι, η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία είναι φτιαγμένο το σώμα.

5. Η εξάρτηση της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος από τον τύπο της ουσίας χαρακτηρίζεται από μια φυσική ποσότητα που ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας.

Μια φυσική ποσότητα ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε 1 kg μιας ουσίας για να θερμανθεί κατά 1 ° C (ή 1 K) ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας.

1 kg ουσίας απελευθερώνει την ίδια ποσότητα θερμότητας όταν ψύχεται κατά 1 °C.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα συμβολίζεται με το γράμμα ​\(c\). Η μονάδα ειδικής θερμοχωρητικότητας είναι 1 J/kg °C ή 1 J/kg K.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα των ουσιών προσδιορίζεται πειραματικά. Τα υγρά έχουν μεγαλύτερη ειδική θερμοχωρητικότητα από τα μέταλλα. Το νερό έχει την υψηλότερη ειδική θερμότητα, ο χρυσός έχει πολύ μικρή ειδική θερμότητα.

Η ειδική θερμότητα του μολύβδου είναι 140 J/kg °C. Αυτό σημαίνει ότι για να θερμανθεί 1 kg μολύβδου κατά 1 °C είναι απαραίτητο να δαπανηθεί ποσότητα θερμότητας 140 J. Η ίδια ποσότητα θερμότητας θα απελευθερωθεί όταν 1 kg νερού κρυώσει κατά 1 °C.

Δεδομένου ότι η ποσότητα της θερμότητας είναι ίση με τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του σώματος, μπορούμε να πούμε ότι η ειδική θερμοχωρητικότητα δείχνει πόσο αλλάζει η εσωτερική ενέργεια 1 kg μιας ουσίας όταν η θερμοκρασία της αλλάζει κατά 1 °C. Συγκεκριμένα, η εσωτερική ενέργεια 1 kg μολύβδου αυξάνεται κατά 140 J όταν θερμαίνεται κατά 1 °C και μειώνεται κατά 140 J όταν ψύχεται.

Η ποσότητα θερμότητας ​\(Q \) ​ που απαιτείται για να θερμανθεί ένα σώμα μάζας ​\(m\) ​ από τη θερμοκρασία \((t_1\,^\circ C) \) στη θερμοκρασία \((t_2\,^\ circ C) \) ισούται με το γινόμενο της ειδικής θερμοχωρητικότητας της ουσίας, της μάζας σώματος και της διαφοράς μεταξύ της τελικής και αρχικής θερμοκρασίας, δηλ.

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

​Ο ίδιος τύπος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που εκπέμπει ένα σώμα κατά την ψύξη. Μόνο σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να αφαιρεθεί η τελική θερμοκρασία από την αρχική θερμοκρασία, δηλ. από μεγαλύτερη αξίααφαιρέστε τη μικρότερη θερμοκρασία.

6. Παράδειγμα λύσης προβλήματος. 100 g νερού σε θερμοκρασία 20 °C χύνονται σε ένα ποτήρι που περιέχει 200 ​​g νερό σε θερμοκρασία 80 °C. Μετά από αυτό η θερμοκρασία στο δοχείο έφτασε τους 60 °C. Πόση θερμότητα λάμβανε το κρύο νερό και πόση θερμότητα έβγαζε το ζεστό νερό;

Κατά την επίλυση ενός προβλήματος, πρέπει να εκτελέσετε την ακόλουθη σειρά ενεργειών:

1. καταγράψτε εν συντομία τις συνθήκες του προβλήματος.
2. μετατρέψτε τις τιμές των ποσοτήτων σε SI.
3. να αναλύσει το πρόβλημα, να καθορίσει ποια σώματα εμπλέκονται στην ανταλλαγή θερμότητας, ποια σώματα εκπέμπουν ενέργεια και ποια λαμβάνουν.
4. λύσει το πρόβλημα σε γενική εικόνα;
5. εκτελούν υπολογισμούς?
6. αναλύστε την απάντηση που λάβατε.

1. Το έργο.

Δεδομένος:
​\(m_1 \) ​ = 200 γρ
​\(m_2\) ​ = 100 g
​\(t_1 \) ​ = 80 °C
​\(t_2 \) ​ = 20 °C
​\(t\) ​ = 60 °C
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​\(c_1 \) ​ = 4200 J/kg °C

2. ΣΙ:​\(m_1\) ​ = 0,2 kg; ​\(m_2\) ​ = 0,1 kg.

