Формула кількості теплоти під час охолодження. Розрахунок кількості теплоти необхідної для нагрівання тіла і виділеного ним при охолодженні - Гіпермаркет знань

721. Чому для охолодження деяких механізмів використовують воду?
Вода має велику питому теплоємність, що сприяє хорошому відводу тепла від механізму.

722. У якому разі потрібно витратити більше енергії: для нагрівання на 1 °С одного літра води або для нагрівання на 1 °С ста грамів води?
Для нагрівання літра води, оскільки чим більша маса, тим більше потрібно витратити енергію.

723. Мельхіорову та срібну виделки однакової маси опустили у гарячу воду. Чи однакову кількість теплоти вони отримають води?
Мельхіорова вилка отримає більше теплоти, тому що питома теплоємність мельхіору більша, ніж срібла.

724. По шматку свинцю та по шматку чавуну однакової маси тричі вдарили кувалдою. Який шматок сильніше нагрівся?
Свинець нагріється сильніше, тому що його питома теплоємність менша, ніж чавуну, і для нагрівання свинцю потрібно менше енергії.

725. В одній колбі знаходиться вода, в іншій – гас тієї ж маси та температури. У кожну колбу кинули однаково нагрітому залізному кубику. Що нагріється до вищої температури – вода чи гас?
Гас.

726. Чому в містах на березі моря коливання температури взимку та влітку менш різкі, ніж у містах, розташованих у глибині материка?
Вода нагрівається і остигає повільніше, ніж повітря. Взимку вона остигає і рухає теплі маси повітря на сушу, роблячи клімат на березі теплішим.

727. Питома теплоємність алюмінію дорівнює 920 Дж/кг °З. Що це означає?
Це означає, що для нагрівання 1 кг алюмінію на 1 ° С необхідно витратити 920 Дж.

728. Алюмінієвий та мідний бруски однакової маси 1 кг охолоджують на 1 °С. Наскільки зміниться внутрішня енергія кожного бруска? Якого бруска вона зміниться більше і скільки?

729. Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання кілограмової залізної заготовки на 45 °С?

730. Яку кількість теплоти потрібно, щоб нагріти 0,25 кг води з 30 до 50 °С?

731. Як зміниться внутрішня енергія двох літрів води під час нагрівання на 5 °С?

732. Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання 5 г води від 20 до 30 °С?

733. Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання алюмінієвої кульки масою 0,03 кг на 72 °С?

734. Розрахуйте кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 15 кг міді на 80 °С.

735. Розрахуйте кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 5 кг міді від 10 °С до 200 °С.

736. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання 0,2 кг води від 15 до 20 °С?

737. Вода масою 0,3 кг захолола на 20 °С. Наскільки зменшилась внутрішня енергія води?

738. Яка кількість теплоти потрібна, щоб 0,4 кг води при температурі 20 °С нагріти до температури 30 °С?

739. Яка кількість теплоти витрачено на нагрівання 2,5 кг води на 20 °С?

740. Яка кількість теплоти виділилася при охолодженні 250 г води від 90 до 40 °С?

741. Яка кількість теплоти буде потрібна для того, щоб 0,015 л води нагріти на 1 °С?

742. Розрахуйте кількість теплоти, яка потрібна, щоб нагріти ставок об'ємом 300 м3 на 10 °С?

743. Яку кількість теплоти потрібно повідомити 1 кг води, щоб підвищити її температуру від 30 до 40 °С?

744. Вода об'ємом 10 л охолола від температури 100 °С до температури 40 °С. Яка кількість теплоти виділилася у своїй?

745. Розрахуйте кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 м3 піску на 60 °С.

746. Об'єм повітря 60 м3, питома теплоємність 1000 Дж/кг °С, щільність повітря 1,29 кг/м3. Яка кількість теплоти необхідна, щоб нагріти її на 22 °С?

747. Воду нагріли на 10 ° С, витративши 4,20 103 Дж теплоти. Визначте кількість води.

748. Воді масою 0,5 кг повідомили 20,95 кДж теплоти. Якою стала температура води, якщо початкова температура води становила 20 °С?

749. У мідну каструлю масою 2,5 кг налито 8 кг води за 10 °С. Яка кількість теплоти потрібна, щоб воду в каструлі нагріти до кипіння?

750. Літр води при температурі 15 °С налитий у мідний ковшок масою 300 г. Яка кількість теплоти необхідна, щоб нагріти воду в ковшику на 85 °С?

751. Шматок нагрітого граніту масою 3 кг поміщають у воду. Граніт передає воді 12,6 кдж теплоти, охолоджуючись на 10 °С. Яка питома теплоємність каменю?

752. До 5 кг води за 12 °С долили гарячу воду при 50 °С, отримавши суміш температурою 30 °С. Скільки води долили?

753. У 3 л води за 60 °С долили воду за 20 °С, отримавши воду за 40 °С. Скільки води долили?

754. Якою буде температура суміші, якщо змішати 600 г води при 80 °З 200 г води при 20 °С?

755. Літр води за 90 °С влили у воду за 10 °С, причому температура води стала 60 °С. Скільки було холодної води?

756. Визначте, скільки треба налити в посуд гарячої води, нагрітої до 60 °С, якщо в посудині вже знаходиться 20 л холодної води при температурі 15 °С; температура суміші має бути 40 °С.

757. Визначте, скільки теплоти потрібно для нагрівання 425 г води на 20 °С.

