Kaip žinia, įvairių mechaninių procesų metu kinta mechaninė energija W meh. Mechaninės energijos kitimo matas yra sistemai veikiančių jėgų darbas:

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

Šilumos perdavimo metu keičiasi kūno vidinė energija. Vidinės energijos kitimo matas šilumos perdavimo metu yra šilumos kiekis.

Šilumos kiekis yra vidinės energijos, kurią organizmas gauna (arba atiduoda) šilumos perdavimo procese, pokyčio matas.

Taigi ir darbas, ir šilumos kiekis charakterizuoja energijos kitimą, bet nėra tapatūs energijai. Jie neapibūdina pačios sistemos būsenos, o nustato energijos perėjimo iš vienos formos į kitą (iš vieno kūno į kitą) procesą, kai būsena keičiasi ir iš esmės priklauso nuo proceso pobūdžio.

Pagrindinis skirtumas tarp darbo ir šilumos kiekio yra tas, kad darbas apibūdina sistemos vidinės energijos keitimo procesą, lydimą energijos transformacijos iš vienos rūšies į kitą (iš mechaninės į vidinę). Šilumos kiekis apibūdina vidinės energijos perdavimo iš vieno kūno į kitą procesą (nuo labiau įkaitinto iki mažiau šildomo), nelydimą energijos virsmų.

Patirtis rodo, kad šilumos kiekis reikalingas kūnui su mase sušildyti m temperatūros T 1 iki temperatūros T 2 apskaičiuojamas pagal formulę

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

kur c- specifinė medžiagos šiluminė talpa;

\(~c = \frac(Q)(m (T_2 – T_1)).\)

Savitosios šilumos SI vienetas yra džaulis kilogramui kelvino (J/(kg K)).

Specifinė šiluma c yra skaitine prasme lygus šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas 1 kg masės kūnui, kad jis įkaistų 1 K.

Šilumos talpa kūnas C T yra skaitine prasme lygus šilumos kiekiui, kurio reikia norint pakeisti kūno temperatūrą 1 K:

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

Kūno šiluminės talpos SI vienetas yra džaulis kelvinui (J/K).

Norint pastovioje temperatūroje skystį paversti garais, reikalingas šilumos kiekis yra

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

kur L - specifinė šiluma garinimas. Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos.

Tam, kad ištirptų kristalinis kūnas su mase m lydymosi taške būtina, kad organizmas praneštų apie šilumos kiekį

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

kur λ - specifinė lydymosi šiluma. Kūno kristalizacijos metu išsiskiria tiek pat šilumos.

Šilumos kiekis, kuris išsiskiria visiškai sudegus kuro masei m,

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

kur q- savitoji degimo šiluma.

Specifinės garavimo, lydymosi ir degimo šilumos SI vienetas yra džaulis kilogramui (J/kg).

Literatūra

Aksenovičius L. A. Fizika in vidurinė mokykla: teorija. Užduotys. Testai: Proc. pašalpa įstaigoms, teikiančioms bendrąsias. aplinkos, ugdymas / L. A. Aksenovičius, N. N. Rakina, K. S. Farino; Red. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.

721. Kodėl kai kuriems mechanizmams aušinti naudojamas vanduo?
Vanduo turi didelę specifinę šiluminę talpą, kuri prisideda prie gero šilumos pašalinimo iš mechanizmo.

722. Kokiu atveju reikia sunaudoti daugiau energijos: vienam litrui vandens pašildyti 1 °C ar šimtui gramų vandens pašildyti 1 °C?
Norint pašildyti litrą vandens, nes kuo didesnė masė, tuo daugiau energijos reikia sunaudoti.

723. Tokios pat masės vario nikelio ir sidabro šakutės buvo panardintos į karštą vandenį. Ar jie gauna tiek pat šilumos iš vandens?
Vario nikelio šakutė gaus daugiau šilumos, nes savitoji vario nikelio šiluma yra didesnė nei sidabro.