3. Ανάλυση εργασιών. Το πρόβλημα περιγράφει τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ θερμού και κρύο νερό. Ζεστό νερόεκπέμπει μια ποσότητα θερμότητας ​\(Q_1 \) ​ και ψύχεται από τη θερμοκρασία ​\(t_1 \) ​ στη θερμοκρασία ​\(t \) ​. Κρύο νερόδέχεται την ποσότητα της θερμότητας ​\(Q_2 \) ​ και θερμαίνεται από τη θερμοκρασία ​\(t_2 \) ​ στη θερμοκρασία ​\(t \) ​.

4. Λύση του προβλήματος σε γενική μορφή. Η ποσότητα θερμότητας που δίνεται ζεστό νερό, υπολογίζεται με τον τύπο: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) ​.

Η ποσότητα θερμότητας που δέχεται το κρύο νερό υπολογίζεται με τον τύπο: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Υπολογισμοί.
​\(Q_1 \) ​ = 4200 J/kg · °С · 0,2 kg · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J

6. Η απάντηση δείχνει ότι η ποσότητα θερμότητας που εκπέμπεται από το ζεστό νερό είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει το κρύο νερό. Σε αυτή την περίπτωση, εξετάστηκε μια εξιδανικευμένη κατάσταση και δεν ελήφθη υπόψη ότι χρησιμοποιήθηκε μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας για τη θέρμανση του ποτηριού στο οποίο βρισκόταν το νερό και του περιβάλλοντος αέρα. Στην πραγματικότητα, η ποσότητα θερμότητας που εκπέμπεται από το ζεστό νερό είναι μεγαλύτερη από την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από το κρύο νερό.

Μέρος 1

1. Η ειδική θερμοχωρητικότητα του αργύρου είναι 250 J/(kg °C). Τι σημαίνει αυτό?

1) όταν 1 κιλό ασήμι κρυώσει στους 250 °C, απελευθερώνεται ποσότητα θερμότητας 1 J
2) όταν 250 kg αργύρου κρυώσουν κατά 1 °C, απελευθερώνεται ποσότητα θερμότητας 1 J
3) όταν 250 kg αργύρου κρυώσουν κατά 1 °C, απορροφάται ποσότητα θερμότητας 1 J
4) όταν 1 κιλό ασήμι κρυώσει κατά 1 °C, απελευθερώνεται ποσότητα θερμότητας 250 J

2. Η ειδική θερμοχωρητικότητα του ψευδαργύρου είναι 400 J/(kg °C). Αυτό σημαίνει ότι

1) όταν 1 kg ψευδάργυρου θερμαίνεται κατά 400 °C, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται κατά 1 J
2) όταν 400 kg ψευδάργυρου θερμαίνονται κατά 1 °C, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται κατά 1 J
3) για να θερμανθούν 400 kg ψευδάργυρου κατά 1 °C είναι απαραίτητο να ξοδέψετε 1 J ενέργειας
4) όταν 1 kg ψευδάργυρου θερμαίνεται κατά 1 °C, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται κατά 400 J

3. Κατά τη μεταφορά της ποσότητας θερμότητας ​\(Q \) ​ σε ένα στερεό σώμα με μάζα ​\(m\), η θερμοκρασία του σώματος αυξήθηκε κατά ​\(\Δέλτα t^\circ \) ​. Ποια από τις παρακάτω εκφράσεις καθορίζει την ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας αυτού του σώματος;

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \) ​
4) \(Qm\Delta t^\circ \) ​

4. Το σχήμα δείχνει ένα γράφημα της εξάρτησης της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση δύο σωμάτων (1 και 2) της ίδιας μάζας από τη θερμοκρασία. Συγκρίνετε τις τιμές ειδικής θερμοχωρητικότητας (​\(c_1 \) ​ και ​\(c_2 \) ​) των ουσιών από τις οποίες κατασκευάζονται αυτά τα σώματα.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3)\(c_1 4) η απάντηση εξαρτάται από την τιμή της μάζας των σωμάτων

5. Το διάγραμμα δείχνει την ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται σε δύο σώματα ίσης μάζας όταν η θερμοκρασία τους αλλάζει κατά τον ίδιο αριθμό μοιρών. Ποια σχέση είναι σωστή για τις ειδικές θερμοχωρητικότητες των ουσιών από τις οποίες κατασκευάζονται τα σώματα;

1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)

6. Το σχήμα δείχνει μια γραφική παράσταση της θερμοκρασίας ενός στερεού σώματος ανάλογα με την ποσότητα θερμότητας που εκπέμπει. Σωματικό βάρος 4 κιλά. Ποια είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας αυτού του σώματος;

1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)

7. Κατά τη θέρμανση μιας κρυσταλλικής ουσίας βάρους 100 g, μετρήθηκε η θερμοκρασία της ουσίας και η ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται στην ουσία. Τα δεδομένα μέτρησης παρουσιάστηκαν σε μορφή πίνακα. Υποθέτοντας ότι οι απώλειες ενέργειας μπορούν να παραμεληθούν, προσδιορίστε την ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας στη στερεή κατάσταση.