758. На скільки градусів нагріються 5 кг води, якщо вода отримає 167,2 кДж?

759. Скільки потрібно тепла, щоб m грам води при температурі t1, нагріти до температури t2?

760. У калориметр налито 2 кг води за температури 15 °С. До якої температури нагріється вода калориметра, якщо опустити в неї латунну гирю в 500 г, нагріту до 100 °С? Питома теплоємність латуні 0,37 кДж/(кг °З).

761. Є однакового обсягу шматки міді, олова та алюмінію. Який з цих шматків має найбільшу і яку найменшу теплоємність?

762. У калориметрі було налито 450 г води, температура якої 20 °С. Коли в цю воду занурили 200 г залізної тирси, нагрітої до 100 °С, температура води стала 24 °С. Визначте питому теплоємність тирси.

763. Мідний калориметр вагою 100 г містить 738 г води, температура якої 15 °С. У цей калориметр опустили 200 г міді за нормальної температури 100 °З, після чого температура калориметра піднялася до 17 °З. Яка питома теплоємність міді?

764. Сталеву кульку масою 10 г вийняти з печі і опущену у воду з температурою 10 °С. Температура води зросла до 25 °С. Якою була температура кульки в печі, якщо маса води 50 г? Питома теплоємність сталі 0,5 кДж/(кг °З).

770. Сталевий різець масою 2 кг був нагрітий до температури 800 °С і потім опущений у посудину, що містить 15 л води при температурі 10 °С. До якої температури нагріється вода у посудині?

(Вказівка. Для вирішення цього завдання необхідно скласти рівняння, в якому за невідоме прийняти температуру води, що шукається, у посудині після опускання різця.)

771. Якої температури вийде вода, якщо змішати 0,02 кг води за 15 °С, 0,03 кг води за 25 °С та 0,01 кг води за 60 °С?

772. Для опалення добре вентильованого класу потрібна кількість теплоти 4,19 МДж на годину. Вода надходить у радіатори опалення при 80 °С, а виходить із них при 72 °С. Скільки води потрібно подавати щогодини до радіаторів?

773. Свинець масою 0,1 кг при температурі 100 °З занурили в алюмінієвий калориметр масою 0,04 кг, що містить 0,24 кг води за температури 15 °С. Після цього в калориметрі встановилася температура 16 °С. Яка питома теплоємність свинцю?

Теплоємність- Це кількість теплоти, що поглинається тілом при нагріванні на 1 градус.

Теплоємність тіла позначається великою латинською літерою З.

Від чого залежить теплоємність тіла? Насамперед, від його маси. Зрозуміло, що для нагрівання, наприклад, 1 кілограм води потрібно більше тепла, ніж для нагрівання 200 грамів.

А від роду речовини? Зробимо досвід. Візьмемо дві однакові судини і, наливши в одну з них воду масою 400 г, а в іншій - рослинне масло масою 400 г, почнемо їх нагрівати за допомогою однакових пальників. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що олія нагрівається швидке. Щоб нагріти воду та олію до однієї і тієї ж температури, воду слід нагрівати довше. Але чим довше ми нагріваємо воду, тим більше теплоти вона отримує від пальника.

Таким чином, для нагрівання однієї і тієї ж маси різних речовин до однакової температури потрібна різна кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла і, отже, його теплоємність залежить від роду речовини, з якого складається це тіло.

Так, наприклад, щоб збільшити на 1°С температуру води масою 1 кг, потрібна кількість теплоти, що дорівнює 4200 Дж.

Фізична величина, що показує, скільки теплоти потрібно для нагрівання 1 кг речовини на 1 ºС, називається питомою теплоємністюцієї речовини.

У кожної речовини своя питома теплоємність, яка позначається латинською літерою с і вимірюється в джоулях на кілограм-градус (Дж/(кг · ° С)).

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/(кг · ºС), а питома теплоємність льоду 2100 Дж/(кг · °С); алюміній у твердому стані має питому теплоємність, що дорівнює 920 Дж/(кг - °С), а в рідкому - 1080 Дж/(кг - °С).

Зауважимо, що вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях та океанах, нагріваючись улітку, поглинає з повітря велику кількість тепла. Завдяки цьому в тих місцях, які розташовані поблизу великих водойм, літо не буває таким спекотним, як у місцях віддалених від води.

Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

З вищевикладеного ясно, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якого складається тіло (тобто його питомої теплоємності), і зажадав від маси тіла. Зрозуміло також, що кількість теплоти залежить від того, скільки градусів ми збираємося збільшити температуру тіла.

Отже, щоб визначити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні, потрібно питому теплоємність тіла помножити на його масу і на різницю між кінцевою і початковою температурами:

Q= cm (t 2 -t 1),

де Q- кількість теплоти, c- питома теплоємність, m- маса тіла, t 1- Початкова температура, t 2- Кінцева температура.

При нагріванні тіла t 2> t 1і, отже, Q >0 . При охолодженні тіла t 2і< t 1і, отже, Q< 0 .

Якщо відома теплоємність всього тіла З, Qвизначається за формулою: Q = C (t 2 - t 1).

22) Плавання: визначення, розрахунок кількості теплоти на плавлення чи затвердіння, питома теплота плавлення, графік залежності t 0 (Q).