724. Į švino gabalą ir tos pačios masės ketaus gabalą trigubai smogė kūju. Kuri dalis tapo karštesnė?
Švinas įkais labiau, nes jo savitoji šiluminė talpa mažesnė nei ketaus, o švinui šildyti reikia mažiau energijos.

725. Vienoje kolboje yra vandens, kitoje – tokios pat masės ir temperatūros žibalo. Į kiekvieną kolbą buvo įmestas vienodai įkaitintas geležies kubas. Kas įkais iki aukštesnės temperatūros – vanduo ar žibalas?
Žibalas.

726. Kodėl pajūrio miestuose žiemą ir vasarą temperatūrų svyravimai ne tokie ryškūs, kaip miestuose, esančiuose sausumoje?
Vanduo įšyla ir atvėsta lėčiau nei oras. Žiemą jis atšąla ir sausuma perkelia šiltas oro mases, todėl klimatas pakrantėje tampa šiltesnis.

727. Aliuminio savitoji šiluminė talpa 920 J/kg °C. Ką tai reiškia?
Tai reiškia, kad 1 kg aliuminio pašildyti 1 °C reikia 920 J.

728. Vienodos 1 kg masės aliuminio ir vario strypai atšaldomi 1 °C. Kiek pasikeis kiekvieno bloko vidinė energija? Kuri juosta pasikeis labiau ir kiek?

729. Kokio šilumos kiekio reikia kilogramui geležies ruošinio pašildyti 45 °C?

730. Kiek šilumos reikia pašildyti 0,25 kg vandens nuo 30°C iki 50°C?

731. Kaip pasikeis dviejų litrų vandens vidinė energija kaitinant 5 °C?

732. Kiek šilumos reikia pašildyti 5 g vandens nuo 20°C iki 30°C?

733. Kokio šilumos kiekio reikia 0,03 kg sveriančiam aliuminio rutuliui pašildyti 72 °C?

734. Apskaičiuokite šilumos kiekį, reikalingą 15 kg vario pašildyti 80 °C.

735. Apskaičiuokite šilumos kiekį, reikalingą 5 kg vario pašildyti nuo 10 °C iki 200 °C.

736. Koks šilumos kiekis reikalingas 0,2 kg vandens pašildyti nuo 15 °C iki 20 °C?

737. 0,3 kg sveriantis vanduo atvėso 20 °C. Kiek sumažėja vandens vidinė energija?

738. Kiek šilumos reikia pašildyti 0,4 kg 20 °C temperatūros vandens iki 30 °C temperatūros?

739. Kiek šilumos sunaudojama pašildyti 2,5 kg vandens 20 °C?

740. Kiek šilumos išsiskyrė 250 g vandens atvėsus nuo 90 °C iki 40 °C?

741. Kiek šilumos reikia 0,015 litro vandens pašildyti 1 °C?

742. Apskaičiuokite, kiek šilumos reikia 300 m3 tūrio tvenkiniui apšildyti 10 °C?

743. Kiek šilumos turi būti suteikta 1 kg vandens, kad jo temperatūra pakiltų nuo 30°C iki 40°C?

744. Vanduo, kurio tūris 10 litrų, atvėso nuo 100 °C temperatūros iki 40 °C. Kiek šilumos išsiskiria tokiu atveju?

745. Apskaičiuokite šilumos kiekį, reikalingą 1 m3 smėlio pašildyti 60 °C.

746. Oro tūris 60 m3, savitoji šiluminė galia 1000 J/kg °C, oro tankis 1,29 kg/m3. Kiek šilumos reikia, kad ji pakiltų iki 22°C?

747. Vanduo buvo šildomas 10 ° C, išleidžiant 4,20 103 J šilumos. Nustatykite vandens kiekį.

748. Vanduo, sveriantis 0,5 kg, pranešė apie 20,95 kJ šilumos. Kokia buvo vandens temperatūra, jei pradinė vandens temperatūra buvo 20°C?

