După cum știți, în timpul diferitelor procese mecanice, există o schimbare a energiei mecanice W meh. Măsura schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:

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

În timpul transferului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. Măsura modificării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.

Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne pe care corpul o primește (sau o dă) în procesul de transfer de căldură.

Astfel, atât munca cât și cantitatea de căldură caracterizează schimbarea energiei, dar nu sunt identice cu energia. Ele nu caracterizează starea sistemului în sine, ci determină procesul de tranziție a energiei de la o formă la alta (de la un corp la altul) atunci când starea se schimbă și depind în esență de natura procesului.

Principala diferență dintre muncă și cantitatea de căldură este că munca caracterizează procesul de modificare a energiei interne a sistemului, însoțită de transformarea energiei de la un tip la altul (de la mecanic la intern). Cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai încălzit la mai puțin încălzit), neînsoțit de transformări energetice.

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp cu o masă m temperatura T 1 la temperatură T 2 se calculează prin formula

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

Unde c- capacitatea termică specifică a substanței;

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

Unitatea SI a căldurii specifice este joule pe kilogram-Kelvin (J/(kg K)).

Căldura specifică c este numeric egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui corp cu masa de 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 K.

Capacitate termica corp C T este numeric egal cu cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura corpului cu 1 K:

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

Unitatea SI a capacității termice a unui corp este joule pe Kelvin (J/K).

Pentru a transforma un lichid într-un vapor la o temperatură constantă, cantitatea de căldură necesară este

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

Unde L - căldura specifică vaporizare. Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Pentru a topi un corp cristalin cu o masă m la punctul de topire, este necesar ca organismul să raporteze cantitatea de căldură

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

Unde λ - căldură specifică de fuziune. În timpul cristalizării unui corp, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a masei de combustibil m,

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

Unde q- caldura specifica de ardere.

Unitatea SI a căldurilor specifice de vaporizare, topire și ardere este joule pe kilogram (J/kg).

Literatură

Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 154-155.

721. De ce se folosește apa pentru a răci unele mecanisme?
Apa are o capacitate de căldură specifică mare, ceea ce contribuie la o bună îndepărtare a căldurii din mecanism.

722. În ce caz ar trebui cheltuită mai multă energie: pentru încălzirea unui litru de apă cu 1 °C sau pentru încălzirea a o sută de grame de apă cu 1 °C?
Pentru a încălzi un litru de apă, deoarece cu cât masa este mai mare, cu atât mai multă energie trebuie cheltuită.

723. Cupronickel și furculițe de argint de aceeași masă au fost scufundate în apă fierbinte. Primesc aceeași cantitate de căldură din apă?
O furculiță cu cupronicel va primi mai multă căldură, deoarece căldura specifică a cupronicelului este mai mare decât cea a argintului.

724. O bucată de plumb și o bucată de fontă de aceeași masă au fost lovite de trei ori cu un baros. Care parte a devenit mai fierbinte?
Plumbul se va încălzi mai mult deoarece capacitatea sa de căldură specifică este mai mică decât fonta și este nevoie de mai puțină energie pentru a încălzi plumbul.

725. Un balon conține apă, celălalt conține kerosen de aceeași masă și temperatură. În fiecare balon a fost aruncat câte un cub de fier la fel de încălzit. Ce se va încălzi la o temperatură mai mare - apă sau kerosen?
Kerosenul.

726. De ce sunt fluctuațiile de temperatură mai puțin accentuate iarna și vara în orașele de pe malul mării decât în ​​orașele situate în interior?
Apa se încălzește și se răcește mai lent decât aerul. Iarna, se răcește și mișcă masele de aer cald pe uscat, făcând clima de pe coastă mai caldă.

727. Capacitatea termică specifică a aluminiului este de 920 J/kg °C. Ce inseamna asta?
Aceasta înseamnă că este nevoie de 920 J pentru a încălzi 1 kg de aluminiu cu 1 °C.

728. Barele de aluminiu și cupru de aceeași masă de 1 kg se răcesc cu 1 °C. Cât de mult se va schimba energia internă a fiecărui bloc? Care bară se va schimba mai mult și cu cât?