1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)

8. Για να θερμάνετε 192 g μολυβδαινίου κατά 1 K, πρέπει να μεταφέρετε σε αυτό ποσότητα θερμότητας 48 J. Ποια είναι η ειδική θερμότητα αυτής της ουσίας;

1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4·10 -3 J/(kg K)
4) 0,92 J/(kg K)

9. Τι ποσότητα θερμότητας χρειάζεται για να θερμανθούν 100 g μολύβδου από τους 27 στους 47 °C;

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Η θέρμανση ενός τούβλου από 20 έως 85 °C απαιτεί την ίδια ποσότητα θερμότητας με τη θέρμανση νερού της ίδιας μάζας κατά 13 °C. Η ειδική θερμοχωρητικότητα του τούβλου είναι

1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)

11. Από τη λίστα με τις προτάσεις παρακάτω, επιλέξτε δύο σωστές και γράψτε τους αριθμούς τους στον πίνακα.

1) Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει ένα σώμα όταν η θερμοκρασία του αυξάνεται κατά έναν ορισμένο αριθμό βαθμών είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που εκπέμπει αυτό το σώμα όταν η θερμοκρασία του μειωθεί κατά τον ίδιο αριθμό βαθμών.
2) Όταν μια ουσία ψύχεται, η εσωτερική της ενέργεια αυξάνεται.
3) Η ποσότητα θερμότητας που δέχεται μια ουσία όταν θερμαίνεται χρησιμοποιείται κυρίως για την αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων της.
4) Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει μια ουσία όταν θερμαίνεται χρησιμοποιείται κυρίως για την αύξηση της δυναμικής ενέργειας αλληλεπίδρασης των μορίων της
5) Η εσωτερική ενέργεια ενός σώματος μπορεί να αλλάξει μόνο με τη μετάδοση μιας συγκεκριμένης ποσότητας θερμότητας σε αυτό

12. Ο πίνακας παρουσιάζει τα αποτελέσματα των μετρήσεων της μάζας ​\(m\) ​, των αλλαγών θερμοκρασίας ​\(\Δέλτα t\) ​ και της ποσότητας θερμότητας ​\(Q\) ​ που απελευθερώνεται κατά την ψύξη των κυλίνδρων από χαλκό ή αλουμίνιο .

Ποιες προτάσεις αντιστοιχούν στα αποτελέσματα του πειράματος; Επιλέξτε δύο σωστά από τη λίστα που παρέχεται. Αναφέρετε τον αριθμό τους. Με βάση τις μετρήσεις που έχουν ληφθεί, μπορεί να υποστηριχθεί ότι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την ψύξη

1) εξαρτάται από την ουσία από την οποία είναι κατασκευασμένος ο κύλινδρος.
2) δεν εξαρτάται από την ουσία από την οποία είναι κατασκευασμένος ο κύλινδρος.
3) αυξάνεται με την αύξηση της μάζας του κυλίνδρου.
4) αυξάνεται με την αύξηση της διαφοράς θερμοκρασίας.
5) η ειδική θερμοχωρητικότητα του αλουμινίου είναι 4 φορές μεγαλύτερη από την ειδική θερμοχωρητικότητα του κασσίτερου.

Μέρος 2ο

Γ1.Ένα συμπαγές σώμα βάρους 2 κιλών τοποθετείται σε φούρνο 2 kW και αρχίζει να θερμαίνεται. Το σχήμα δείχνει την εξάρτηση της θερμοκρασίας ​\(t\) ​ αυτού του σώματος από το χρόνο θέρμανσης ​\(\tau \) ​. Ποια είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας;

1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)

Απαντήσεις

Μαθησιακός στόχος: Εισάγετε τις έννοιες της ποσότητας θερμότητας και της ειδικής θερμοχωρητικότητας.

Αναπτυξιακός στόχος: Να καλλιεργηθεί η προσοχή. διδάσκουν να σκέφτονται, βγάζουν συμπεράσματα.

1. Ενημέρωση του θέματος

2. Επεξήγηση νέου υλικού. 50 λεπτά.

