Как да изчислим количеството топлина. Количество топлина. Специфична топлина

Както знаете, по време на различни механични процеси има промяна в механичната енергия Умех. Мярката за промяна на механичната енергия е работата на силите, приложени към системата:

\(~\Делта W_(meh) = A.\)

По време на пренос на топлина настъпва промяна във вътрешната енергия на тялото. Мярката за промяна на вътрешната енергия по време на пренос на топлина е количеството топлина.

Количество топлинае мярка за промяната във вътрешната енергия, която тялото получава (или отдава) в процеса на пренос на топлина.

По този начин както работата, така и количеството топлина характеризират промяната в енергията, но не са идентични с енергията. Те не характеризират състоянието на самата система, но определят процеса на преход на енергия от една форма в друга (от едно тяло в друго), когато състоянието се променя и по същество зависят от естеството на процеса.

Основната разлика между работата и количеството топлина е, че работата характеризира процеса на промяна на вътрешната енергия на системата, придружен от трансформация на енергия от един вид в друг (от механична към вътрешна). Количеството топлина характеризира процеса на прехвърляне на вътрешна енергия от едно тяло към друго (от по-нагрято към по-малко нагрято), което не е придружено от енергийни трансформации.

Опитът показва, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тяло с маса мтемпература T 1 до температура T 2 се изчислява по формулата

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

където ° С- специфичен топлинен капацитет на веществото;

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

Единицата SI за специфична топлина е джаул на килограм-Келвин (J/(kg K)).

Специфична топлина ° Се числено равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с маса 1 kg, за да се нагрее с 1 K.

Топлинен капацитеттяло ° С T е числено равно на количеството топлина, необходимо за промяна на телесната температура с 1 K:

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

Единицата SI за топлинен капацитет на тялото е джаул на келвин (J/K).

За да се превърне течността в пара при постоянна температура, необходимото количество топлина е

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

където Л - специфична топлинаизпаряване. Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.

За да се стопи кристално тяло с маса мпри точката на топене е необходимо тялото да отчете количеството топлина

\(~Q = \ламбда m, \qquad (3)\)

където λ - специфична топлина на топене. При кристализацията на едно тяло се отделя същото количество топлина.

Количеството топлина, което се отделя по време на пълното изгаряне на горивната маса м,

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

където р- специфична топлина на изгаряне.

Единицата SI за специфични топлина на изпаряване, топене и изгаряне е джаул на килограм (J/kg).

Литература

Аксенович Л. А. Физика в гимназия: Теория. Задачи. Тестове: Proc. надбавка за институции, осигуряващи общ. среда, образование / Л. А. Аксенович, Н. Н. Ракина, К. С. Фарино; Изд. К. С. Фарино. - Мн.: Адукация и възпитание, 2004. - С. 154-155.

721. Защо се използва вода за охлаждане на някои механизми?
Водата има висок специфичен топлинен капацитет, което допринася за доброто отвеждане на топлината от механизма.

722. В какъв случай трябва да се изразходва повече енергия: за загряване на един литър вода с 1 °C или за загряване на сто грама вода с 1 °C?
За да загреете литър вода, тъй като колкото по-голяма е масата, толкова повече енергия трябва да се изразходва.

723. Мелхиор и сребърни вилици от същата маса бяха потопени в гореща вода. Еднакво количество топлина ли получават от водата?
Вилица от мелхиор ще получи повече топлина, тъй като специфичната топлина на мелхиор е по-голяма от тази на среброто.

724. Парче олово и парче чугун с еднаква маса са ударени три пъти с чук. Коя част стана по-гореща?
Оловото ще се нагрее повече, защото неговият специфичен топлинен капацитет е по-малък от този на чугуна и е необходима по-малко енергия за нагряване на оловото.

725. Една колба съдържа вода, другата съдържа керосин със същата маса и температура. Във всяка колба беше хвърлен еднакво нагрят железен куб. Какво ще загрее до по-висока температура - вода или керосин?
Керосин.

726. Защо температурните колебания са по-малко резки през зимата и лятото в градовете на морския бряг, отколкото в градовете, разположени във вътрешността?
Водата се нагрява и охлажда по-бавно от въздуха. През зимата той се охлажда и движи топли въздушни маси на сушата, което прави климата на брега по-топъл.

727. Специфичният топлинен капацитет на алуминия е 920 J/kg °C. Какво означава това?
Това означава, че са необходими 920 J за загряване на 1 kg алуминий с 1 °C.

728. Алуминиеви и медни пръти с еднаква маса от 1 kg се охлаждат с 1 °C. Колко ще се промени вътрешната енергия на всеки блок? Коя лента ще се промени повече и с колко?

729. Какво количество топлина е необходимо за нагряване на килограм желязна заготовка с 45 °C?