749. Į 2,5 kg sveriantį varinį puodą supilama 8 kg 10 °C vandens. Kiek šilumos reikia, kad vanduo užvirtų puode?

750. Į varinį kaušą, sveriantį 300 g, supilamas litras 15 °C temperatūros vandens.Kiek šilumos reikia, kad kaušelyje esantis vanduo pašildytų 85 °C?

751. Į vandenį įdedamas 3 kg sveriantis įkaitinto granito gabalas. Granitas vandeniui perduoda 12,6 kJ šilumos, atvėsdamas 10 °C. Kokia specifinė akmens šiluminė talpa?

752. Į 5 kg 12 °C vandens buvo įpiltas 50°C karštas vanduo, gautas 30°C temperatūros mišinys. Kiek vandens buvo pridėta?

753. Į 3 litrus 60°C vandens buvo įpilta 20°C vandens, kad gautųsi 40°C temperatūros vanduo. Kiek vandens buvo pridėta?

754. Kokia bus mišinio temperatūra, jei 600 g 80°C vandens sumaišysite su 200g 20°C temperatūros vandens?

755. Litras 90°C vandens buvo supiltas į 10°C temperatūros vandenį, vandens temperatūra tapo 60°C. Kiek buvo šalto vandens?

756. Nustatykite, kiek pilti į indą karštas vanduo, pašildytas iki 60 ° C, jei inde jau yra 20 litrų šalto 15 ° C temperatūros vandens; mišinio temperatūra turi būti 40 °C.

757. Nustatykite, kiek šilumos reikia pašildyti 425 g vandens 20 °C.

758. Kiek laipsnių įkais 5 kg vandens, jei vanduo gaus 167,2 kJ?

759. Kiek šilumos reikia pašildyti m gramų vandens, kurio temperatūra t1 iki t2 temperatūros?

760. Į kalorimetrą įpilama 2 kg 15 °C temperatūros vandens. Iki kokios temperatūros įkais kalorimetro vanduo, jei į jį bus nuleistas iki 100 °C įkaitintas 500 g žalvarinis svoris? Žalvario savitoji šiluminė talpa yra 0,37 kJ/(kg °C).

761. Yra vienodo tūrio vario, alavo ir aliuminio gabalai. Kuris iš šių dalių turi didžiausią, o kurios mažiausią šilumos talpą?

762. Į kalorimetrą supilta 450 g vandens, kurio temperatūra 20 °C. Į šį vandenį panardinus 200 g iki 100°C įkaitintų geležies drožlių, vandens temperatūra pasidarė 24°C. Nustatykite savitąją pjuvenų šiluminę talpą.

763. 100 g sveriantis varinis kalorimetras talpina 738 g vandens, kurio temperatūra 15 °C. Į šį kalorimetrą buvo nuleista 200 g vario 100 °C temperatūroje, po to kalorimetro temperatūra pakilo iki 17 °C. Kokia yra vario savitoji šiluminė talpa?

764. Iš krosnies išimamas 10 g sveriantis plieninis rutulys ir nuleidžiamas į 10 °C temperatūros vandenį. Vandens temperatūra pakilo iki 25°C. Kokia buvo rutulio temperatūra orkaitėje, jei vandens masė yra 50 g? Plieno savitoji šiluminė talpa yra 0,5 kJ/(kg °C).

770. Plieninis kaltas, sveriantis 2 kg, buvo įkaitintas iki 800 °C ir nuleistas į indą, kuriame buvo 15 litrų 10 °C temperatūros vandens. Iki kokios temperatūros bus pašildytas vanduo inde?

(Indikacija. Norint išspręsti šią problemą, reikia sudaryti lygtį, kurioje norima vandens temperatūra inde nuleidus pjaustytuvą būtų laikoma nežinoma.)

771. Kokią temperatūrą įgaus vanduo, jei sumaišysite 0,02 kg 15 °C, 0,03 kg 25 °C, 0,01 kg 60 °C?

772. Gerai vėdinamai klasei šildyti reikalingas 4,19 MJ šilumos kiekis per valandą. Vanduo į šildymo radiatorius patenka 80°C, o išeina 72°C. Kiek vandens kas valandą reikia tiekti į radiatorius?