729. Ce cantitate de căldură este necesară pentru a încălzi un kilogram de țăgle de fier cu 45 °C?

730. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi 0,25 kg de apă de la 30°C la 50°C?

731. Cum se va schimba energia internă a doi litri de apă când sunt încălzite cu 5 °C?

732. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi 5 g apă de la 20°C la 30°C?

733. Ce cantitate de căldură este necesară pentru a încălzi o minge de aluminiu cu o greutate de 0,03 kg cu 72 °C?

734. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 15 kg de cupru la 80 °C.

735. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 5 kg de cupru de la 10 °C la 200 °C.

736. Ce cantitate de căldură este necesară pentru a încălzi 0,2 kg de apă de la 15 °C la 20 °C?

737. Apa care cântărește 0,3 kg s-a răcit cu 20 °C. Cu cât se reduce energia internă a apei?

738. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi 0,4 kg de apă la o temperatură de 20 °C la o temperatură de 30 °C?

739. Câtă căldură se consumă pentru a încălzi 2,5 kg de apă cu 20 °C?

740. Câtă căldură a fost eliberată când 250 g de apă s-au răcit de la 90 °C la 40 °C?

741. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi 0,015 litri de apă cu 1 °C?

742. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un iaz cu un volum de 300 m3 cu 10 °C?

743. Câtă căldură trebuie transmisă unui kg de apă pentru a-i ridica temperatura de la 30°C la 40°C?

744. Apa cu un volum de 10 litri s-a răcit de la o temperatură de 100 °C la o temperatură de 40 °C. Câtă căldură se eliberează în acest caz?

745. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 m3 de nisip cu 60 °C.

746. Volum aer 60 mc, capacitate termică specifică 1000 J/kg °C, densitate aer 1,29 kg/m3. Câtă căldură este necesară pentru a o ridica la 22°C?

747. Apa a fost încălzită cu 10 ° C, cheltuind 4,20 103 J de căldură. Determinați cantitatea de apă.

748. Apa cu o greutate de 0,5 kg a raportat 20,95 kJ de căldură. Care a fost temperatura apei dacă temperatura inițială a apei era de 20°C?

749. 8 kg de apă la 10 °C se toarnă într-o cratiță de cupru de 2,5 kg. Câtă căldură este necesară pentru a aduce apa la fiert într-o cratiță?

750. Un litru de apă la o temperatură de 15 ° C se toarnă într-un oală de cupru cu o greutate de 300 g. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi apa din oală cu 85 ° C?

751. Se pune în apă o bucată de granit încălzit de 3 kg. Granitul transferă 12,6 kJ de căldură în apă, răcindu-se cu 10 °C. Care este capacitatea termică specifică a pietrei?

752. S-a adăugat apă fierbinte la 50°C la 5 kg apă la 12°C, obţinându-se un amestec cu o temperatură de 30°C. Câtă apă a fost adăugată?

753. S-a adăugat apă la 20°C la 3 litri de apă la 60°C pentru a obţine apă la 40°C. Câtă apă a fost adăugată?

754. Care va fi temperatura amestecului dacă se amestecă 600 g apă la 80°C cu 200 g apă la 20°C?

755. Un litru de apă la 90°C a fost turnat în apă la 10°C, iar temperatura apei a devenit 60°C. Câtă apă rece era?

756. Stabiliți cât să turnați într-un vas apa fierbinte, încălzit la 60 ° C, dacă vasul conține deja 20 de litri de apă rece la o temperatură de 15 ° C; temperatura amestecului trebuie să fie de 40 °C.

757. Determinați câtă căldură este necesară pentru a încălzi 425 g de apă cu 20 °C.

758. Câte grade se vor încălzi 5 kg de apă dacă apa primește 167,2 kJ?

759. Câtă căldură este necesară pentru a încălzi m grame de apă la o temperatură t1 la o temperatură t2?

760. În calorimetru se toarnă 2 kg apă la o temperatură de 15 °C. La ce temperatură se va încălzi apa calorimetrului dacă se coboară în ea o greutate de alamă de 500 g încălzită la 100 °C? Capacitatea termică specifică a alamei este de 0,37 kJ/(kg °C).

