Mint tudják, a különböző mechanikai folyamatok során a mechanikai energia megváltozik W meh. A mechanikai energia változásának mértéke a rendszerre ható erők munkája:

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

A hőátadás során megváltozik a test belső energiája. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke a hőmennyiség.

A hőmennyiség a belső energia változásának mértéke, amelyet a test kap (vagy ad el) a hőátadás során.

Így mind a munka, mind a hőmennyiség jellemzi az energia változását, de nem azonos az energiával. Nem magát a rendszer állapotát jellemzik, hanem meghatározzák az energia átmenet folyamatát egyik formából a másikba (egyik testből a másikba), amikor az állapot megváltozik, és lényegében a folyamat természetétől függ.

A fő különbség a munka és a hőmennyiség között az, hogy a munka jellemzi a rendszer belső energiájának változásának folyamatát, amelyet az energia egyik fajtából a másikba (mechanikusból belsővé) történő átalakulása kísér. A hőmennyiség jellemzi a belső energia egyik testről a másikra történő átvitelének folyamatát (a melegebbről a kevésbé fűtöttre), amelyet nem kísérnek energiaátalakítások.

A tapasztalat azt mutatja, hogy a tömeggel rendelkező test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség m hőfok T 1 hőmérsékletre T 2 képlettel számítjuk ki

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

ahol c- az anyag fajlagos hőkapacitása;

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

A fajhő SI mértékegysége a joule per kilogramm-Kelvin (J/(kg K)).

Fajlagos hő c számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű testre át kell adni ahhoz, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.

Hőkapacitás test C T számszerűen egyenlő a testhőmérséklet 1 K-val történő megváltoztatásához szükséges hőmennyiséggel:

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

Egy test hőkapacitásának SI mértékegysége a joule per Kelvin (J/K).

Ahhoz, hogy a folyadékot állandó hőmérsékleten gőzzé alakítsuk, a szükséges hőmennyiség a következő

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

ahol L - fajlagos hő párologtatás. A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel.

Ahhoz, hogy egy kristályos testet tömeggel olvasztson meg m az olvadáspontnál szükséges, hogy a szervezet jelentse a hőmennyiséget

\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)

ahol λ - fajlagos olvadási hő. Egy test kristályosodása során ugyanannyi hő szabadul fel.

A tüzelőanyag tömegének teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség m,

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

ahol q- fajlagos égéshő.

A fajlagos párolgási, olvadási és égési hő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Irodalom

Aksenovich L. A. Fizika in Gimnázium: Elmélet. Feladatok. Tesztek: Proc. ellátást nyújtó intézmények részére általános. környezetek, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.

721. Miért használnak vizet egyes mechanizmusok hűtésére?
A víznek nagy fajlagos hőkapacitása van, ami hozzájárul a jó hőelvezetéshez a mechanizmusból.

722. Milyen esetben kell több energiát fordítani: egy liter víz 1 °C-os felmelegítésére vagy száz gramm víz 1 °C-os melegítésére?
Egy liter víz felmelegítéséhez, mivel minél nagyobb a tömeg, annál több energiát kell elkölteni.

723. Azonos tömegű cupronickel- és ezüstvillákat forró vízbe mártottak. A vízből ugyanannyi hőt kapnak?
A réz-nikkel villa több hőt kap, mivel a réz-nikkel fajhője nagyobb, mint az ezüsté.

724. Egy azonos tömegű ólomdarabot és egy öntöttvas darabot háromszor ütöttek kalapáccsal. Melyik része lett melegebb?
Az ólom jobban felmelegszik, mert fajlagos hőkapacitása kisebb, mint az öntöttvasé, és kevesebb energia szükséges az ólom felmelegítéséhez.

725. Az egyik lombikban víz, a másikban azonos tömegű és hőmérsékletű kerozin. Mindegyik lombikba egy ugyanolyan melegített vaskockát dobtak. Mi melegszik fel magasabb hőmérsékletre - víz vagy kerozin?
Kerozin.

726. Miért kevésbé élesek a hőmérséklet-ingadozások télen és nyáron a tengerparti városokban, mint a szárazföldi városokban?
A víz lassabban melegszik fel és hűl le, mint a levegő. Télen lehűl és meleg légtömegeket mozgat a szárazföldön, így melegebbé válik a tengerpart éghajlata.

727. Az alumínium fajlagos hőkapacitása 920 J/kg °C. Mit is jelent ez?
Ez azt jelenti, hogy 1 kg alumínium 1 °C-kal történő felmelegítéséhez 920 J szükséges.