773. Švinas, sveriantis 0,1 kg, esant 100 °C temperatūrai, buvo panardintas į 0,04 kg svorio aliuminio kalorimetrą, kuriame buvo 0,24 kg 15 °C temperatūros vandens. Po to kalorimetre buvo nustatyta 16 °C temperatūra. Kokia savitoji švino šiluminė talpa?

Balione esančių dujų vidinę energiją galite keisti ne tik dirbdami, bet ir kaitindami dujas (43 pav.). Jei stūmoklis yra fiksuotas, dujų tūris nepasikeis, tačiau padidės temperatūra, taigi ir vidinė energija.
Energijos perdavimo iš vieno kūno į kitą procesas neatliekant darbo vadinamas šilumos perdavimu arba šilumos perdavimu.

Energija, perduodama kūnui dėl šilumos perdavimo, vadinama šilumos kiekiu.Šilumos kiekis taip pat vadinamas energija, kurią kūnas išskiria šilumos perdavimo procese.

Šilumos perdavimo molekulinis vaizdas.Šilumos mainų metu ties riba tarp kūnų lėtai judančios šalto kūno molekulės sąveikauja su greičiau judančiomis karšto kūno molekulėmis. Dėl to molekulių kinetinės energijos susilygina ir šalto kūno molekulių greičiai didėja, o karšto – mažėja.

Šilumos mainų metu energija nevirsta iš vienos formos į kitą: dalis karšto kūno vidinės energijos perduodama šaltam kūnui.

Šilumos kiekis ir šiluminė talpa. Iš VII klasės fizikos kurso žinoma, kad norint sušildyti m masės kūną nuo temperatūros t 1 iki temperatūros t 2, reikia jį informuoti apie šilumos kiekį

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

Kai kūnas vėsta, jo amžinoji temperatūra t 2 yra mažesnė už pradinę t 1, o kūno išskiriamas šilumos kiekis yra neigiamas.
Koeficientas c formulėje (4.5) vadinamas specifinė šiluma. Savitoji šiluminė talpa – tai šilumos kiekis, kurį gauna arba išskiria 1 kg medžiagos, kai jos temperatūra pasikeičia 1 K.

Savitoji šiluminė talpa išreiškiama džauliais kilogramui padauginus kelvino. Skirtingiems kūnams reikia skirtingo energijos kiekio, kad temperatūra padidėtų 1 K. Taigi vandens savitoji šiluminė talpa yra 4190 J/(kg K), o vario – 380 J/(kg K).

Savitoji šiluminė talpa priklauso ne tik nuo medžiagos savybių, bet ir nuo proceso, kurio metu vyksta šilumos perdavimas. Jei kaitinsite dujas esant pastoviam slėgiui, jos išsiplės ir veiks. Norint pašildyti dujas 1°C esant pastoviam slėgiui, joms reikės perduoti daugiau šilumos, nei šildyti esant pastoviam tūriui.

skystis ir tvirti kūnai kaitinant šiek tiek plečiasi, o jų savitosios šiluminės talpos esant pastoviam tūriui ir pastoviam slėgiui mažai skiriasi.

Savitoji garavimo šiluma. Norint skystį paversti garais, į jį turi būti perduotas tam tikras šilumos kiekis. Skysčio temperatūra šios transformacijos metu nekinta. Skysčio pavertimas garais pastovioje temperatūroje nepadidėja molekulių kinetinė energija, bet kartu didėja jų potenciali energija. Juk vidutinis atstumas tarp dujų molekulių yra daug kartų didesnis nei tarp skysčio molekulių. Be to, padidėjus tūriui medžiagai pereinant iš skystos į dujinę būseną, reikia dirbti prieš išorinio slėgio jėgas.

