Як позначається теплоємність. Питома теплоємність газів та парів

Фізика та теплові явища- це досить великий розділ, який грунтовно вивчається в шкільному курсі. Не останнє місцеу цій теорії відводиться питомим величинам. Перша з них – питома теплоємність.

Проте тлумаченню слова «питомий» зазвичай приділяється недостатньо уваги. Учні просто запам'ятовують його як даність. А що воно означає?

Якщо заглянути в словник Ожегова, можна прочитати, що така величина визначається як ставлення. Причому воно може бути виконане до маси, обсягу чи енергії. Всі ці величини обов'язково потрібно брати рівними одиниці. Ставлення до чого задається у питомій теплоємності?

До твору маси та температури. Причому їх значення обов'язково мають бути рівними одиниці. Тобто в дільнику стоятиме число 1, але його розмірність поєднуватиме кілограм і градус Цельсія. Це обов'язково враховується при формулюванні визначення питомої теплоємності, яке дано трохи нижче. Там знаходиться формула, з якої видно, що в знаменнику стоять саме ці дві величини.

Що це таке?

Питома теплоємністьречовини вводиться у той час, коли розглядається ситуація з його нагріванням. Без нього неможливо дізнатися, скільки теплоти (чи енергії) потрібно витратити цей процес. Також обчислити її значення при охолодженні тіла. До речі, ці дві кількості теплоти дорівнюють один одному за модулем. Але мають різні знаки. Так, у першому випадку вона позитивна, тому що енергію треба витратити і вона передається тілу. Друга ситуація з охолодженням дає від'ємне число, тому що тепло виділяється, і внутрішня енергіятіла зменшується.

Позначається ця фізична величина латинською літерою c. Визначається вона як кілька теплоти, необхідне нагрівання одного кілограма речовини однією градус. В курсі шкільної фізикияк цей градус виступає той, що береться за шкалою Цельсія.

Як її порахувати?

Якщо потрібно дізнатися, чому дорівнює питома теплоємність, формула виглядає так:

с = Q / (m * (t 2 - t 1)), де Q - кількість теплоти, m - маса речовини, t 2 - температура, яку тіло набуло в результаті теплообміну, t 1 - Початкова температура речовини. Це формула №1.

Виходячи з цієї формули, одиниця виміру цієї величини в міжнародній системі одиниць (СІ) виявляється Дж/(кг*ºС).

Як знайти інші величини з цієї рівності?

По-перше, кількість теплоти. Формула буде виглядати так: Q = з * m * (t 2 - t 1). Тільки в неї необхідно підставляти величини в одиницях, що входять до СІ. Тобто маса в кілограмах, температура у градусах Цельсія. Це формула №2.

По-друге, масу речовини, що остигає або нагрівається. Формула для неї буде такою: m = Q/(c*(t 2 - t 1)). Це формула за №3.

По-третє, зміна температури Δt = t 2 - t 1 = (Q/c*m). Знак «Δ» читається як «дельта» і позначає зміну величини, даному випадкутемператури. Формула №4.

По-четверте, початкову та кінцеву температури речовини. Формули, справедливі для нагрівання речовини, виглядають таким чином: t1 = t2 - (Q/c*m), t2=t1+(Q/c*m). Ці формули мають № 5 і 6. Якщо завдання йде моваЩодо охолодження речовини, то формули такі: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m). Ці формули мають № 7 та 8.

Які значення вона може мати?

Експериментальним шляхом встановлено, які вона має значення для кожної конкретної речовини. Тому створено спеціальну таблицю питомої теплоємності. Найчастіше в ній дано дані, які справедливі за нормальних умов.

У чому полягає лабораторна робота щодо вимірювання питомої теплоємності?

У шкільному курсі фізики її визначають для твердого тіла. Причому його теплоємність обчислюється завдяки порівнянню з тією, що відома. Найпростіше це реалізується з водою.

У процесі виконання роботи потрібно виміряти початкові температури води та нагрітого твердого тіла. Потім опустити його в рідину та дочекатися теплової рівноваги. Весь експеримент проводиться в калориметрі, тому втрати енергії можна знехтувати.

Потім потрібно записати формулу кількості теплоти, яку отримує вода під час нагрівання від твердого тіла. Друге вираз описує енергію, яку віддає тіло під час остигання. Ці два значення дорівнюють. Шляхом математичних обчисленьзалишається визначити питому теплоємність речовини, з якої складається тверде тіло.