728. Az 1 kg azonos tömegű alumínium- és rézrudakat 1 °C-kal lehűtik. Mennyire változik az egyes blokkok belső energiája? Melyik sáv változik jobban és mennyivel?

729. Mennyi hő szükséges egy kilogramm vastömb 45 °C-os felmelegítéséhez?

730. Mennyi hő szükséges 0,25 kg víz 30°C-ról 50°C-ra való felmelegítéséhez?

731. Hogyan változik két liter víz belső energiája 5 °C-os felmelegítés esetén?

732. Mennyi hő szükséges 5 g víz 20°C-ról 30°C-ra való felmelegítéséhez?

733. Mekkora hő szükséges egy 0,03 kg tömegű alumíniumgolyó 72 °C-os felmelegítéséhez?

734. Számítsa ki 15 kg réz 80 °C-os felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget!

735. Számítsa ki 5 kg réz 10 °C-ról 200 °C-ra való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget!

736. Mekkora hőmennyiség szükséges 0,2 kg víz 15 °C-ról 20 °C-ra való felmelegítéséhez?

737. A 0,3 kg tömegű víz 20 °C-kal lehűlt. Mennyivel csökken a víz belső energiája?

738. Mennyi hő szükséges 0,4 kg 20 °C hőmérsékletű víz 30 °C hőmérsékletre történő felmelegítéséhez?

739. Mennyi hőt fordítanak 2,5 kg víz 20 °C-os felmelegítésére?

740. Mennyi hő szabadul fel, amikor 250 g víz 90 °C-ról 40 °C-ra hűlt le?

741. Mennyi hő szükséges 0,015 liter víz 1 °C-os felmelegítéséhez?

742. Számítsa ki egy 300 m3 térfogatú tó 10 °C-os felfűtéséhez szükséges hőmennyiséget?

743. Mennyi hőt kell leadni 1 kg víznek, hogy a hőmérséklete 30°C-ról 40°C-ra emelkedjen?

744. A 10 literes víz 100 °C-os hőmérsékletről 40 °C-ra hűlt le. Mennyi hő szabadul fel ebben az esetben?

745. Számítsa ki 1 m3 homok 60 °C-os felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget!

746. Levegőtérfogat 60 m3, fajhőteljesítmény 1000 J/kg °C, levegő sűrűsége 1,29 kg/m3. Mennyi hő szükséges a 22°C-ra emeléséhez?

747. A vizet 10 °C-ra melegítettük, 4,20 103 J hőt költve el. Határozza meg a víz mennyiségét.

748. A 0,5 kg tömegű víz 20,95 kJ hőt közölt. Milyen hőmérsékletű volt a víz, ha a víz kezdeti hőmérséklete 20°C?

749. 8 kg 10 °C-os vizet öntünk egy 2,5 kg tömegű rézfazékba. Mennyi hő szükséges ahhoz, hogy a vizet egy serpenyőben felforraljuk?

750. Egy liter 15 °C hőmérsékletű vizet öntünk egy 300 g súlyú réz üstbe, mennyi hő szükséges ahhoz, hogy az üstben lévő vizet 85 °C-ra felmelegítsük?

751. Egy 3 kg súlyú hevített gránitdarabot vízbe teszünk. A gránit 12,6 kJ hőt ad át a víznek, 10 °C-kal lehűtve. Mekkora a kő fajlagos hőkapacitása?

752. 50 °C-os forró vizet adunk 5 kg 12 °C-os vízhez, így 30 °C-os keveréket kapunk. Mennyi vizet adtak hozzá?

753. 20 °C-os vizet adunk 3 liter 60 °C-os vízhez, így 40 °C-os vizet kapunk. Mennyi vizet adtak hozzá?

754. Milyen hőmérsékletű lesz a keverék, ha 600 g 80°C-os vizet összekeverünk 200 g 20°C-os vízzel?

755. Egy liter 90°C-os vizet öntöttünk 10°C-os vízbe, és a víz hőmérséklete 60°C lett. Mennyi hideg víz volt?

756. Határozza meg, mennyit kell önteni egy edénybe! forró víz 60 °C-ra melegítve, ha az edényben már van 20 liter 15 °C-os hideg víz; a keverék hőmérséklete 40 °C legyen.