Šilumos kiekis, reikalingas 1 kg skysčio paversti garais pastovioje temperatūroje, vadinamas savitoji garavimo šiluma. Ši vertė žymima raide r ir išreiškiama džauliais kilogramui.

Savitoji vandens garavimo šiluma yra labai didelė: 2,256 · 10 6 J/kg esant 100°C. Kitų skysčių (alkoholio, eterio, gyvsidabrio, žibalo ir kt.) savitoji garavimo šiluma yra 3-10 kartų mažesnė.

Norint paversti skystį, kurio masė m, į garus, reikia šilumos kiekio, lygaus:

Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos

Qk = –rm. (4.7)

Savitoji lydymosi šiluma. Kai kristalinis kūnas ištirpsta, visa jam tiekiama šiluma eina molekulių potencialios energijos didinimui. Molekulių kinetinė energija nekinta, nes lydymas vyksta pastovioje temperatūroje.

Šilumos kiekis λ (lambda), reikalingas 1 kg konvertuoti kristalinė medžiaga lydymosi taške į tokios pat temperatūros skystį vadinama specifine lydymosi šiluma.

1 kg medžiagos kristalizacijos metu išsiskiria lygiai tiek pat šilumos. Ledo tirpimo savitoji šiluma gana didelė: 3,4 10 5 J/kg.

Norint išlydyti m masės kristalinį kūną, reikalingas šilumos kiekis, lygus:

Qpl \u003d λm. (4.8)

Kūno kristalizacijos metu išsiskiriančios šilumos kiekis yra lygus:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Kas vadinamas šilumos kiekiu? 2. Kas lemia specifinę medžiagų šiluminę talpą? 3. Kas vadinama specifine garavimo šiluma? 4. Kas vadinama specifine sintezės šiluma? 5. Kokiais atvejais perduotos šilumos kiekis yra neigiamas?

Kaip žinote, vykstant įvairiems mechaniniams procesams, keičiasi mechaninė energija. Mechaninės energijos kitimo matas yra sistemai veikiančių jėgų darbas:

Šilumos perdavimo metu keičiasi kūno vidinė energija. Vidinės energijos kitimo matas šilumos perdavimo metu yra šilumos kiekis.

Šilumos kiekis yra vidinės energijos, kurią organizmas gauna (arba atiduoda) šilumos perdavimo procese, pokyčio matas.

Taigi ir darbas, ir šilumos kiekis charakterizuoja energijos kitimą, bet nėra tapatūs energijai. Jie neapibūdina pačios sistemos būsenos, o nustato energijos perėjimo iš vienos formos į kitą (iš vieno kūno į kitą) procesą, kai būsena keičiasi ir iš esmės priklauso nuo proceso pobūdžio.

Pagrindinis skirtumas tarp darbo ir šilumos kiekio yra tas, kad darbas apibūdina sistemos vidinės energijos keitimo procesą, lydimą energijos transformacijos iš vienos rūšies į kitą (iš mechaninės į vidinę). Šilumos kiekis apibūdina vidinės energijos perdavimo iš vieno kūno į kitą procesą (nuo labiau įkaitinto iki mažiau šildomo), nelydimą energijos virsmų.

Patirtis rodo, kad šilumos kiekis, reikalingas m masės kūnui pašildyti nuo temperatūros iki temperatūros, apskaičiuojamas pagal formulę

čia c yra medžiagos savitoji šiluminė talpa;

Savitosios šilumos SI vienetas yra džaulis kilogramui kelvino (J/(kg K)).

Specifinė šiluma c yra skaitine prasme lygus šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas 1 kg masės kūnui, kad jis būtų įkaitintas 1 K.

Šilumos talpa kūnas yra skaitiniu būdu lygus šilumos kiekiui, kurio reikia kūno temperatūrai pakeisti 1 K:

Kūno šiluminės talpos SI vienetas yra džaulis kelvinui (J/K).

Norint pastovioje temperatūroje skystį paversti garais, reikalingas šilumos kiekis yra

kur L yra savitoji garavimo šiluma. Kondensuojantis garams išsiskiria tiek pat šilumos.