730. Колко топлина е необходима за загряване на 0,25 kg вода от 30°C до 50°C?

731. Как ще се промени вътрешната енергия на два литра вода при нагряване с 5 °C?

732. Колко топлина е необходима за загряване на 5 g вода от 20°C до 30°C?

733. Какво количество топлина е необходимо за нагряване на алуминиева топка с тегло 0,03 kg с 72 °C?

734. Изчислете количеството топлина, необходимо за нагряване на 15 kg мед с 80 °C.

735. Изчислете количеството топлина, необходимо за нагряване на 5 kg мед от 10 °C до 200 °C.

736. Какво количество топлина е необходимо за загряване на 0,2 kg вода от 15 °C до 20 °C?

737. Вода с тегло 0,3 kg се е охладила с 20 °C. С колко се намалява вътрешната енергия на водата?

738. Колко топлина е необходима за загряване на 0,4 kg вода с температура 20 °C до температура 30 °C?

739. Колко топлина се изразходва за нагряване на 2,5 kg вода с 20 °C?

740. Колко топлина се е отделила при охлаждане на 250 g вода от 90 °C до 40 °C?

741. Колко топлина е необходима за загряване на 0,015 литра вода с 1 °C?

742. Изчислете количеството топлина, необходимо за загряване на езерце с обем 300 m3 с 10 °C?

743. Колко топлина трябва да се придаде на 1 kg вода, за да се повиши температурата й от 30°C на 40°C?

744. Вода с обем 10 литра се е охладила от температура 100 °C до температура 40 °C. Колко топлина се отделя в този случай?

745. Изчислете количеството топлина, необходимо за нагряване на 1 m3 пясък с 60 °C.

746. Обем на въздуха 60 m3, специфичен топлинен капацитет 1000 J/kg °C, плътност на въздуха 1,29 kg/m3. Колко топлина е необходима, за да се повиши до 22°C?

747. Водата се нагрява с 10 ° C, изразходвайки 4,20 103 J топлина. Определете количеството вода.

748. Вода с тегло 0,5 kg отчете 20,95 kJ топлина. Каква е била температурата на водата, ако първоначалната температура на водата е била 20°C?

749. В медна тенджера с тегло 2,5 kg се наливат 8 kg вода с температура 10 °C. Колко топлина е необходима, за да заври водата в тенджера?

750. В меден черпак с тегло 300 г се налива литър вода с температура 15°C. Колко топлина е необходима, за да се загрее водата в черпака с 85°C?

751. Парче нагорещен гранит с тегло 3 кг е поставено във вода. Гранитът предава 12,6 kJ топлина на водата, охлаждайки се с 10 °C. Какъв е специфичният топлинен капацитет на камъка?

752. Гореща вода при 50°C се добавя към 5 kg вода при 12°C, като се получава смес с температура 30°C. Колко вода е добавена?

753. Вода с 20°C се добавя към 3 литра вода с 60°C, за да се получи вода с 40°C. Колко вода е добавена?

754. Каква ще бъде температурата на сместа, ако 600 g вода с температура 80°C се смесят с 200 g вода с температура 20°C?

755. Един литър вода с температура 90°C се излива във вода с температура 10°C и температурата на водата става 60°C. Колко студена вода имаше?

756. Определете колко да излеете в съд топла вода, загрята до 60 ° C, ако съдът вече съдържа 20 литра студена вода с температура 15 ° C; температурата на сместа трябва да бъде 40 °C.

757. Определете колко топлина е необходима за загряване на 425 g вода с 20 °C.

758. Колко градуса ще се загреят 5 kg вода, ако водата получи 167,2 kJ?

759. Колко топлина е необходима за загряване на m грама вода от температура t1 до температура t2?

760. В калориметъра се наливат 2 kg вода с температура 15 °C. До каква температура ще се загрее водата в калориметъра, ако в нея се спусне месингова тежест от 500 g, нагрята до 100 °C? Специфичният топлинен капацитет на месинга е 0,37 kJ/(kg °C).

761. Има парчета мед, калай и алуминий с еднакъв обем. Кое от тези парчета има най-голям и кое най-малък топлинен капацитет?

762. В калориметъра са наляти 450 g вода с температура 20 °C. Когато 200 g железни стружки, загряти до 100°C, се потопят в тази вода, температурата на водата става 24°C. Определете специфичния топлинен капацитет на дървените стърготини.

763. Меден калориметър с тегло 100 g съдържа 738 g вода, чиято температура е 15 °C. 200 g мед се спускат в този калориметър при температура 100 °C, след което температурата на калориметъра се повишава до 17 °C. Какъв е специфичният топлинен капацитет на медта?

764. Стоманена топка с тегло 10 g се изважда от пещта и се спуска във вода с температура 10 °C. Температурата на водата се повиши до 25°C. Каква е била температурата на топката във фурната, ако масата на водата е 50 g? Специфичният топлинен капацитет на стоманата е 0,5 kJ/(kg °C).