757. Határozza meg, mennyi hő szükséges 425 g víz 20 °C-os felmelegítéséhez!

758. Hány fokot melegszik fel 5 kg víz, ha a víz 167,2 kJ-t kap?

759. Mennyi hő szükséges m gramm t1 hőmérsékletű víz t2 hőmérsékletre való felmelegítéséhez?

760. 2 kg vizet öntünk a kaloriméterbe 15 °C hőmérsékleten. Milyen hőmérsékletre melegszik fel a kaloriméter vize, ha 500 g-os, 100 °C-ra melegített sárgarézsúlyt engedünk bele? A sárgaréz fajlagos hőkapacitása 0,37 kJ/(kg °C).

761. Egyforma térfogatú réz-, ón- és alumíniumdarabok vannak. Ezen darabok közül melyik a legnagyobb és melyik a legkisebb hőkapacitású?

762. A kaloriméterbe 450 g vizet öntöttünk, melynek hőmérséklete 20 °C. Amikor 200 g 100°C-ra melegített vasreszeléket mártottak ebbe a vízbe, a víz hőmérséklete 24°C lett. Határozza meg a fűrészpor fajlagos hőkapacitását!

763. Egy 100 g tömegű rézkaloriméter 738 g vizet tartalmaz, melynek hőmérséklete 15 °C. Ebbe a kaloriméterbe 200 g rezet engedtünk 100 °C hőmérsékleten, majd a kaloriméter hőmérséklete 17 °C-ra emelkedett. Mekkora a réz fajlagos hőkapacitása?

764. Egy 10 g tömegű acélgolyót kiveszünk a kemencéből, és 10 °C-os vízbe engedjük. A víz hőmérséklete 25°C-ra emelkedett. Milyen hőmérsékletű volt a golyó a sütőben, ha a víz tömege 50 g? Az acél fajlagos hőkapacitása 0,5 kJ/(kg °C).

770. Egy 2 kg tömegű acélvésőt 800 °C-ra melegítettünk, majd 15 liter vizet tartalmazó edénybe eresztettünk 10 °C hőmérsékleten. Milyen hőmérsékletre melegszik fel a víz az edényben?

(Jelzés. A probléma megoldásához létre kell hozni egy egyenletet, amelyben az edényben lévő víz kívánt hőmérsékletét a vágó leengedése után ismeretlennek vesszük.)

771. Milyen hőmérsékletű lesz a víz, ha 0,02 kg 15 °C-os, 0,03 kg 25 °C-os és 0,01 kg 60 °C-os vizet keverünk össze?

772. Jól szellőző osztály fűtése óránként 4,19 MJ hőmennyiséget igényel. A víz 80°C-on lép be a fűtőtestekbe és 72°C-on távozik. Mennyi vizet kell adagolni óránként a radiátorokhoz?

773. 0,1 kg tömegű ólmot 100 °C hőmérsékleten 0,04 kg tömegű alumínium kaloriméterbe merítettünk, amely 0,24 kg vizet tartalmazott 15 °C hőmérsékleten. Ezt követően a kaloriméterben 16 °C hőmérsékletet állítottunk be. Mekkora az ólom fajlagos hőkapacitása?

A palackban lévő gáz belső energiáját nem csak munkavégzéssel, hanem a gáz melegítésével is megváltoztathatja (43. ábra). Ha a dugattyú rögzítve van, akkor a gáz térfogata nem változik, de a hőmérséklet, és ezáltal a belső energia nő.
Azt a folyamatot, amelyben az energia egyik testről a másikra munka nélkül kerül átadásra, hőátadásnak vagy hőátadásnak nevezzük.

A hőátadás eredményeként a szervezetbe átadott energiát hőmennyiségnek nevezzük. A hőmennyiséget energiának is nevezik, amelyet a test a hőátadás során lead.

A hőátadás molekuláris képe. A testek közötti határvonalon zajló hőcsere során a hideg test lassan mozgó molekulái kölcsönhatásba lépnek a forró test gyorsabban mozgó molekuláival. Ennek eredményeként a molekulák kinetikai energiái kiegyenlítődnek, és a hideg test molekuláinak sebessége nő, míg a forró testé csökken.

A hőcsere során nem történik energia átalakulás egyik formából a másikba: a forró test belső energiájának egy része átkerül a hideg testbe.

A hőmennyiség és a hőkapacitás. A VII. osztályú fizika kurzusból ismert, hogy egy m tömegű test t 1 hőmérsékletről t 2 hőmérsékletre történő felmelegítéséhez szükséges a hőmennyiségről tájékoztatni.

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4.5)

Amikor a test lehűl, örök hőmérséklete t 2 kisebb, mint a kezdeti t 1, és a test által leadott hőmennyiség negatív.
A (4.5) képletben szereplő c együtthatót nevezzük fajlagos hő. A fajlagos hőkapacitás az a hőmennyiség, amelyet 1 kg anyag kap vagy ad le, ha hőmérséklete 1 K-vel változik.