Norint išlydyti m masės kristalinį kūną lydymosi temperatūroje, būtina informuoti kūną apie šilumos kiekį

kur yra savitoji sintezės šiluma. Kūno kristalizacijos metu išsiskiria tiek pat šilumos.

Šilumos kiekis, išsiskiriantis visiškai sudeginus m masės kurą,

čia q yra savitoji degimo šiluma.

Specifinės garavimo, lydymosi ir degimo šilumos SI vienetas yra džaulis kilogramui (J/kg).

Kas greičiau įkaista ant viryklės – virdulys ar kibiras vandens? Atsakymas akivaizdus – virdulys. Tada antras klausimas yra kodėl?

Atsakymas ne mažiau akivaizdus – nes vandens masė virdulyje mažesnė. Puikiai. O dabar patys tikriausią fizinę patirtį galite atlikti namuose. Norėdami tai padaryti, jums reikės dviejų vienodų mažų puodų, vienodo kiekio vandens ir augalinio aliejaus, pavyzdžiui, po pusę litro, ir viryklės. Ant tos pačios ugnies uždėkite puodus su aliejumi ir vandeniu. O dabar tik žiūrėkite, kas greičiau įkais. Jei yra termometras skysčiams, galite jį naudoti, jei ne, galite tiesiog karts nuo karto pabandyti temperatūrą pirštu, tik būkite atsargūs, kad nesusidegintumėte. Bet kuriuo atveju greitai pamatysite, kad aliejus įkaista žymiai greičiau nei vanduo. Ir dar vienas klausimas, kurį taip pat galima įgyvendinti patirties pavidalu. Kas užverda greičiau – šiltas vanduo ar šaltas? Vėl viskas aišku – pirmas finišuos šiltasis. Kodėl visi šie keisti klausimai ir eksperimentai? Norint apibrėžti fizinis kiekis, vadinamas „šilumos kiekiu“.

Šilumos kiekis

Šilumos kiekis – tai energija, kurią organizmas praranda arba įgyja perduodant šilumą. Tai aišku iš pavadinimo. Vėsdamas kūnas praras tam tikrą šilumos kiekį, o kaitinamas – sugers. Ir atsakymai į mūsų klausimus mums parodė nuo ko priklauso šilumos kiekis? Pirma, kuo didesnė kūno masė, tuo didesnis šilumos kiekis turi būti išleistas, kad jo temperatūra pasikeistų vienu laipsniu. Antra, šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios jis sudarytas, tai yra nuo medžiagos rūšies. Ir trečia, mūsų skaičiavimams svarbus ir kūno temperatūros skirtumas prieš ir po šilumos perdavimo. Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime šilumos kiekį nustatykite pagal formulę:

kur Q yra šilumos kiekis,
m - kūno svoris,
(t_2-t_1) – skirtumas tarp pradinės ir galutinės kūno temperatūros,
c - medžiagos savitoji šiluminė talpa, pateikiama atitinkamose lentelėse.

Naudodami šią formulę galite apskaičiuoti šilumos kiekį, kurio reikia bet kuriam kūnui sušildyti arba kurį šis kūnas išskirs vėsdamas.

Šilumos kiekis matuojamas džauliais (1 J), kaip ir bet kuri kita energijos rūšis. Tačiau ši vertė buvo įvesta ne taip seniai, o šilumos kiekį žmonės pradėjo matuoti daug anksčiau. Ir jie naudojo mūsų laikais plačiai naudojamą vienetą - kaloriją (1 cal). 1 kalorija – tai šilumos kiekis, reikalingas 1 gramo vandens temperatūrai pakelti 1 laipsniu Celsijaus. Vadovaudamiesi šiais duomenimis, mėgstantys skaičiuoti kalorijas valgomame maiste, įdomumo dėlei gali paskaičiuoti, kiek litrų vandens galima užvirti su energija, kurią jie suvartoja su maistu per dieną.