Γνωρίζετε ήδη ότι η εσωτερική ενέργεια ενός σώματος μπορεί να αλλάξει τόσο κάνοντας εργασία όσο και με μεταφορά θερμότητας (χωρίς να κάνει εργασία).

Η ενέργεια που κερδίζει ή χάνει ένα σώμα κατά τη μεταφορά θερμότητας ονομάζεται ποσότητα θερμότητας. (γράψτε στο σημειωματάριο)

Αυτό σημαίνει ότι οι μονάδες για τη μέτρηση της ποσότητας θερμότητας είναι επίσης Joules ( J).

Διεξάγουμε ένα πείραμα: δύο ποτήρια στο ένα με 300 g νερό, και στο άλλο με 150 g, και έναν σιδερένιο κύλινδρο βάρους 150 g. Και τα δύο ποτήρια τοποθετούνται στο ίδιο πλακάκι. Μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, τα θερμόμετρα θα δείξουν ότι το νερό στο δοχείο στο οποίο βρίσκεται το σώμα θερμαίνεται πιο γρήγορα.

Αυτό σημαίνει ότι η θέρμανση 150 g σιδήρου απαιτεί λιγότερη θερμότητα από τη θέρμανση 150 g νερού.

Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται σε ένα σώμα εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα. (γράψτε στο σημειωματάριο)

Θέτουμε το ερώτημα: απαιτείται η ίδια ποσότητα θερμότητας για να θερμανθούν σώματα ίσης μάζας, αλλά που αποτελούνται από διαφορετικές ουσίες, στην ίδια θερμοκρασία;

Διεξάγουμε ένα πείραμα με τη συσκευή του Tyndall για να προσδιορίσουμε την ειδική θερμοχωρητικότητα.

Συμπεραίνουμε: σώματα κατασκευασμένα από διαφορετικές ουσίες, αλλά της ίδιας μάζας, εγκαταλείπουν όταν ψύχονται και απαιτούν διαφορετικές ποσότητες θερμότητας όταν θερμαίνονται με τον ίδιο αριθμό μοιρών.

Βγάζουμε συμπεράσματα:

1. Για να θερμανθούν σώματα ίσης μάζας, που αποτελούνται από διαφορετικές ουσίες, στην ίδια θερμοκρασία απαιτούνται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας.

2. Σώματα ίσης μάζας, που αποτελούνται από διαφορετικές ουσίες και θερμαίνονται στην ίδια θερμοκρασία. Όταν ψύχεται κατά τον ίδιο αριθμό μοιρών, απελευθερώνονται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας.

Καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση μιας μονάδας μάζας διαφορετικών ουσιών κατά ένα βαθμό θα ποικίλλει.

Δίνουμε τον ορισμό της ειδικής θερμοχωρητικότητας.

Μια φυσική ποσότητα αριθμητικά ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε ένα σώμα βάρους 1 kg για να αλλάξει η θερμοκρασία του κατά 1 βαθμό ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας.

Εισαγάγετε τη μονάδα μέτρησης για την ειδική θερμοχωρητικότητα: 1J/kg*βαθμός.

Φυσική έννοια του όρου : Η ειδική θερμοχωρητικότητα δείχνει κατά πόσο αλλάζει η εσωτερική ενέργεια 1 g (kg) μιας ουσίας όταν θερμαίνεται ή ψύχεται κατά 1 βαθμό.

Ας δούμε τον πίνακα των ειδικών θερμοχωρητικοτήτων ορισμένων ουσιών.

Λύνουμε το πρόβλημα αναλυτικά

Πόση θερμότητα απαιτείται για να ζεσταθεί ένα ποτήρι νερό (200 g) από 20 0 έως 70 0 C.

Για τη θέρμανση 1 g ανά 1 g, απαιτούνται 4,2 J.

Και για να θερμάνετε 200 g κατά 1 g, θα χρειαστούν 200 περισσότερα - 200 * 4,2 J.

Και για να ζεσταθούν 200 g κατά (70 0 -20 0) θα χρειαστούν άλλα (70-20) περισσότερα - 200 * (70-20) * 4,2 J

Αντικαθιστώντας τα δεδομένα, παίρνουμε Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.

Ας γράψουμε τον τύπο που προκύπτει ως προς τις αντίστοιχες ποσότητες

4. Τι καθορίζει την ποσότητα της θερμότητας που δέχεται ένα σώμα όταν θερμαίνεται;

Λάβετε υπόψη ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση οποιουδήποτε σώματος είναι ανάλογη με τη μάζα του σώματος και τη μεταβολή της θερμοκρασίας του.