Найчастіше її пропонується порівняти з табличними значеннями, щоб спробувати вгадати, з якої речовини зроблено тіло, що вивчається.

Завдання №1

Умови.Температура металу змінюється від 20 до 24 градусів за Цельсієм. При цьому його внутрішня енергія збільшилася на 152 Дж. Чому дорівнює питома теплоємність металу, якщо його маса дорівнює 100 г?

Рішення.Для знаходження відповіді потрібно скористатися формулою, записаною під номером 1. Усі величини, необхідні розрахунків, є. Тільки спочатку необхідно перевести масу кілограми, інакше відповідь вийде неправильна. Тому що всі величини мають бути такими, що прийняті в СІ.

В одному кілограмі 1000 г. Значить, 100 г потрібно розділити на 1000, вийде 0,1 кг.

Підстановка всіх величин дає такий вираз: з = 152/(0,1*(24 - 20)). Обчислення не становлять особливих труднощів. Результатом усіх дій є 380.

Відповідь:з = 380 Дж/(кг * ºС).

Завдання № 2

Умови.Визначити кінцеву температуру, до якої охолоне вода об'ємом 5 літрів, якщо вона була взята при 100 ºС і виділила в навколишнє середовище 1680 кДж тепла.

Рішення.Почати варто з того, що енергія дана у несистемній одиниці. Кілоджоулі слід перевести в джоулі: 1680 кДж = 1680000 Дж.

Для пошуку відповіді необхідно скористатися формулою під номером 8. Однак у ній фігурує маса, а завдання вона невідома. Натомість дано обсяг рідини. Отже, можна скористатися формулою, відомою як m = ρ * V. Щільність води дорівнює 1000 кг/м3. Але тут обсяг потрібно підставляти в кубічних метрах. Щоб перевести їх із літрів, необхідно розділити на 1000. Таким чином, об'єм води дорівнює 0,005 м 3 .

Підстановка значень формулу маси дає такий вираз: 1000 * 0,005 = 5 кг. Питому теплоємність потрібно подивитися у таблиці. Тепер можна переходити до формули 8: t 2 = 100+ (1680000/4200*5).

Першим дією потрібно виконати множення: 4200 * 5. Результат дорівнює 21000. Друге - розподіл. 1680000: 21000 = 80. Останнє - віднімання: 100 - 80 = 20.

Відповідь. t 2 = 20 ºС.

Завдання №3

Умови.Є хімічна склянка масою 100 г. У неї налито 50 г води. Початкова температура води зі склянкою дорівнює 0 градусів за Цельсієм. Яка кількість теплоти буде потрібна для того, щоб довести воду до кипіння?

Рішення.Почати варто з того, щоб ввести відповідне позначення. Нехай дані, що належать до склянки, матимуть індекс 1, а до води — індекс 2. У таблиці необхідно знайти питомі теплоємності. Хімічна склянка зроблена з лабораторного скла, тому його значення з 1 = 840 Дж/(кг * ºС). Дані води такі: з 2 = 4200 Дж/ (кг * ºС).

Їхні маси дано в грамах. Потрібно перевести їх у кілограми. Маси цих речовин будуть позначені так: m 1 = 0,1 кг, m 2 = 0,05 кг.

Початкова температура дана: t 1 = 0 ºС. Про кінцеву відомо, що вона відповідає тій, за якої вода кипить. Це t2 = 100 ºС.

Оскільки склянка нагрівається разом з водою, то кількість теплоти буде складатися з двох. Першою, яка потрібна для нагрівання скла (Q 1), і другої, що йде на нагрівання води (Q 2). Для їх вираження потрібна друга формула. Її необхідно записати двічі з різними індексами, а потім скласти їхню суму.

Виходить, що Q = з 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + з 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Загальний множник(t 2 - t 1) можна винести за дужку, щоб було зручніше рахувати. Тоді формула, яка буде потрібна для розрахунку кількості теплоти, набуде такого вигляду: Q = (з 1 * m 1 + з 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Тепер можна підставити відомі в задачі величини та порахувати результат.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (Дж).

Відповідь. Q = 29 400 Дж = 29,4 кДж.