Термодинаміка

Розділ молекулярної фізики, що вивчає передачу енергії, закономірності перетворення одних видів енергії на інші. На відміну від молекулярно-кінетичної теорії, в термодинаміці не враховується внутрішня будова речовин та мікропараметри.

Термодинамічна система

Це сукупність тіл, які обмінюються енергією (у формі роботи або теплоти) один з одним або навколишнім середовищем. Наприклад, вода в чайнику остигає, відбувається обмін теплотою води з чайником та чайника з навколишнім середовищем. Циліндр з газом під поршнем: поршень виконує роботу, внаслідок чого газ отримує енергію, і змінюються його макропараметри.

Кількість теплоти

Це енергія, що отримує або віддає система в процесі теплообміну. Позначається символом Q, вимірюється, як і будь-яка енергія, в Джоулях.

Внаслідок різних процесів теплообміну енергія, що передається, визначається по-своєму.

Нагрівання та охолодження

Цей процес характеризується зміною температури системи. Кількість теплоти визначається за формулою

Питома теплоємність речовини звимірюється кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці масицієї речовини на 1К. Для нагрівання 1 кг скла або 1 кг води потрібна різна кількість енергії. Питома теплоємність - відома, вже обчислена всім речовин величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Теплоємність речовини С- це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла без урахування його маси на 1К.

Плавлення та кристалізація

Плавлення - перехід речовини з твердого стану рідке. Зворотний перехід називається кристалізацією.

Енергія, що витрачається на руйнування кристалічних ґрат речовини, визначається за формулою

Питома теплота плавлення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Пароутворення (випар або кипіння) та конденсація

Пароутворення - це перехід речовини з рідкого (твердого) стану газоподібне. Зворотний процес називається конденсацією.

Питома теплота пароутворення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Горіння

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні речовини

Питома теплота згоряння відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Для замкнутої та адіабатично ізольованої системи тіл виконується рівняння теплового балансу. Алгебраїчна сума кількостей теплоти, відданих та отриманих усіма тілами, що беруть участь у теплообміні, дорівнює нулю:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Будова рідин. Поверхневий шар. Сила поверхневого натягу: приклади прояву, розрахунок, коефіцієнт поверхневого натягу.

Іноді будь-яка молекула може переміститися у сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Через сильну взаємодію між близько розташованими молекулами вони можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, що містять декілька молекул. Це явище називається ближнім порядком(Рис. 3.5.1).

Коефіцієнт β називають температурним коефіцієнтом об'ємного розширення . Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 °С ? - 1 .

Теплове розширення води має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. За температури нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

При замерзанні вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючої водойми. Температура води, що замерзає, під льодом дорівнює 0 °С. У більш щільних шарах води біля дна водоймища температура виявляється близько 4 °С. Завдяки цьому життя може існувати у воді водойм, що замерзають.

Найбільш цікавою особливістю рідин є наявність вільної поверхні . Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною і газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовах у порівнянні з рештою маси рідини. . Якщо молекула переміститься із поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії зроблять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу Δ Aзовніш, пропорційну зміні Δ Sплощі поверхні:

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу .

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежатьвід площі поверхні рідини.

Деякі рідини, як, наприклад, мильна вода, мають здатність утворювати тонкі плівки. Всім добре відомі мильні бульбашки мають правильну сферичну форму - у цьому також проявляється дія сил поверхневого натягу. Якщо мильний розчин опустити дротяну рамку, одна зі сторін якої рухома, то вся вона затягнеться плівкою рідини (рис. 3.5.3).

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Для рівноваги рухомої сторони рамки до неї потрібно докласти зовнішню силу. Якщо під дією сили поперечина переміститься на Δ x, то буде проведена робота Δ Aвн = Fвн Δ x = Δ E p = σΔ S, де Δ S = 2LΔ x- Збільшення площі поверхні обох сторін мильної плівки. Оскільки модулі сил і однакові, можна записати:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу σ може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Через дію сил поверхневого натягу в краплях рідини та всередині мильних бульбашок виникає надлишковий тиск Δ p. Якщо подумки розрізати сферичну краплю радіусу Rна дві половинки, кожна з них повинна перебувати в рівновазі під дією сил поверхневого натягу, прикладених до межі розрізу довжиною 2π Rі сил надлишкового тиску, що діють на площу R 2 перерізи (рис. 3.5.4). Умова рівноваги записується як

Якщо ці сили більші за сили взаємодії між молекулами самої рідини, то рідина змочуєПоверхня твердого тіла. У цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутом θ, характерним для цієї пари рідина – тверде тіло. Кут θ називається крайовим кутом . Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їхньої взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут θ виявляється тупим (рис. 3.5.5). У цьому випадку кажуть, що рідина не змочуєПоверхня твердого тіла. При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180 °.

Капілярними явищаминазивають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються.

На рис. 3.5.6 зображено капілярну трубку деякого радіусу r, опущена нижнім кінцем у змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкрито. Підйом рідини в капілярі триває до тих пір, поки сила тяжіння, що діє на стовп рідини в капілярі, не стане рівною по модулю результуючої. Fн сил поверхневого натягу, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: Fт = Fн, де Fт = mg = ρ hπ r 2 g, Fн = σ2π r cos θ.

Звідси випливає:

При повному незмочуванні θ = 180 °, cos θ = -1 і, отже, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода майже повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті у скляному капілярі опускається нижче рівня судини.