Υπάρχουν δύο κύλινδροι ίσης μάζας: ο σίδηρος και ο ορείχαλκος. Είναι η ίδια ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση τους ίδιους βαθμούς; Γιατί;

Τι ποσότητα θερμότητας χρειάζεται για να θερμανθούν 250 g νερού από τους 20 o στους 60 0 C.

Ποια είναι η σχέση μεταξύ θερμίδων και joule;

Μια θερμίδα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί 1 g νερού κατά 1 βαθμό.

1 θερμίδες = 4,19 = 4,2 J

1kcal=1000cal

1kcal=4190J=4200J

3. Επίλυση προβλημάτων. 28 λεπτά.

Εάν κύλινδροι από μόλυβδο, κασσίτερο και χάλυβα βάρους 1 kg που έχουν θερμανθεί σε βραστό νερό τοποθετηθούν σε πάγο, θα κρυώσουν και μέρος του πάγου κάτω από αυτούς θα λιώσει. Πώς θα αλλάξει η εσωτερική ενέργεια των κυλίνδρων; Κάτω από ποιον κύλινδρο θα λιώσει περισσότερος πάγος, κάτω από ποιον λιγότερο;

Μια θερμαινόμενη πέτρα βάρους 5 κιλών. Ψύχοντας στο νερό κατά 1 βαθμό, μεταφέρει 2,1 kJ ενέργειας σε αυτό. Ποια είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα της πέτρας;

Κατά τη σκλήρυνση μιας σμίλης, θερμαινόταν πρώτα στους 650 0, στη συνέχεια κατεβάζονταν σε λάδι, όπου ψύχθηκε στους 50 0 C. Τι ποσότητα θερμότητας απελευθερωνόταν αν η μάζα της ήταν 500 γραμμάρια.

Πόση θερμότητα χρησιμοποιήθηκε για τη θέρμανση ενός ατσάλινο τεμάχιο για τον στροφαλοφόρο άξονα του συμπιεστή βάρους 35 kg από 20 0 έως 1220 0 C.

Ανεξάρτητη εργασία

Τι είδους μεταφορά θερμότητας;

Οι μαθητές συμπληρώνουν τον πίνακα.

1. Ο αέρας στο δωμάτιο θερμαίνεται μέσω των τοίχων.
2. Μέσα από ένα ανοιχτό παράθυρο στο οποίο εισέρχεται ζεστός αέρας.
3. Μέσα από γυαλί που αφήνει τις ακτίνες του ήλιου.
4. Η γη θερμαίνεται από τις ακτίνες του ήλιου.
5. Το υγρό θερμαίνεται στη σόμπα.
6. Το ατσάλινο κουτάλι θερμαίνεται από το τσάι.
7. Ο αέρας θερμαίνεται από το κερί.
8. Το αέριο κινείται κοντά στα μέρη της μηχανής που παράγουν καύσιμο.
9. Θέρμανση κάννης πολυβόλου.
10. Γάλα που βράζει.

5. Εργασία για το σπίτι: Peryshkin A.V. «Φυσική 8» § §7, 8; συλλογή προβλημάτων 7-8 Lukashik V.I. Νο. 778-780, 792,793 2 λεπτά.

(ή μεταφορά θερμότητας).

Ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας.

Θερμοχωρητικότητα- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφά ένα σώμα όταν θερμαίνεται κατά 1 βαθμό.

Η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος υποδεικνύεται με κεφαλαίο λατινικό γράμμα ΜΕ.

Από τι εξαρτάται η θερμοχωρητικότητα ενός σώματος; Πρώτα απ 'όλα, από τη μάζα του. Είναι σαφές ότι η θέρμανση, για παράδειγμα, 1 κιλού νερού θα απαιτήσει περισσότερη θερμότητα από τη θέρμανση 200 γραμμαρίων.

Τι γίνεται με τον τύπο της ουσίας; Ας κάνουμε ένα πείραμα. Ας πάρουμε δύο πανομοιότυπα δοχεία και, έχοντας ρίξει νερό βάρους 400 g σε ένα από αυτά και φυτικό λάδι βάρους 400 g στο άλλο, θα αρχίσουμε να τα θερμαίνουμε χρησιμοποιώντας ίδιους καυστήρες. Παρατηρώντας τις ενδείξεις του θερμομέτρου, θα δούμε ότι το λάδι θερμαίνεται γρήγορα. Για να ζεστάνετε νερό και λάδι στην ίδια θερμοκρασία, το νερό πρέπει να ζεσταθεί περισσότερο. Αλλά όσο περισσότερο ζεσταίνουμε το νερό, τόσο περισσότερη θερμότητα δέχεται από τον καυστήρα.