A fajlagos hőkapacitást joule per kilogramm-szor kelvinben fejezzük ki. Különböző testek eltérő mennyiségű energiát igényelnek a hőmérséklet 1 K-nel történő emeléséhez. Így a víz fajlagos hőkapacitása 4190 J/(kg K), a rézé 380 J/(kg K).

A fajlagos hőkapacitás nemcsak az anyag tulajdonságaitól függ, hanem attól is, hogy milyen folyamatban megy végbe a hőátadás. Ha egy gázt állandó nyomáson melegít, az kitágul és működik. Ahhoz, hogy egy gázt állandó nyomáson 1 °C-kal felmelegítsen, több hőt kell átadnia, mint állandó térfogaton.

folyékony és szilárd testek hevítés hatására enyhén kitágul, és fajlagos hőkapacitásuk állandó térfogaton és állandó nyomáson alig tér el.

Fajlagos párolgási hő. A folyadék gőzzé alakításához bizonyos mennyiségű hőt kell átadni rá. A folyadék hőmérséklete az átalakulás során nem változik. A folyadék gőzzé alakulása állandó hőmérsékleten nem vezet a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez, hanem potenciális energiájuk növekedésével jár. Végül is a gázmolekulák közötti átlagos távolság sokszorosa a folyadékmolekulák közötti távolságnak. Ezenkívül az anyag folyadékból gáz halmazállapotúvá történő átmenete során a térfogatnövekedés a külső nyomás erőivel szembeni munkát igényel.

Azt a hőmennyiséget, amely 1 kg folyadék gőzzé alakításához szükséges állandó hőmérsékleten, fajlagos párolgási hőnek nevezzük. Ezt az értéket r betűvel jelöljük, és joule per kilogrammban fejezzük ki.

A víz fajpárolgási hője nagyon magas: 2,256 · 10 6 J/kg 100°C-on. Más folyadékoknál (alkohol, éter, higany, kerozin stb.) a párolgási fajhő 3-10-szer kisebb.

Az m tömegű folyadék gőzzé alakításához annyi hőre van szükség, mint:

A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel

Qk = –rm. (4.7)

Fajlagos olvadási hő. Amikor egy kristályos test megolvad, a hozzá szállított összes hő a molekulák potenciális energiájának növelésére megy el. A molekulák kinetikus energiája nem változik, mivel az olvadás állandó hőmérsékleten megy végbe.

Az 1 kg átalakításához szükséges λ (lambda) hőmennyiség kristályos anyag olvadáspontján azonos hőmérsékletű folyadékká fajlagos olvadási hőnek nevezzük.

1 kg anyag kristályosodása során pontosan ugyanannyi hő szabadul fel. A jégolvadás fajhője meglehetősen magas: 3,4 10 5 J/kg.

Egy m tömegű kristálytest megolvasztásához annyi hőre van szükség, mint:

Qpl \u003d λm. (4.8)

A test kristályosodása során felszabaduló hőmennyiség:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Mit nevezünk hőmennyiségnek? 2. Mi határozza meg az anyagok fajlagos hőkapacitását? 3. Mit nevezünk párolgási fajhőnek? 4. Mit nevezünk fajlagos olvadási hőnek? 5. Milyen esetekben negatív az átadott hő mennyisége?

Mint tudják, a különféle mechanikai folyamatok során a mechanikai energia megváltozik. A mechanikai energia változásának mértéke a rendszerre ható erők munkája:

A hőátadás során megváltozik a test belső energiája. A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mértéke a hőmennyiség.

A hőmennyiség a belső energia változásának mértéke, amelyet a test kap (vagy ad el) a hőátadás során.

Így mind a munka, mind a hőmennyiség jellemzi az energia változását, de nem azonos az energiával. Nem magát a rendszer állapotát jellemzik, hanem meghatározzák az energia átmenet folyamatát egyik formából a másikba (egyik testből a másikba), amikor az állapot megváltozik, és lényegében a folyamat természetétől függ.

A fő különbség a munka és a hőmennyiség között az, hogy a munka jellemzi a rendszer belső energiájának változásának folyamatát, amelyet az energia egyik fajtából a másikba (mechanikusból belsővé) történő átalakulása kísér. A hőmennyiség jellemzi a belső energia egyik testről a másikra történő átvitelének folyamatát (a melegebbről a kevésbé fűtöttre), amelyet nem kísérnek energiaátalakítások.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy egy m tömegű test hőmérsékletről hőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiséget a képlet segítségével számítjuk ki

ahol c az anyag fajlagos hőkapacitása;

A fajhő SI mértékegysége a joule per kilogramm-Kelvin (J/(kg K)).