24) Пароутворення: визначення, види (випаровування, кипіння), розрахунок кількості теплоти на пароутворення та конденсацію, питома теплота пароутворення.

Випаровування та конденсація. Пояснення явища випаровування на основі уявлень про молекулярну будову речовини. Питома теплота пароутворення. Її одиниці.

Явище перетворення рідини на пару називається пароутворенням.

Випаровування -процес пароутворення, що відбувається з відкритої поверхні.

Молекули рідини рухаються із різними швидкостями. Якщо якась молекула опиниться біля поверхні рідини, вона може подолати тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини. молекули, Що Вилетіли, утворюють пару. У молекул рідини, що залишилися, при зіткненні змінюються швидкості. Деякі молекули при цьому набувають швидкості, достатньої для того, щоб вилетіти з рідини. Цей процес продовжується, тому рідини випаровуються повільно.

*Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Швидше випаровуються ті рідини, у яких молекул притягуються з меншою силою.

*Випар може відбуватися за будь-якої температури. Але при високих температурах випаровування відбувається швидше .

*Швидкість випаровування залежить від площі її поверхні.

*При вітрі (потоку повітря) випаровування відбувається швидше.

При випаровуванні внутрішня енергія зменшується, т.к. при випаровуванні рідина залишають швидкі молекули, отже, середня швидкість інших молекул зменшується. Значить, якщо немає припливу енергії ззовні, то температура рідини зменшується.

Явище перетворення пари на рідину називається конденсацією. Вона супроводжується виділенням енергії.

Конденсацією пари пояснюється утворення хмар. Пари води, що піднімаються над землею, утворюють у верхніх холодних шарах повітря хмари, які складаються з найдрібніших крапель води.

Питома теплота пароутворення - Фіз. величина, що показує яку кількість теплоти необхідно, щоб звернути рідину масою 1 кг у пару без зміни температури.

Уд. теплоту пароутворення позначають буквою L і вимірюється Дж/кг

Уд. теплоту пароутворення води: L=2,3×10 6 Дж/кг, спирт L=0,9×10 6

Кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару: Q = Lm

План-конспект

відкритого уроку фізики у 8 «Е» класі

МОУ гімназії №77 р. о. Тольятті

вчителі фізики

Іванової Марії Костянтинівни

Тема урока:

Розв'язання задач на розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

Дата проведення:

Мета уроку:

відпрацювати практичні навички розрахунку кількості теплоти, необхідної для нагрівання та виділеного при охолодженні;

розвивати навички рахунку, удосконалювати логічні вміння під час аналізу сюжету завдань, розв'язання якісних і розрахункових завдань;

виховувати вміння працювати в парах, поважати думку опонента та відстоювати свою точку зору, дотримуватися акуратності при оформленні завдань з фізики.

Обладнання уроку:

комп'ютер, проектор, презентація на тему (Додаток №1), матеріали єдиної колекції цифрових освітніх ресурсів.

Тип уроку:

розв'язання задач.

«Посуньте палець у полум'я від сірника, і ви відчуєте відчуття, рівного якому немає ні на небі, ні на землі; проте все, що сталося, є просто наслідок зіткнень молекул».

Дж. Вілер

Хід уроку:

Організаційний момент

Привітання учнів.

Перевірка учнів, що відсутні.

Повідомлення теми та цілей уроку.

Перевірка домашнього завдання.

1.Фронтальне опитування

Що називається питомою теплоємністю речовини? (Слайд №1)

Що є одиницею питомої теплоємності речовини?

Чому водоймища замерзають повільно? Чому з річок і особливо озер довго не сходить лід, хоча давно тепла погода?

Чому на Чорноморському узбережжі Кавказу навіть узимку досить тепло?

Чому багато металів остигають значно швидше за воду? (Слайд №2)

2. Індивідуальне опитування (картки з різнорівневими завданнями для кількох учнів)

Вивчення нової теми

1. Повторення поняття кількості теплоти.

Кількість теплоти- кількісний захід зміни внутрішньої енергії при теплообміні.

Кількість теплоти, що поглинається тілом, прийнято вважати позитивним, а виділяється негативним. Вираз «тіло має деяку кількість теплоти» або «в тілі міститься (запасено) якусь кількість теплоти» не має сенсу. Кількість теплоти можна отримати або віддати в якомусь процесі, але володіти ним не можна.

При теплообміні на кордоні між тілами відбувається взаємодія повільно рухомих молекул холодного тіла з молекулами гарячого тіла, що швидко рухаються. В результаті кінетичні енергії молекул вирівнюються та швидкості молекул холодного тіла збільшуються, а гарячого зменшуються.

При теплообміні немає перетворення енергії з однієї форми на іншу, частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному тілу.

2. Формула кількості теплоти.

Виведемо робочу формулу, щоб вирішувати завдання щодо розрахунку кількості теплоти: Q = cm ( t 2 - t 1 ) - запис на дошці та у зошитах.

З'ясовуємо, що кількість теплоти, віддана або отримана тілом, залежить від початкової температури тіла, його маси та від його питомої теплоємності.

Насправді часто користуються тепловими розрахунками. Наприклад, при будівництві будівель необхідно враховувати, скільки теплоти повинна віддавати будівлі вся система опалення. Слід також знати, скільки теплоти йтиме у навколишній простір через вікна, стіни, двері.