Έτσι, η θέρμανση της ίδιας μάζας διαφορετικών ουσιών στην ίδια θερμοκρασία απαιτεί διαφορετικές ποσότητες θερμότητας. Η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος και, επομένως, η θερμοχωρητικότητα του εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα.

Έτσι, για παράδειγμα, για να αυξηθεί η θερμοκρασία του νερού βάρους 1 kg κατά 1°C, απαιτείται ποσότητα θερμότητας ίση με 4200 J και για να θερμανθεί η ίδια μάζα ηλιελαίου κατά 1°C, ποσότητα θερμότητας ίση με Απαιτούνται 1700 J.

Μια φυσική ποσότητα που δείχνει πόση θερμότητα απαιτείται για να θερμανθεί 1 kg μιας ουσίας κατά 1 ºС ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητααυτής της ουσίας.

Κάθε ουσία έχει τη δική της ειδική θερμοχωρητικότητα, η οποία συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα c και μετράται σε τζάουλ ανά χιλιόγραμμο βαθμό (J/(kg °C)).

Η ειδική θερμοχωρητικότητα της ίδιας ουσίας σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης (στερεό, υγρό και αέριο) είναι διαφορετική. Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4200 J/(kg °C) και η ειδική θερμοχωρητικότητα του πάγου είναι 2100 J/(kg °C). Το αλουμίνιο στη στερεή κατάσταση έχει ειδική θερμοχωρητικότητα 920 J/(kg - °C), και στην υγρή κατάσταση - 1080 J/(kg - °C).

Σημειώστε ότι το νερό έχει πολύ υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα. Επομένως, το νερό στις θάλασσες και τους ωκεανούς, που θερμαίνεται το καλοκαίρι, απορροφά μεγάλη ποσότητα θερμότητας από τον αέρα. Χάρη σε αυτό, σε εκείνα τα μέρη που βρίσκονται κοντά σε μεγάλα υδάτινα σώματα, το καλοκαίρι δεν είναι τόσο ζεστό όσο σε μέρη μακριά από το νερό.

Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη.

Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται από τον τύπο της ουσίας από την οποία αποτελείται το σώμα (δηλαδή την ειδική θερμοχωρητικότητα του) και από τη μάζα του σώματος. Είναι επίσης σαφές ότι η ποσότητα της θερμότητας εξαρτάται από το πόσους βαθμούς πρόκειται να αυξήσουμε τη θερμοκρασία του σώματος.

Έτσι, για να προσδιορίσετε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά τη διάρκεια της ψύξης, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ειδική θερμοχωρητικότητα του σώματος με τη μάζα του και με τη διαφορά μεταξύ της τελικής και αρχικής θερμοκρασίας του:

Q = εκ (t 2 - t 1 ) ,

Οπου Q- ποσότητα θερμότητας, ντο- ειδική θερμοχωρητικότητα, Μ- μάζα σώματος , t 1 — αρχική θερμοκρασία, t 2 — τελική θερμοκρασία.

Όταν το σώμα θερμαίνεται t 2 > t 1 και ως εκ τούτου Q > 0 . Όταν το σώμα κρυώσει t 2i< t 1 και ως εκ τούτου Q< 0 .

Εάν είναι γνωστή η θερμοχωρητικότητα ολόκληρου του σώματος ΜΕ, Qκαθορίζεται από τον τύπο:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Σε αυτό το μάθημα θα μάθουμε πώς να υπολογίζουμε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη. Για να γίνει αυτό, θα συνοψίσουμε τις γνώσεις που αποκτήθηκαν σε προηγούμενα μαθήματα.

Επιπλέον, θα μάθουμε, χρησιμοποιώντας τον τύπο για την ποσότητα της θερμότητας, να εκφράζουμε τις υπόλοιπες ποσότητες από αυτόν τον τύπο και να τις υπολογίζουμε, γνωρίζοντας άλλες ποσότητες. Θα εξεταστεί επίσης ένα παράδειγμα προβλήματος με λύση για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας.

Αυτό το μάθημα είναι αφιερωμένο στον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας όταν ένα σώμα θερμαίνεται ή απελευθερώνεται όταν ψύχεται.

Η δυνατότητα υπολογισμού της απαιτούμενης ποσότητας θερμότητας είναι πολύ σημαντική. Αυτό μπορεί να χρειαστεί, για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο νερό για τη θέρμανση ενός δωματίου.