На сьогоднішньому уроці ми запровадимо таке фізичне поняттяяк питома теплоємність речовини. Дізнаємося, що вона залежить від хімічних властивостейречовини, а її значення, яке можна знайти в таблицях, по-різному різних речовин. Потім з'ясуємо одиниці виміру та формулу знаходження питомої теплоємності, а також навчимося аналізувати теплові властивості речовин за значенням їхньої питомої теплоємності.

Калориметр(Від лат. calor– тепло та metor– вимірювати) – прилад для вимірювання кількості теплоти, що виділяється або поглинається в будь-якому фізичному, хімічному або біологічному процесі. Термін «калориметр» було запропоновано А. Лавуазьє та П. Лапласом.

Складається калориметр із кришки, внутрішньої та зовнішньої склянки. Дуже важливим у конструкції калориметра є те, що між меншою та більшою судинами існує прошарок повітря, який забезпечує через низьку теплопровідність погану теплопередачу між вмістом та зовнішнім середовищем. Така конструкція дозволяє розглядати калориметр як своєрідний термос і практично позбутися впливів довкілля на перебіг процесів теплообміну всередині калориметра.

Призначений калориметр для більш точних, ніж зазначено в таблиці, вимірювання питомих теплоємностей та інших теплових параметрів тіл.

Зауваження.Важливо, що таке поняття, як кількість теплоти, яким ми дуже часто користуємося, не можна плутати із внутрішньою енергією тіла. Кількість теплоти визначає саме зміна внутрішньої енергії, а не її конкретне значення.

Зазначимо, що питома теплоємність у різних речовинрізна, що можна побачити за таблицею (рис. 3). Наприклад, у золота питома теплоємність. Як ми вже зазначали раніше, фізичний сенстакого значення питомої теплоємності означає, що з нагрівання 1 кг золота на 1 °З необхідно повідомити 130 Дж теплоти (рис. 5).

Мал. 5. Питома теплоємність золота

на наступному уроціми обговоримо обчислення значення кількості теплоти.

переліклітератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. / За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. Фізика 8. – К.: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Інтернет-портал "vactekh-holod.ru" ()

Домашнє завдання

Питома теплоємність

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 швидше. 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 потрібно різна кількістьтеплоти. 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, а для нагрівання на 1 °С такої ж маси соняшникової олії необхідна кількість теплоти, що дорівнює 1700 Дж.

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

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

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200Дж/(кг·K) , а питома теплоємність льодуДж/(кг·K) ; алюміній у твердому стані має питому теплоємність, рівну 920Дж/(кгK) , а в рідкому - Дж/(кгK) .

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.

Питома теплоємність твердих речовин

У таблиці наведено середні значення питомої теплоємності речовин в інтервалі температур від 0 до 10 ° С (якщо не вказана інша температура)

Питома теплоємність рідин

Питома теплоємність металів та сплавів

Питома теплоємність розплавлених металів та зріджених сплавів

Питома теплоємність газів та парів

при нормальному атмосферному тиску

На сьогоднішньому уроці ми введемо таке фізичне поняття як питома теплоємність речовини. Дізнаємося, що вона залежить від хімічних властивостей речовини, а її значення, яке можна знайти в таблицях, по-різному для різних речовин. Потім з'ясуємо одиниці виміру та формулу знаходження питомої теплоємності, а також навчимося аналізувати теплові властивості речовин за значенням їхньої питомої теплоємності.

Калориметр(Від лат. calor– тепло та metor– вимірювати) – прилад для вимірювання кількості теплоти, що виділяється або поглинається у будь-якому фізичному, хімічному чи біологічному процесі. Термін «калориметр» було запропоновано А. Лавуазьє та П. Лапласом.

Складається калориметр із кришки, внутрішньої та зовнішньої склянки. Дуже важливим у конструкції калориметра є те, що між меншою та більшою судинами існує прошарок повітря, який забезпечує через низьку теплопровідність погану теплопередачу між вмістом та зовнішнім середовищем. Така конструкція дозволяє розглядати калориметр як своєрідний термос і практично позбутися впливів довкілля на перебіг процесів теплообміну всередині калориметра.

Призначений калориметр для більш точних, ніж зазначено в таблиці, вимірювання питомих теплоємностей та інших теплових параметрів тіл.

Зауваження.Важливо, що таке поняття, як кількість теплоти, яким ми дуже часто користуємося, не можна плутати із внутрішньою енергією тіла. Кількість теплоти визначає саме зміна внутрішньої енергії, а чи не його конкретне значення.