3 . Залежність кількості теплоти від різних величин . (Слайди №3, №4, №5, №6)

4 . Питома теплоємність (Слайд №7)

5. Одиниці вимірювання кількості теплоти (Слайд №8)

6. Приклад розв'язання задачі на розрахунок кількості теплоти (Слайд №10)

7. Розв'язання задач на розрахунок кількості теплоти на дошці та у зошитах

З'ясовуємо також, що якщо між тілами відбувається теплообмін, то внутрішня енергія всіх тіл, що нагріваються, збільшується на стільки, на скільки зменшується внутрішня енергія остигаючих тіл. Для цього використовуємо приклад вирішеної задачі § 9 підручника.

Динамічна пауза.

IV. Закріплення дослідженого матеріалу.

1. Запитання для самоконтролю (Слайд №9)

2. Вирішення якісних завдань:

Чому в пустелях удень спекотно, а вночі температура падає нижче 0°С? (Пісок має малу питому теплоємність, тому швидко нагрівається і охолоджується.)

По шматку свинцю та шматку стали, тієї ж маси вдарили молотком однакове число разів. Який шматок нагрівся більше? Чому? (Шматок свинцю нагрівся більше, тому що питома теплоємність свинцю менше.

Чому залізні печі швидше нагрівають кімнату, ніж цегляну, але не так довго залишаються теплими? (Питома теплоємність міді менша, ніж у цегли.)

Мідній та сталевій гиркам однакової маси передали рівні кількості теплоти. У якої гирки температура сильніше зміниться? (У мідної, т.к. питома теплоємність міді менше.)

На що витрачається більше енергії: на нагрівання води чи нагрівання алюмінієвої каструлі, якщо їх маси однакові? (На нагрівання води, тому що питома теплоємність води велика.)

Як відомо, залізо має більшу питому теплоємність, ніж мідь. Отже, жало пальника, виготовлене із заліза, мало б більший запас внутрішньої енергії, ніж таке ж жало з міді, при рівності їх мас і температур. Чому, незважаючи на це, жало паяльника роблять із міді? (Мідь має велику теплопровідність.)

Відомо, що теплопровідність металу значно більша за теплопровідність скла. Чому ж тоді калориметри роблять із металу, а не зі скла? (Метал має велику теплопровідність і малу питому теплоємність, завдяки цьому температура всередині калориметра швидко вирівнюється, а на нагрівання його витрачається мало тепла. Крім того, випромінювання металу значно менше випромінювання скла, що зменшує втрати тепла.

Відомо, що пухкий сніг добре оберігає грунт від промерзання, тому що в ньому міститься багато повітря, яке є поганим провідником тепла. Але ж і до ґрунту, не вкритого снігом, прилягають шари повітря. Чому ж у такому разі вона сильно не промерзає? (Повітря, стикаючись з непокритим снігом ґрунтом, весь час перебуває в русі, перемішується. Це повітря, що рухається, віднімає від землі тепло і посилює випаровування з неї вологи. Повітря ж, що знаходиться між частинками снігу, малорухливе і, як поганий провідник тепла, оберігає землю від промерзання.)

3. Розв'язання розрахункових завдань

Перші дві задачі вирішуються високомотивованими учнями біля дошки з колективним обговоренням. Знаходимо правильні підходи у міркуваннях та оформленні вирішення завдань.

Завдання №1.

При нагріванні шматка міді від 20 ° С до 170 ° С було витрачено 140 000 Дж тепла. Визначити масу міді.

Завдання №2

Чому дорівнює питома теплоємність рідини, якщо для нагрівання 2 л її на 20°С знадобилося 150000 Дж. Щільність рідини 1,5 г/см³

Відповіді такі завдання учні знаходять у парах:

Завдання №3.

Дві мідні кулі масами m oта 4m oнагрівають так, що обидві кулі отримують однакову кількість теплоти. При цьому велика куля нагрілася на 5°C. Наскільки нагрілася куля меншої маси?

Завдання №4.

Яка кількість теплоти виділяється при охолодженні 4 м³ льоду від 10°C до – 40°C?

Завдання №5.

В якому випадку потрібно для нагрівання двох речовин більшу кількість теплоти, якщо нагрівання двох речовин дорівнює ∆ t 1 = ∆t 2 Перша речовина - цегла маси 2 кг і с =880Дж/кг ∙ °C, і латунь - маса 2 кг і с = 400 Дж/кг ∙ °C

Завдання №6.

Сталевий брусок маси 4 кг нагріли. При цьому було витрачено 200 000 Дж тепла. Визначте кінцеву температуру тіла, якщо початкова температура дорівнює t 0 = 10°C

При самостійному розв'язанні завдань в учнів це природно виникають питання. Часті питання розбираємо колективно. На ті питання, які мають приватний характер, даються індивідуальні відповіді.

Рефлексія. Виставлення відміток.

Вчитель: Отже, хлопці, чого ви сьогодні навчилися на уроці і що впізнали нового?

Зразкові відповіді учнів :

Відпрацювали навички розв'язання якісних і розрахункових завдань на тему «Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла та виділення при охолодженні».

Переконалися практично у тому, як перегукуються і пов'язані такі предмети як фізика і математика.

Завдання додому:

Розв'язати задачі № 1024, 1025 зі збірки завдань В.І. Лукашика, Є. В. Іванової.

Самостійно придумати завдання на розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

Внутрішню енергію термодинамічної системи можна змінити двома способами:

здійснюючи над системою роботу,
за допомогою теплової взаємодії.