Ρύζι. 1. Η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο νερό για τη θέρμανση του δωματίου

Ή για να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο σε διάφορους κινητήρες:

Ρύζι. 2. Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο στον κινητήρα

Αυτή η γνώση χρειάζεται επίσης, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται από τον Ήλιο και πέφτει στη Γη:

Ρύζι. 3. Η ποσότητα θερμότητας που εκλύεται από τον Ήλιο και πέφτει στη Γη

Για να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας, πρέπει να γνωρίζετε τρία πράγματα (Εικ. 4):

• σωματικό βάρος (το οποίο συνήθως μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μια ζυγαριά).
• τη διαφορά θερμοκρασίας με την οποία ένα σώμα πρέπει να θερμανθεί ή να ψυχθεί (συνήθως μετριέται με θερμόμετρο).
• ειδική θερμοχωρητικότητα του σώματος (η οποία μπορεί να προσδιοριστεί από τον πίνακα).

Ρύζι. 4. Τι πρέπει να γνωρίζετε για να προσδιορίσετε

Ο τύπος με τον οποίο υπολογίζεται η ποσότητα της θερμότητας μοιάζει με αυτό:

Οι ακόλουθες ποσότητες εμφανίζονται σε αυτόν τον τύπο:

Η ποσότητα θερμότητας που μετράται σε joules (J);

Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας μετριέται σε ;

- διαφορά θερμοκρασίας, μετρημένη σε βαθμούς Κελσίου ().

Ας εξετάσουμε το πρόβλημα του υπολογισμού της ποσότητας θερμότητας.

Εργο

Ένα χάλκινο ποτήρι με μάζα γραμμαρίων περιέχει νερό με όγκο λίτρου σε θερμοκρασία. Πόση θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί σε ένα ποτήρι νερό ώστε η θερμοκρασία του να γίνει ίση με ;

Ρύζι. 5. Απεικόνιση των προβληματικών συνθηκών

Πρώτα γράφουμε μια σύντομη συνθήκη ( Δεδομένος) και να μετατρέψετε όλες τις ποσότητες στο διεθνές σύστημα (SI).

Δεδομένος:	ΣΙ
Εύρημα:

Λύση:

Πρώτα, καθορίστε ποιες άλλες ποσότητες χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα. Χρησιμοποιώντας τον πίνακα ειδικής θερμοχωρητικότητας (Πίνακας 1) βρίσκουμε (ειδική θερμοχωρητικότητα χαλκού, αφού κατά συνθήκη το γυαλί είναι χαλκός), (ειδική θερμοχωρητικότητα νερού, αφού κατά συνθήκη υπάρχει νερό στο ποτήρι). Επιπλέον, γνωρίζουμε ότι για να υπολογίσουμε την ποσότητα της θερμότητας χρειαζόμαστε μια μάζα νερού. Σύμφωνα με την προϋπόθεση, μας δίνεται μόνο ο τόμος. Επομένως, από τον πίνακα παίρνουμε την πυκνότητα του νερού: (Πίνακας 2).

Τραπέζι 1. Ειδική θερμοχωρητικότητα ορισμένων ουσιών,

Τραπέζι 2. Πυκνότητες ορισμένων υγρών

Τώρα έχουμε όλα όσα χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.

Σημειώστε ότι η τελική ποσότητα θερμότητας θα αποτελείται από το άθροισμα της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του χάλκινου γυαλιού και της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού σε αυτό:

Ας υπολογίσουμε πρώτα την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός χάλκινου ποτηριού:

Πριν υπολογίσουμε την ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού, ας υπολογίσουμε τη μάζα του νερού χρησιμοποιώντας έναν τύπο που είναι γνωστός σε εμάς από τον βαθμό 7:

Τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε:

Τότε μπορούμε να υπολογίσουμε:

Ας θυμηθούμε τι σημαίνουν kilojoules. Το πρόθεμα «κιλό» σημαίνει .

Απάντηση:.

Για τη διευκόλυνση της επίλυσης προβλημάτων εύρεσης της ποσότητας θερμότητας (τα λεγόμενα άμεσα προβλήματα) και των ποσοτήτων που σχετίζονται με αυτήν την έννοια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παρακάτω πίνακα.