Fajlagos hő c számszerűen egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű testnek át kell adni ahhoz, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.

Hőkapacitás a test számszerűen egyenlő a testhőmérséklet 1 K-os megváltoztatásához szükséges hőmennyiséggel:

Egy test hőkapacitásának SI mértékegysége a joule per Kelvin (J/K).

Ahhoz, hogy a folyadékot állandó hőmérsékleten gőzzé alakítsuk, a szükséges hőmennyiség a következő

ahol L a fajlagos párolgási hő. A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel.

Ahhoz, hogy egy m tömegű kristálytestet az olvadási hőmérsékleten megolvaszthassunk, tájékoztatni kell a testet a hőmennyiségről

hol van a fajlagos olvadási hő. Egy test kristályosodása során ugyanannyi hő szabadul fel.

Az m tömegű tüzelőanyag teljes elégetése során felszabaduló hőmennyiség,

ahol q a fajlagos égéshő.

A fajlagos párolgási, olvadási és égési hő SI mértékegysége joule per kilogramm (J/kg).

Mi melegszik fel gyorsabban a tűzhelyen - egy vízforraló vagy egy vödör víz? A válasz nyilvánvaló - egy vízforraló. Akkor a második kérdés az, hogy miért?

A válasz nem kevésbé nyilvánvaló - mert a vízforralóban kisebb a víz tömege. Kiváló. És most otthon szerezheti meg a legvalódibb fizikai élményt. Ehhez két egyforma kis serpenyőre, azonos mennyiségű vízre és növényi olajra, például fél literre és egy tűzhelyre lesz szüksége. Helyezzen egy edényt olajjal és vízzel ugyanarra a tűzre. És most figyeld, mi fog gyorsabban felmelegedni. Ha van folyadékok hőmérője, akkor használhatja, ha nincs, akkor csak időnként próbálja ki az ujjával a hőmérsékletet, csak vigyázzon, nehogy megégesse magát. Mindenesetre hamarosan látni fogja, hogy az olaj lényegesen gyorsabban melegszik fel, mint a víz. És még egy kérdés, ami tapasztalat formájában is megvalósítható. Melyik forr gyorsabban - hideg vagy meleg víz? Ismét minden nyilvánvaló – a meleg lesz az első, aki befejezi. Miért ezek a furcsa kérdések és kísérletek? Annak érdekében, hogy meghatározzuk fizikai mennyiség, az úgynevezett "hőmennyiség".

A hőmennyiség

A hőmennyiség az az energia, amelyet a test a hőátadás során elveszít vagy nyer. Ez egyértelmű a névből. Lehűléskor a test bizonyos mennyiségű hőt veszít, felmelegítve pedig elnyeli. A kérdéseinkre adott válaszok pedig megmutatták nekünk mitől függ a hőmennyiség? Először is, minél nagyobb a test tömege, annál nagyobb hőmennyiséget kell felhasználni a hőmérséklet egy fokkal történő megváltoztatásához. Másodszor, a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség attól függ, hogy milyen anyagból áll, vagyis az anyag fajtájától. Harmadszor pedig a testhőmérséklet hőátadás előtti és utáni különbsége is fontos számításainkhoz. A fentiek alapján megtehetjük határozza meg a hőmennyiséget a következő képlettel:

ahol Q a hőmennyiség,
m - testtömeg,
(t_2-t_1) - a kezdeti és a végső testhőmérséklet közötti különbség,
c - az anyag fajlagos hőkapacitása, megtalálható a vonatkozó táblázatokból.

Ezzel a képlettel kiszámíthatja azt a hőmennyiséget, amely bármely test felmelegítéséhez szükséges, vagy amelyet ez a test hűtésekor felszabadít.

A hőmennyiséget joule-ban (1 J) mérik, mint minden más energiafajtát. Ezt az értéket azonban nem olyan régen vezették be, és az emberek sokkal korábban kezdték el mérni a hőmennyiséget. És egy olyan egységet használtak, amelyet korunkban széles körben használnak - egy kalóriát (1 cal). 1 kalória az a hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 gramm víz hőmérsékletét 1 Celsius-fokkal megemelje. Ezektől az adatoktól vezérelve az elfogyasztott ételekben lévő kalóriák számolásának szerelmesei az érdeklődés kedvéért ki tudják számítani, hány liter vizet lehet felforralni azzal az energiával, amelyet a nap folyamán étellel fogyasztanak.