Передача тепла тілу не пов'язана із здійсненням над тілом макроскопічної роботи. У цьому випадку зміна внутрішньої енергії викликана тим, що окремі молекули тіла з більшою температурою виконують роботу над деякими молекулами тіла, що має меншу температуру. І тут теплове взаємодія реалізується з допомогою теплопровідності. Передача енергії також можлива за допомогою випромінювання. Система мікроскопічних процесів (що відносяться не до всього тіла, а до окремих молекул) називається теплопередачею. Кількість енергії, що передається від одного тіла до іншого в результаті теплопередачі, визначається кількістю теплоти, яка віддана від одного тіла іншому.

Визначення

Теплотоюназивають енергію, яка виходить (або віддається) тілом у процесі теплообміну з оточуючими тілами (середовищем). Позначається теплота, як правило, буквою Q.

Це одна з основних величин у термодинаміці. Теплота включена в математичні вирази першого та другого початків термодинаміки. Говорять, що теплота – це енергія у формі молекулярного руху.

Теплота може повідомлятися системі (тілу), а може забиратися від неї. Вважають, що й тепло повідомляється системі, воно позитивно.

Формула розрахунку теплоти при зміні температури

Елементарну кількість теплоти позначимо як. Звернемо увагу, що елемент тепла, яке отримує (віддає) система при малій зміні її стану, не є повним диференціалом. Причина цього у тому, що теплота є функцією процесу зміни стану системи.

Елементарна кількість тепла, яку повідомляє система, і температура при цьому змінюється від Tдо T+dT, дорівнює:

де C – теплоємність тіла. Якщо тіло однорідне, то формулу (1) для кількості теплоти можна представити як:

де - Питома теплоємність тіла, m - маса тіла, - Молярна теплоємність, - Молярна маса речовини, - Число молей речовини.

Якщо тіло однорідне, а теплоємність вважають незалежною від температури, то кількість теплоти (), яке отримує тіло зі збільшенням його температури на величину, можна обчислити як:

де t 2 , t 1 температури тіла до нагрівання та після. Зверніть увагу, що температури при знаходженні різниці в розрахунках можна підставляти як у градусах Цельсія, так і в кельвінах.

Формула кількості теплоти при фазових переходах

Перехід від однієї фази речовини в іншу супроводжується поглинанням або виділенням деякої кількості теплоти, яка зветься теплоти фазового переходу.

Так, для переведення елемента речовини зі стану твердого тіла в рідину йому слід повідомити кількість теплоти (), що дорівнює:

де - Питома теплота плавлення, dm - елемент маси тіла. При цьому слід врахувати, що тіло повинно мати температуру, що дорівнює температурі плавлення речовини, що розглядається. При кристалізації відбувається виділення рівного тепла (4).

Кількість теплоти (теплота випаровування), яка необхідна для переведення рідини в пару, можна знайти як:

де r - Питома теплота випаровування. При конденсації пари теплота виділяється. Теплота випаровування дорівнює теплоті конденсації однакових мас речовини.

Одиниці вимірювання кількості теплоти

Основною одиницею вимірювання кількості теплоти у системі СІ є: [Q]=Дж

Позасистемна одиниця теплоти, що часто зустрічається у технічних розрахунках. [Q] = кал (калорія). 1 кал = 4,1868 Дж.

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання.Які обсяги води слід змішати, щоб отримати 200 л води за температури t=40С, якщо температура однієї маси води t 1 =10С, другої маси води t 2 =60С?

Рішення.Запишемо рівняння теплового балансу у вигляді:

де Q=cmt – кількість теплоти, приготовленої після змішування води; Q 1 =cm 1 t 1 - кількість теплоти частини води температурою t 1 і масою m 1; Q 2 =cm 2 t 2 - кількість теплоти частини води температурою t 2 та масою m 2 .

З рівняння (1.1) випливає:

При об'єднанні холодної (V 1) та гарячої (V 2) частин води в єдиний об'єм (V) можна прийняти те, що:

Так, ми отримуємо систему рівнянь:

Вирішивши її отримаємо:

1. Зміна внутрішньої енергії шляхом роботи характеризується величиною роботи, тобто. робота є мірою зміни внутрішньої енергії у цьому процесі. Зміна внутрішньої енергії тіла при теплопередачі характеризується величиною, яка називається кількістю теплоти.

Кількість теплоти називається зміна внутрішньої енергії тіла в процесі теплопередачі без виконання роботи.

Кількість теплоти позначають буквою (Q). Оскільки кількість теплоти є мірою зміни внутрішньої енергії, його одиницею є джоуль (1 Дж).

При передачі тілу деякої кількості теплоти без роботи його внутрішня енергія збільшується, якщо тіло віддає певну кількість теплоти, його внутрішня енергія зменшується.

2. Якщо в дві однакові судини налити в один 100 г води, а в іншій 400 г при одній і тій же температурі і поставити їх на однакові пальники, то раніше закипить вода в першій посудині. Таким чином, що більша маса тіла, то більша кількість теплоти потрібна йому для нагрівання. Те саме і з охолодженням: тіло більшої маси при охолодженні віддає більшу кількість теплоти. Ці тіла зроблені з однієї і тієї ж речовини і нагріваються вони або охолоджуються на те саме число градусів.