Зазначимо, що питома теплоємність різних речовин різна, що можна побачити за таблицею (рис. 3). Наприклад, у золота питома теплоємність. Як ми вже зазначали раніше, фізичний зміст такого значення питомої теплоємності означає, що для нагрівання 1 кг золота на 1 °С йому необхідно повідомити 130 Дж теплоти (рис. 5).

Мал. 5. Питома теплоємність золота

На наступному уроці ми обговоримо обчислення кількості теплоти.

переліклітератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. / За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. Фізика 8. – К.: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Інтернет-портал "vactekh-holod.ru" ()

Домашнє завдання

Прилади та приладдя, що використовуються в роботі:

2. Різноваги.

3. Термометр.

4. Калориметр.

6. Калориметричне тіло.

7. Плитка побутова.

Мета роботи:

Навчитися досвідченим шляхом визначати питому теплоємність речовини.

I. ТЕОРЕТИЧНЕ ВСТУП.

Теплопровідність- передача теплоти від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих внаслідок зіткнень швидких молекул з повільними, тому швидкі молекули передають частину своєї енергії повільним.

Зміна внутрішньої енергії будь-якого тіла прямо пропорційно його масі та зміні температури тіла.

DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)

Величина с, що характеризує залежність зміни внутрішньої енергії тіла при нагріванні або охолодженні від роду речовини зовнішніх умовназивається питомою теплоємністю тіла.

(4)

Величина C, що характеризує залежність тіла поглинати теплоту при нагріванні та рівна відношеннюкількості теплоти повідомленої тілу, до збільшення його температури, називається теплоємністю тіла.

C = c×m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Молярною теплоємністю C m ,називають кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання одного молячи речовини на 1 Кельвін

C m = сM. (8)
C m = (9)

Питома теплоємність залежить від характеру процесу, у якому відбувається його нагрівання.

Рівняння теплового балансу.

При теплообміні суми кількостей теплоти, відданих усіма тілами, у яких внутрішня енергія зменшується, дорівнює сумі кількостей теплоти, одержаних усіма тілами, у яких внутрішня енергія збільшується.

SQ отд = SQ получ (10)

Якщо тіла утворюють замкнуту системуі між ними відбувається лише теплообмін, то алгебраїчна сумаотриманих та відданих кількостей теплоти дорівнює 0.

SQ отд + SQ получ = 0.

Приклад:

У теплообміні беруть участь тіло, калориметр, рідина. Тіло віддає теплоту, калориметр та рідину приймають.

Q т = Q до + Q ж

Q т = c т m т (T 2 - Q)

Q до = c до m до (Q – T 1)

Q ж = c ж m ж (Q - T 1)

Де Q(тау) – загальна кінцева температура.

с т m т (T 2 -Q) = с к m до (Q- T 1) + с ж m ж (Q- T 1)

с т = ((Q - Т 1) * (с к m до + с ж m ж)) / m т (Т 2 - Q)

Т = 273 0 + t 0 С

2. ХІД РОБОТИ.

ВСІ ЗВАЖИВАННЯ ПРОВОДИТИ З ТОЧНІСТЮ ДО 0,1 г.

1. Визначте зважуванням масу внутрішньої посудини калориметра m 1 .

2. Налийте в внутрішній посудкалориметра води, зважте внутрішню склянку разом із налитою рідиною m до.

3. Визначте масу налитої води m = m до - m 1

4. Помістіть внутрішній посуд калориметра у зовнішній і виміряйте початкову температуру води Т 1 .

5. Вийміть з окропу випробуване тіло, швидко перенесіть його в калориметр, визначивши Т 2 -початкову температуру тіла, вона дорівнює температурі окропу.

6. Перемішуючи рідину в калориметрі, зачекайте, коли перестане підвищуватися температура: виміряйте остаточну (встановлену) температуру Q.

7. Вийміть з калориметра тіло, що випробовується, висушіть його фільтрувальним папером і зважуванням на вагах визначте його масу m 3 .

8. Результати всіх вимірювань та обчислень занесіть до таблиці. Обчислення робити до другого знака після коми.

9. Складіть рівняння теплового балансу та знайдіть із нього питому теплоємність речовини з.

10. За отриманими результатами у додатку визначити речовину.

11. Обчисліть абсолютну та відносну похибкуотриманого результату щодо табличного результату за формулами:

;

12. Висновок про виконану роботу.

ТАБЛИЦЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ І ВИЧИСЛЕНЬ