Απαιτούμενη ποσότητα	Ονομασία	Μονάδες	Βασικός τύπος	Φόρμουλα για την ποσότητα
Ποσότητα θερμότητας

Όπως είναι γνωστό, κατά τη διάρκεια διαφόρων μηχανικών διεργασιών συμβαίνει μια αλλαγή στη μηχανική ενέργεια W meh. Ένα μέτρο της μεταβολής της μηχανικής ενέργειας είναι το έργο των δυνάμεων που εφαρμόζονται στο σύστημα:

\(~\Delta W_(meh) = A.\)

Κατά την ανταλλαγή θερμότητας, εμφανίζεται μια αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του σώματος. Ένα μέτρο της μεταβολής της εσωτερικής ενέργειας κατά τη μεταφορά θερμότητας είναι η ποσότητα της θερμότητας.

Ποσότητα θερμότηταςείναι ένα μέτρο της αλλαγής της εσωτερικής ενέργειας που λαμβάνει (ή εγκαταλείπει) ένα σώμα κατά τη διαδικασία της ανταλλαγής θερμότητας.

Έτσι, τόσο το έργο όσο και η ποσότητα της θερμότητας χαρακτηρίζουν την αλλαγή της ενέργειας, αλλά δεν είναι πανομοιότυπα με την ενέργεια. Δεν χαρακτηρίζουν την κατάσταση του ίδιου του συστήματος, αλλά καθορίζουν τη διαδικασία μετάβασης ενέργειας από τον έναν τύπο στον άλλο (από το ένα σώμα στο άλλο) όταν η κατάσταση αλλάζει και εξαρτώνται σημαντικά από τη φύση της διαδικασίας.

Η κύρια διαφορά μεταξύ εργασίας και ποσότητας θερμότητας είναι ότι η εργασία χαρακτηρίζει τη διαδικασία αλλαγής της εσωτερικής ενέργειας ενός συστήματος, που συνοδεύεται από τη μετατροπή της ενέργειας από έναν τύπο σε άλλο (από μηχανική σε εσωτερική). Η ποσότητα θερμότητας χαρακτηρίζει τη διαδικασία μεταφοράς της εσωτερικής ενέργειας από το ένα σώμα στο άλλο (από περισσότερο θερμαινόμενο σε λιγότερο θερμαινόμενο), που δεν συνοδεύεται από μετασχηματισμούς ενέργειας.

Η εμπειρία δείχνει ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση μιας μάζας σώματος Μστη θερμοκρασία Τ 1 σε θερμοκρασία Τ 2, υπολογίζεται με τον τύπο

\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)

Οπου ντο- ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας.

\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)

Η μονάδα SI ειδικής θερμοχωρητικότητας είναι joule ανά χιλιόγραμμο Kelvin (J/(kg K)).

Ειδική θερμότητα ντοείναι αριθμητικά ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε ένα σώμα βάρους 1 kg για να θερμανθεί κατά 1 K.

Θερμοχωρητικότητασώμα ντοΤο T είναι αριθμητικά ίσο με την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία του σώματος κατά 1 K:

\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)

Η μονάδα SI θερμοχωρητικότητας ενός σώματος είναι joule ανά Kelvin (J/K).

Για να μετατρέψετε ένα υγρό σε ατμό σε σταθερή θερμοκρασία, είναι απαραίτητο να ξοδέψετε μια ποσότητα θερμότητας

\(~Q = Lm, \qquad (2)\)

Οπου μεγάλο - ειδική θερμότηταεξάτμιση. Όταν ο ατμός συμπυκνώνεται, απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας.

Για να λιώσει ένα κρυσταλλικό σώμα ζυγίζοντας Μστο σημείο τήξης, το σώμα χρειάζεται να επικοινωνήσει την ποσότητα της θερμότητας

\(~Q = \λάμδα m, \qτετραπλό (3)\)

Οπου λ - ειδική θερμότητα σύντηξης. Όταν ένα σώμα κρυσταλλώνεται, απελευθερώνεται η ίδια ποσότητα θερμότητας.

Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση μιας μάζας καυσίμου Μ,

\(~Q = qm, \qquad (4)\)

Οπου q- ειδική θερμότητα καύσης.

Η μονάδα SI των ειδικών θερμοτήτων εξάτμισης, τήξης και καύσης είναι joule ανά χιλιόγραμμο (J/kg).

Βιβλιογραφία

Aksenovich L. A. Φυσική στο Λύκειο: Θεωρία. Καθήκοντα. Τεστ: Σχολικό βιβλίο. επίδομα για ιδρύματα γενικής εκπαίδευσης. περιβάλλον, εκπαίδευση / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Εκδ. Κ. Σ. Φαρίνο. - Μν.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - Σ. 154-155.