3. Якщо тепер нагрівати 100 р води від 30 до 60 °З, тобто. на 30 °С, та був до 100 °З, тобто. на 70 °С, то в першому випадку на нагрівання піде менше часу, ніж у другому, і, відповідно, на нагрівання води на 30 °С, буде витрачено менше теплоти, ніж на нагрівання води на 70 °С. Таким чином, кількість теплоти прямо пропорційно різниці кінцевої ((t_2\,^\circ C) \) і початкової \((t_1\,^\circ C) \) температур: (Q\sim(t_2- t_1) \) .

4. Якщо тепер в один посуд налити 100 г води, а в інший такий самий посуд налити трохи води і покласти в неї таке металеве тіло, щоб його маса і маса води становили 100 г, і нагрівати судини на однакових плитках, то можна помітити, що в посудині, в якій знаходиться тільки вода, температура буде нижчою, ніж у тій, у якій знаходяться вода та металеве тіло. Отже, щоб температура вмісту в обох судинах була однаковою, потрібно воді передати більшу кількість теплоти, ніж воді та металевому тілу. Таким чином, кількість теплоти, необхідне для нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якої це тіло зроблено.

5. Залежність кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла, від роду речовини характеризується фізичною величиною, яка називається питомою теплоємністю речовини.

Фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини для нагрівання його на 1 ° С (або на 1 К), називається питомою теплоємністю речовини.

Таку кількість теплоти 1 кг речовини віддає при охолодженні на 1 °С.

Питома теплоємність позначається буквою (c). Одиницею питомої теплоємності є 1 Дж/кг °З чи 1 Дж/кг До.

Значення питомої теплоємності речовин визначають експериментально. Рідини мають більшу питому теплоємність, ніж метали; найбільшу питому теплоємність має вода, дуже маленьку питому теплоємність має золото.

Питома теплоємність свинцю 140 Дж/кг. Це означає, що для нагрівання 1 кг свинцю на 1 °С необхідно витратити кількість теплоти 140 Дж. Така сама кількість теплоти виділиться при охолодженні 1 кг води на 1 °С.

Оскільки кількість теплоти дорівнює зміні внутрішньої енергії тіла, можна сказати, що питома теплоємність показує, наскільки змінюється внутрішня енергія 1 кг речовини за зміни її температури на 1 °З. Зокрема, внутрішня енергія 1 кг свинцю при нагріванні на 1 °С збільшується на 140 Дж, а при охолодженні зменшується на 140 Дж.

Кількість теплоти \(Q \) , необхідне для нагрівання тіла масою \(m \) від температури \((t_1\,^\circ C) \) до температури \((t_2\,^\circ C) \) , дорівнює добутку питомої теплоємності речовини, маси тіла та різниці кінцевої та початкової температур, тобто.

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

По цій же формулі обчислюється і кількість теплоти, яку тіло віддає при охолодженні. Тільки цьому випадку від початкової температури слід відібрати кінцеву, тобто. від більшого значення температури відібрати менше.

6. Приклад розв'язання задачі. У склянку, що містить 200 г води за температури 80 °С, налили 100 г води при температурі 20 °С. Після цього в посудині встановилася температура 60 °С. Яку кількість теплоти одержала холодна вода та віддала гаряча вода?

При розв'язанні задачі необхідно виконувати таку послідовність дій:

записати коротко умову завдання;
перевести значення величин у СІ;
проаналізувати завдання, встановити, які тіла беруть участь у теплообміні, які тіла віддають енергію, а які одержують;
розв'язати завдання у загальному вигляді;
виконати обчислення;
проаналізувати отриману відповідь.

1. Умова задачі.

Дано:
(m_1 \) = 200 г
(m_2 \) = 100 г
(t_1 \) = 80 ° С
(t_2 \) = 20 ° С
? (t \) = 60 ° С
______________

? (Q_1 \) -? ? (Q_2 \) -?
(c_1 \) = 4200 Дж / кг · ° С

2. СІ:? (m_1 \) = 0,2 кг; (m_2 \) = 0,1 кг.

3. Аналіз завдання. У задачі описаний процес теплообміну між гарячою та холодною водою. Гаряча вода віддає кількість теплоти (Q_1) і охолоджується від температури (t_1) до температури (t). Холодна вода отримує кількість теплоти (Q_2) і нагрівається від температури (t_2) до температури (t).

4. Розв'язання задачі у загальному вигляді. Кількість теплоти, віддане гарячою водою, обчислюється за формулою: (Q_1 = c_1m_1 (t_1-t) \).

Кількість теплоти, одержане холодною водою, обчислюється за формулою: (Q_2=c_2m_2(t-t_2)).

5. Обчислення.
(Q_1 \) = 4200 Дж / кг · ° С · 0,2 кг · 20 ° С = 16800 Дж
\(Q_2 \) = 4200 Дж/кг · ° С · 0,1 кг · 40 ° С = 16800 Дж

6. У відповіді отримано, що кількість теплоти, віддана гарячою водою, дорівнює кількості теплоти, отриманої холодною водою. При цьому розглядалася ідеалізована ситуація і не враховувалося, що деяка кількість теплоти пішла на нагрівання склянки, в якій знаходилася вода, та навколишнього повітря. Насправді кількість теплоти, віддане гарячою водою, більше, ніж кількість теплоти, отримане холодною водою.

Частина 1

1. Питома теплоємність срібла 250 Дж/(кг · °С). Що це означає?