770. Стоманено длето с тегло 2 kg се нагрява до температура 800 °C и след това се спуска в съд, съдържащ 15 литра вода с температура 10 °C. До каква температура ще се загрее водата в съда?

(Индикация. За да се реши този проблем, е необходимо да се създаде уравнение, в което желаната температура на водата в съда след спускане на ножа се приема за неизвестно.)

771. Каква температура ще получи водата, ако смесите 0,02 kg вода при 15 °C, 0,03 kg вода при 25 °C и 0,01 kg вода при 60 °C?

772. Отоплението на добре вентилиран клас изисква количество топлина от 4,19 MJ на час. Водата влиза в радиаторите при 80°C и излиза при 72°C. Колко вода трябва да се подава към радиаторите на всеки час?

773. Олово с тегло 0,1 kg при температура 100 °C е потопено в алуминиев калориметър с тегло 0,04 kg, съдържащ 0,24 kg вода при температура 15 °C. След това в калориметъра се установява температура от 16 °C. Какъв е специфичният топлинен капацитет на оловото?

Можете да промените вътрешната енергия на газа в цилиндъра не само чрез извършване на работа, но и чрез нагряване на газа (фиг. 43). Ако буталото е неподвижно, тогава обемът на газа няма да се промени, но температурата, а оттам и вътрешната енергия, ще се увеличи.
Процесът на предаване на енергия от едно тяло на друго без извършване на работа се нарича пренос на топлина или пренос на топлина.

Енергията, предадена на тялото в резултат на пренос на топлина, се нарича количество топлина.Количеството топлина се нарича още енергията, която тялото отделя в процеса на топлообмен.

Молекулярна картина на топлообмена.По време на топлообмен на границата между телата бавно движещи се молекули на студено тяло взаимодействат с по-бързо движещи се молекули на горещо тяло. В резултат на това кинетичните енергии на молекулите се изравняват и скоростите на молекулите на студено тяло се увеличават, а на горещо тяло намаляват.

По време на топлообмена няма преобразуване на енергия от една форма в друга: част от вътрешната енергия на горещо тяло се прехвърля към студено тяло.

Количеството топлина и топлинния капацитет.От курса по физика от VII клас е известно, че за да се нагрее тяло с маса m от температура t 1 до температура t 2, е необходимо да му се съобщи количеството топлина

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4,5)

Когато тялото се охлади, неговата вечна температура t 2 е по-ниска от първоначалната t 1 и количеството топлина, отделено от тялото, е отрицателно.
Коефициентът c във формула (4.5) се нарича специфична топлина. Специфичният топлинен капацитет е количеството топлина, което 1 kg вещество получава или отдава, когато температурата му се промени с 1 K.

Специфичният топлинен капацитет се изразява в джаули на килограм по келвин.Различните тела изискват различно количество енергия, за да повишат температурата с 1 K. Така специфичният топлинен капацитет на водата е 4190 J/(kg K), а този на медта е 380 J/(kg K).

Специфичният топлинен капацитет зависи не само от свойствата на веществото, но и от процеса, при който се осъществява топлообмен. Ако нагреете газ при постоянно налягане, той ще се разшири и ще върши работа. За да нагреете газ с 1°C при постоянно налягане, той ще трябва да предаде повече топлина, отколкото да го нагрее при постоянен обем.

течност и твърди теларазширяват се леко при нагряване и техните специфични топлинни мощности при постоянен обем и постоянно налягане се различават малко.

Специфична топлина на изпарение.За да се превърне течността в пара, трябва да й се предаде определено количество топлина. Температурата на течността не се променя по време на тази трансформация. Превръщането на течността в пара при постоянна температура не води до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите, но е придружено от увеличаване на тяхната потенциална енергия. В крайна сметка средното разстояние между молекулите на газа е многократно по-голямо от това между молекулите на течността. В допълнение, увеличаването на обема по време на прехода на веществото от течно към газообразно състояние изисква да се извърши работа срещу силите на външното налягане.

Количеството топлина, необходимо за превръщането на 1 kg течност в пара при постоянна температура, се нарича специфична топлина на изпаряване. Тази стойност се обозначава с буквата r и се изразява в джаули на килограм.

Специфичната топлина на изпаряване на водата е много висока: 2,256 · 10 6 J/kg при 100°C. За други течности (алкохол, етер, живак, керосин и др.) специфичната топлина на изпаряване е 3-10 пъти по-малка.

За да се превърне течност с маса m в пара, е необходимо количество топлина, равно на:

Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина

Q k = –rm. (4,7)

Специфична топлина на топене.Когато кристално тяло се стопи, цялата топлина, която му се подава, отива за увеличаване на потенциалната енергия на молекулите. Кинетичната енергия на молекулите не се променя, тъй като топенето се извършва при постоянна температура.