761. Sunt bucăți de cupru, cositor și aluminiu de același volum. Care dintre aceste piese are cea mai mare și care cea mai mică capacitate de căldură?

762. S-au turnat în calorimetru 450 g apă, a cărei temperatură este de 20 °C. Când 200 g de pilitură de fier încălzită la 100°C au fost scufundate în această apă, temperatura apei a devenit 24°C. Determinați capacitatea termică specifică a rumegușului.

763. Un calorimetru de cupru care cântărește 100 g conține 738 g de apă, a cărei temperatură este de 15 °C. 200 g de cupru au fost coborâte în acest calorimetru la o temperatură de 100 °C, după care temperatura calorimetrului a crescut la 17 °C. Care este capacitatea termică specifică a cuprului?

764. O bilă de oțel cântărind 10 g este scoasă din cuptor și coborâtă în apă la o temperatură de 10 °C. Temperatura apei a urcat la 25°C. Care a fost temperatura bilei în cuptor dacă masa de apă este de 50 g? Capacitatea termică specifică a oțelului este de 0,5 kJ/(kg °C).

770. O daltă de oțel cântărind 2 kg a fost încălzită la o temperatură de 800 °C și apoi coborâtă într-un vas care conținea 15 litri de apă la o temperatură de 10 °C. La ce temperatură va fi încălzită apa din vas?

(Indicație. Pentru a rezolva această problemă, este necesar să se creeze o ecuație în care temperatura dorită a apei din vas după coborârea tăietorului este luată ca necunoscută.)

771. Ce temperatură va avea apa dacă amesteci 0,02 kg apă la 15 °C, 0,03 kg apă la 25 °C și 0,01 kg apă la 60 °C?

772. Încălzirea unei clase bine ventilate necesită o cantitate de căldură de 4,19 MJ pe oră. Apa intră în caloriferele de încălzire la 80°C și iese la 72°C. Câtă apă ar trebui să fie furnizată caloriferelor la fiecare oră?

773. Plumbul cântărind 0,1 kg la o temperatură de 100 °C a fost scufundat într-un calorimetru de aluminiu cu o greutate de 0,04 kg care conținea 0,24 kg apă la o temperatură de 15 °C. După aceea, temperatura de 16 °C a fost stabilită în calorimetru. Care este capacitatea termică specifică a plumbului?

Puteți modifica energia internă a gazului din cilindru nu numai lucrând, ci și încălzind gazul (Fig. 43). Dacă pistonul este fix, atunci volumul gazului nu se va schimba, dar temperatura și, prin urmare, energia internă, va crește.
Procesul de transfer de energie de la un corp la altul fără a lucra se numește transfer de căldură sau transfer de căldură.

Energia transferată organismului ca rezultat al transferului de căldură se numește cantitatea de căldură. Cantitatea de căldură se mai numește și energia pe care corpul o eliberează în procesul de transfer de căldură.

Imaginea moleculară a transferului de căldură.În timpul schimbului de căldură la granița dintre corpuri, moleculele care se mișcă încet ale unui corp rece interacționează cu moleculele care se mișcă mai rapid ale unui corp fierbinte. Ca urmare, energiile cinetice ale moleculelor sunt egalizate și vitezele moleculelor unui corp rece cresc, în timp ce cele ale unui corp fierbinte scad.

În timpul schimbului de căldură, nu există o conversie a energiei dintr-o formă în alta: o parte din energia internă a unui corp fierbinte este transferată unui corp rece.

Cantitatea de căldură și capacitatea de căldură. Din cursul de fizică clasa a VII-a se știe că pentru a încălzi un corp cu masa m de la temperatura t 1 la temperatura t 2 este necesar să se informeze despre cantitatea de căldură.

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

Când un corp se răcește, temperatura sa eternă t 2 este mai mică decât t 1 inițial și cantitatea de căldură degajată de corp este negativă.
Coeficientul c din formula (4.5) se numește căldura specifică. Capacitatea termică specifică este cantitatea de căldură pe care 1 kg dintr-o substanță o primește sau o degajă atunci când temperatura acesteia se schimbă cu 1 K.