1) при охолодженні 1 кг срібла на 250 °С виділяється кількість теплоти 1 Дж
2) при остиганні 250 кг срібла на 1 °С виділяється кількість теплоти 1 Дж
3) при остиганні 250 кг срібла на 1 °С поглинається кількість теплоти 1 Дж
4) при охолодженні 1 кг срібла на 1 °С виділяється кількість теплоти 250 Дж

2. Питома теплоємність цинку 400 Дж/(кг · °С). Це означає, що

1) при нагріванні 1 кг цинку на 400 ° С його внутрішня енергія збільшується на 1 Дж
2) при нагріванні 400 кг цинку на 1 °С його внутрішня енергія збільшується на 1 Дж
3) для нагрівання 400 кг цинку на 1 ° С його необхідно витратити 1 Дж енергії
4) при нагріванні 1 кг цинку на 1 °С його внутрішня енергія збільшується на 400 Дж

3. При передачі твердому тілу масою \(m\) кількості теплоти\(Q\) температура тіла підвищилася на \(\Delta t^\circ \). Який із наведених нижче виразів визначає питому теплоємність речовини цього тіла?

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. На малюнку наведено графік залежності кількості теплоти, необхідної для нагрівання двох тіл (1 та 2) однакової маси, від температури. Порівняйте значення питомої теплоємності (\(c_1 \) і (c_2 \)) речовин, з яких виготовлені ці тіла.

1) (c_1 = c_2 \)
2) (c_1> c_2 \)
3) \(c_1 4) відповідь залежить від значення маси тіл

5. На діаграмі представлені значення кількості теплоти, переданого двом тілам рівної маси при зміні їхньої температури на те саме число градусів. Яке співвідношення для питомих теплоємностей речовин, з яких виготовлені тіла, є вірним?

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

6. На малюнку представлений графік залежності температури твердого тіла від відданої кількості теплоти. Маса тіла – 4 кг. Чому дорівнює питома теплоємність речовини цього тіла?

1) 500 Дж/(кг · °С)
2) 250 Дж/(кг · °С)
3) 125 Дж/(кг · °С)
4) 100 Дж/(кг · °С)

7. При нагріванні кристалічної речовини масою 100 г вимірювали температуру речовини та кількість теплоти, повідомлену речовину. Дані вимірів подали у вигляді таблиці. Вважаючи, що втрати енергії можна знехтувати, визначте питому теплоємність речовини в твердому стані.

1) 192 Дж/(кг · °С)
2) 240 Дж/(кг · °С)
3) 576 Дж/(кг · °С)
4) 480 Дж/(кг · °С)

8. Щоб нагріти 192 г молібдену на 1 К, потрібно передати йому кількість теплоти 48 Дж. Чому дорівнює питома теплоємність цієї речовини?

1) 250 Дж/(кг · К)
2) 24 Дж/(кг · К)
3) 4·10 -3 Дж/(кг · К)
4) 0,92 Дж/(кг · К)

9. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання 100 г свинцю від 27 до 47 °С?

1) 390 Дж
2) 26 кДж
3) 260 Дж
4) 390 кДж

10. На нагрівання цеглини від 20 до 85 °С витрачено таку ж кількість теплоти, як для нагрівання води такої ж маси на 13 °С. Питома теплоємність цегли дорівнює

1) 840 Дж/(кг · К)
2) 21000 Дж/(кг · К)
3) 2100 Дж/(кг · К)
4) 1680 Дж/(кг · К)

11. З переліку наведених нижче висловлювань виберіть два правильні та запишіть їх номери в таблицю.

1) Кількість теплоти, яке тіло отримує при підвищенні його температури на деяке число градусів, дорівнює кількості теплоти, яку це тіло віддає при зниженні температури на таке ж число градусів.
2) При охолодженні речовини її внутрішня енергія збільшується.
3) Кількість теплоти, яку речовина отримує при нагріванні, йде головним чином збільшення кінетичної енергії його молекул.
4) Кількість теплоти, яку речовину отримує при нагріванні, йде головним чином на збільшення потенційної енергії взаємодії його молекул
5) Внутрішню енергію тіла можна змінити, лише повідомивши йому деяку кількість теплоти

12. У таблиці представлені результати вимірювань маси (m), зміни температури (Delta t) і кількості теплоти (Q), що виділяється при охолодженні циліндрів, виготовлених з міді або алюмінію.

Які твердження відповідають результатам проведеного експерименту? Із запропонованого переліку оберіть два правильні. Вкажіть їхні номери. На підставі проведених вимірювань можна стверджувати, що кількість теплоти, що виділяється при охолодженні,

1) залежить від речовини, з якої виготовлений циліндр.
2) не залежить від речовини, з якої виготовлений циліндр.
3) збільшується зі збільшенням маси циліндра.
4) збільшується зі збільшенням різниці температур.
5) питома теплоємність алюмінію в 4 рази більша, ніж питома теплоємність олова.

Частина 2

C1.Тверде тіло масою 2 кг поміщають у піч потужністю 2 кВт та починають нагрівати. На малюнку зображено залежність температури цього тіла від часу нагрівання (tau). Чому дорівнює питома теплоємність речовини?

1) 400 Дж/(кг · °С)
2) 200 Дж/(кг · °С)
3) 40 Дж/(кг · °С)
4) 20 Дж/(кг · °С)