Количеството топлина λ (ламбда), необходимо за преобразуване на 1 kg кристално веществопри точката на топене в течност със същата температура се нарича специфична топлина на топене.

При кристализацията на 1 kg вещество се отделя точно толкова топлина. Специфичната топлина на топене на леда е доста висока: 3,4 10 5 J/kg.

За да се разтопи кристално тяло с маса m, е необходимо количество топлина, равно на:

Qpl \u003d λm. (4,8)

Количеството топлина, отделена при кристализацията на тялото, е равно на:

Q cr = - λm. (4,9)

1. Какво се нарича количеството топлина? 2. Какво определя специфичния топлинен капацитет на веществата? 3. Какво се нарича специфична топлина на изпаряване? 4. Какво се нарича специфична топлина на топене? 5. В какви случаи количеството предадена топлина е отрицателно?

Както знаете, по време на различни механични процеси настъпва промяна в механичната енергия. Мярката за промяна на механичната енергия е работата на силите, приложени към системата:

Опитът показва, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тяло с маса m от температура до температура, се изчислява по формулата

където c е специфичният топлинен капацитет на веществото;

Единицата SI за специфична топлина е джаул на килограм-Келвин (J/(kg K)).

Специфична топлина c е числено равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на тяло с маса 1 kg, за да се нагрее с 1 K.

Топлинен капацитеттялото е числено равно на количеството топлина, необходимо за промяна на температурата на тялото с 1 K:

Единицата SI за топлинен капацитет на тялото е джаул на келвин (J/K).

За да се превърне течността в пара при постоянна температура, необходимото количество топлина е

където L е специфичната топлина на изпарение. Когато парата кондензира, се отделя същото количество топлина.

За да се стопи кристално тяло с маса m при точката на топене, е необходимо да се информира тялото за количеството топлина

където е специфичната топлина на топене. При кристализацията на едно тяло се отделя същото количество топлина.

Количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на гориво с маса m,

където q е специфичната топлина на изгаряне.

Единицата SI за специфични топлина на изпаряване, топене и изгаряне е джаул на килограм (J/kg).

Какво се загрява по-бързо на печката - чайник или кофа с вода? Отговорът е очевиден - чайник. Тогава вторият въпрос е защо?

Отговорът е не по-малко очевиден - защото масата на водата в чайника е по-малка. Отлично. И сега можете да направите най-истинското физическо изживяване сами у дома. За да направите това, ще ви трябват две еднакви малки тенджери, равно количество вода и растително масло, например по половин литър и котлон. Сложете тенджери с масло и вода на същия огън. А сега само гледайте какво ще загрее по-бързо. Ако има термометър за течности може да го използвате, ако няма може просто да пробвате температурата от време на време с пръст, само внимавайте да не се изгорите. Във всеки случай скоро ще видите, че маслото се загрява значително по-бързо от водата. И още един въпрос, който също може да се приложи под формата на опит. Кое завира по-бързо - топлата вода или студената? Отново всичко е очевидно – топлият ще свърши първи. Защо всички тези странни въпроси и експерименти? За да се определи физическо количество, наречено "количеството топлина".

Количество топлина

Количеството топлина е енергията, която тялото губи или печели по време на пренос на топлина. Това става ясно от името. При охлаждане тялото ще загуби известно количество топлина, а при нагряване ще поеме. И отговорите на нашите въпроси ни показаха от какво зависи количеството топлина?Първо, колкото по-голяма е масата на тялото, толкова по-голямо количество топлина трябва да се изразходва, за да се промени температурата му с един градус. На второ място, количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от веществото, от което е съставено, тоест от вида на веществото. И трето, разликата в телесната температура преди и след пренос на топлина също е важна за нашите изчисления. Въз основа на гореизложеното можем Определете количеството топлина по формулата:

където Q е количеството топлина,
m - телесно тегло,
(t_2-t_1) - разликата между началната и крайната температура на тялото,
c - специфичен топлинен капацитет на веществото, намира се от съответните таблици.

Използвайки тази формула, можете да изчислите количеството топлина, което е необходимо за загряване на всяко тяло или което това тяло ще отдели, когато се охлади.

Количеството топлина се измерва в джаули (1 J), като всяка друга форма на енергия. Тази стойност обаче беше въведена не толкова отдавна и хората започнаха да измерват количеството топлина много по-рано. И те използваха единица, която се използва широко в наше време - калория (1 кал). 1 калория е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий. Водени от тези данни, любителите на преброяването на калориите в храната, която ядат, могат за интерес да изчислят колко литра вода могат да се сварят с енергията, която консумират с храната през деня.

Литература

Количество топлина

Прочетете също