Capacitatea termică specifică este exprimată în jouli pe kilogram ori kelvin. Corpurile diferite necesită o cantitate diferită de energie pentru a crește temperatura cu 1 K. Astfel, capacitatea termică specifică a apei este de 4190 J/(kg K), iar cea a cuprului este de 380 J/(kg K).

Capacitatea termică specifică depinde nu numai de proprietățile substanței, ci și de procesul prin care are loc transferul de căldură. Dacă încălziți un gaz la presiune constantă, acesta se va extinde și va funcționa. Pentru a încălzi un gaz cu 1°C la presiune constantă, va trebui să transfere mai multă căldură decât să-l încălzească la volum constant.

lichidă şi corpuri solide se extind ușor atunci când sunt încălzite, iar capacitățile lor specifice de căldură la volum constant și presiune constantă diferă puțin.

Căldura specifică de vaporizare. Pentru a transforma un lichid în vapori, trebuie transferată o anumită cantitate de căldură. Temperatura lichidului nu se modifică în timpul acestei transformări. Transformarea lichidului în vapori la o temperatură constantă nu duce la o creștere a energiei cinetice a moleculelor, ci este însoțită de o creștere a energiei potențiale a acestora. La urma urmei, distanța medie dintre moleculele de gaz este de multe ori mai mare decât între moleculele lichide. În plus, o creștere a volumului în timpul tranziției unei substanțe de la starea lichidă la starea gazoasă necesită un lucru împotriva forțelor presiunii externe.

Cantitatea de căldură necesară pentru a transforma 1 kg de lichid în vapori la o temperatură constantă se numește căldură specifică de vaporizare. Această valoare este notată cu litera r și exprimată în jouli pe kilogram.

Căldura specifică de vaporizare a apei este foarte mare: 2.256 · 10 6 J/kg la 100°C. Pentru alte lichide (alcool, eter, mercur, kerosen etc.), căldura specifică de vaporizare este de 3-10 ori mai mică.

Pentru a transforma un lichid cu masa m în vapori este nevoie de o cantitate de căldură egală cu:

Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură

Q k = –rm. (4,7)

Căldura specifică de fuziune. Când un corp cristalin se topește, toată căldura furnizată acestuia duce la creșterea energiei potențiale a moleculelor. Energia cinetică a moleculelor nu se modifică, deoarece topirea are loc la o temperatură constantă.

Cantitatea de căldură λ (lambda) necesară pentru a transforma 1 kg substanță cristalină la punctul de topire într-un lichid de aceeași temperatură se numește căldură specifică de fuziune.

În timpul cristalizării a 1 kg dintr-o substanță, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură. Căldura specifică de topire a gheții este destul de mare: 3,4 10 5 J/kg.

Pentru a topi un corp cristalin de masa m, este necesară o cantitate de căldură egală cu:

Qpl \u003d λm. (4,8)

Cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării corpului este egală cu:

Q cr = - λm. (4,9)

1. Cum se numește cantitatea de căldură? 2. Ce determină capacitatea termică specifică a substanțelor? 3. Ce se numește căldura specifică de vaporizare? 4. Ce se numește căldura specifică de fuziune? 5. În ce cazuri este negativă cantitatea de căldură transferată?

După cum știți, în timpul diferitelor procese mecanice, are loc o schimbare a energiei mecanice. Măsura schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:

În timpul transferului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. Măsura modificării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.

Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne pe care corpul o primește (sau o dă) în procesul de transfer de căldură.

Astfel, atât munca cât și cantitatea de căldură caracterizează schimbarea energiei, dar nu sunt identice cu energia. Ele nu caracterizează starea sistemului în sine, ci determină procesul de tranziție a energiei de la o formă la alta (de la un corp la altul) atunci când starea se schimbă și depind în esență de natura procesului.

Principala diferență dintre muncă și cantitatea de căldură este că munca caracterizează procesul de modificare a energiei interne a sistemului, însoțită de transformarea energiei de la un tip la altul (de la mecanic la intern). Cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai încălzit la mai puțin încălzit), neînsoțit de transformări energetice.

Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp de masă m de la temperatură la temperatură se calculează prin formula

unde c este capacitatea termică specifică a substanței;

Unitatea SI a căldurii specifice este joule pe kilogram-Kelvin (J/(kg K)).

Căldura specifică c este numeric egal cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui corp cu masa de 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 K.

Capacitate termica corpul este numeric egal cu cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura corpului cu 1 K:

Unitatea SI a capacității termice a unui corp este joule pe Kelvin (J/K).

Pentru a transforma un lichid într-un vapor la o temperatură constantă, cantitatea de căldură necesară este

unde L este căldura specifică de vaporizare. Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Pentru a topi un corp cristalin de masă m la punctul de topire, este necesar să se informeze corpul despre cantitatea de căldură

unde este căldura specifică de fuziune. În timpul cristalizării unui corp, se eliberează aceeași cantitate de căldură.

Cantitatea de căldură care este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului de masa m,

unde q este căldura specifică de ardere.

Unitatea SI a căldurilor specifice de vaporizare, topire și ardere este joule pe kilogram (J/kg).

Ce se încălzește mai repede pe aragaz - un ceainic sau o găleată cu apă? Răspunsul este evident - un ibric. Atunci a doua întrebare este de ce?

Răspunsul nu este mai puțin evident - deoarece masa de apă din ibric este mai mică. Excelent. Și acum poți face cea mai reală experiență fizică chiar tu acasă. Pentru a face acest lucru, veți avea nevoie de două cratițe mici identice, o cantitate egală de apă și ulei vegetal, de exemplu, o jumătate de litru fiecare și un aragaz. Puneți oale cu ulei și apă pe același foc. Și acum uitați-vă doar ce se va încălzi mai repede. Dacă există un termometru pentru lichide, îl poți folosi, dacă nu, poți doar să încerci din când în când temperatura cu degetul, doar ai grijă să nu te arzi. În orice caz, vei vedea în curând că uleiul se încălzește mult mai repede decât apa. Și încă o întrebare, care poate fi implementată și sub formă de experiență. Care fierbe mai repede - apa calda sau rece? Totul este din nou evident - cel cald va fi primul care va termina. De ce toate aceste întrebări și experimente ciudate? Pentru a defini cantitate fizica, numită „cantitatea de căldură”.

Cantitatea de căldură

Cantitatea de căldură este energia pe care corpul o pierde sau o câștigă în timpul transferului de căldură. Acest lucru este clar din nume. La răcire, corpul va pierde o anumită cantitate de căldură, iar atunci când este încălzit, va absorbi. Și răspunsurile la întrebările noastre ne-au arătat de ce depinde cantitatea de caldura?În primul rând, cu cât masa corpului este mai mare, cu atât este mai mare cantitatea de căldură care trebuie consumată pentru a-și schimba temperatura cu un grad. În al doilea rând, cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp depinde de substanța din care este compus, adică de felul de substanță. Și în al treilea rând, diferența de temperatură a corpului înainte și după transferul de căldură este, de asemenea, importantă pentru calculele noastre. Pe baza celor de mai sus, putem determinați cantitatea de căldură cu formula:

unde Q este cantitatea de căldură,
m - greutatea corporală,
(t_2-t_1) - diferența dintre temperatura inițială și cea finală a corpului,
c - capacitatea termică specifică a substanței, se regăsește din tabelele aferente.

Folosind această formulă, puteți calcula cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi orice corp sau pe care acest corp o va elibera atunci când se răcește.

Cantitatea de căldură se măsoară în jouli (1 J), ca orice altă formă de energie. Cu toate acestea, această valoare a fost introdusă nu cu mult timp în urmă, iar oamenii au început să măsoare cantitatea de căldură mult mai devreme. Și au folosit o unitate care este utilizată pe scară largă în vremea noastră - o calorie (1 cal). 1 calorie este cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura a 1 gram de apă cu 1 grad Celsius. Ghidați de aceste date, iubitorii numărării caloriilor din alimentele pe care le consumă pot, de dragul interesului, să calculeze câți litri de apă pot fi fierți cu energia pe care o consumă cu alimente în timpul zilei.