Количество теплоты. теплоёмкость тела — справочник студента

Принцип равнораспределения энергии по степеням свободы молекул и теплоемкость идеальных газов при изопроцессах.

Количество теплоты.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Количеством теплоты (Q) называется изменение внутренней энергии тела, происходящее в результате теплопередачи.

Количество теплоты всегда передается от более горячих тел к более холодным до достижения ими одинаковой температуры (теплового равновесия), если нет иных процессов, кроме теплопередачи.

В замкнутой системе тел выполняется уравнение теплового балланса: Q1 + Q2 + … = 0 — количество теплоты, которое теряют горячие тела, равно количеству тепла, получаемому холодными.

  • Первый закон термодинамики(Q=ΔU+A')
  • Количество теплоты, переданное телу,
  • идет на изменение его внутренней энергии (ΔU)
  • и на совершение им работы(A').
  • Теплоемкость.
  • ТЕПЛОЁМКОСТЬ -отношение подведенного к телу количества теплоты ΔQ к достигнутой при этом разности температур тела ΔT(кол-во теплоты,поглощаемой телом при нагревании):

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Удельная теплоемкость — это способность разных веществ к поглощению теплоты при их нагревании.

Удельная теплоемкость вещества определяется отношением количества теплоты, полученной им при нагревании, к массе вещества и изменению его температуры:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Молярная теплоемкость — количество теплоты, необходимое для нагревания 1 моль вещества на 1 К:

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Бихевиоризм как направление в теории личности: б. ф. скиннер, а. бандура, дж. роттер - справочник студента

Оценим за полчаса!

Принцип равнораспределения энергии по степеням свободы молекул.

В статистической физике выводится закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная kT/2 , а на каждую колебательную степень свободы — в среднем энергия, равная kT. Колебательная степень обладает вдвое большей энергией, т.к. на нее приходится как кинетическая энергия (как в случае поступательного и вращательного движений), так и потенциальная, причем средние значения потенциальной и кинетической и энергии одинаковы. Значит, средняя энергия молекулы:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

где i — сумма числа поступательных, числа вращательных в удвоенного числа колебательных степеней свободы молекулы: i = iпост. + iвращ. + 2iколеб.

  1. Закон равнораспределения показывает, что при тепловом равновесии, любая степень свободы (компоненты векторов положения или скорость частицы), которая появляется только как квадратичная функция в энергии, обладает средней энергией равной ½k в T и поэтому вносит вклад ½k в теплоёмкость системы.
  2. Теплоемкость идеальных газов при изопроцессах.
  3. 1)Изохорический (изохорный) процесс– процесс изменения состояния газа, при котором объём газа остаётся постоянным: V=const.Для изохорического процесса:

Работа газа при изохорном процессе равна нулю: А=0.

Все полученное тепло идет на изменение внутренней энергии в соответствии с первым началом термодинамики:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Молярная теплоемкость при изохорном процессе:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

(Q-количество теплоты,c-удельная теплоемкость,M-молярная масса,i-количество степеней свободы,R-универсальная газовая постоянная,T-температура).

Изобарический (изобарный) процесс— процесс изменения состояния газа, при котором давление газа остаётся постоянным: р = const. Для изобарного процесса:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Работа газа при изобарном расширении:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Изменение внутренней энергии:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

  • Количество полученного тепла в соответствии с первым началом термодинамики:
  • Молярная теплоемкость при изобарном процессе:
  • Изотермический процесс­- процесс изменения состояния газа, при котором температура газа остаётся постоянным: Т = const. Для изотермического процесса:
  • PV=const
  • Работа газа при изотермическом расширении:
  • Изменение внутренней энергии при изотермическом процессе равно нулю:
  • Все полученное тепло идет на совершение работы в соответствии с первым началом термодинамики:



Источник: https://infopedia.su/7xd1ff.html

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость

Нам с вами уже известно любое тело обладает внутренней энергией, которая представляет собой сумму кинетической энергии теплового движения частиц тела, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

А изменить внутреннюю энергию тела можно двумя способами — это путём совершения механической работы и теплопередачей.

Мы знаем, что мерой изменения внутренней энергии при совершении работы является величина этой работы. Тогда возникает логичный вопрос: а с помощью какой величины можно охарактеризовать изменение внутренней энергии тела при теплопередаче?

Такой величиной является количество теплоты.

Количество теплоты — это скалярная физическая величина, которая равна изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы.

Обозначается количество теплоты буквой «Q». А единицей её измерения в СИ является Дж.

Наверняка вы слышали и о такой единице измерения теплоты, как калория или килокалория. Откуда же она взялась? Всё дело в том, что измерять количество теплоты учёные начали давно, ещё за долго до введения понятия энергии.

Поэтому практически все учёные восемнадцатого и первой половины девятнадцатого века рассматривали теплоту не как изменение внутренней энергии тела, а как особое вещество — теплород. Теплородом называлась особая жидкость, которая, по их мнению, могла перетекать от одного тела к другому.

Так, например, считалось, что если происходит нагревание тела, то теплород в него вливается. Если же тело охлаждалось — то, наоборот, считали, что теплород выливается из тела.

При этом, по их мнению, теплород обладал объёмом, так как при увеличении температуры, тела расширяются. Однако в данной теории был и существенный недостаток: если теплород — это вещество, то тела при нагревании должны бы увеличиваться в массе. Однако многочисленные опыты показывали, что масса тела при нагреваниях не изменялась. Тогда теплород стали считать невесомой жидкостью.

Теорию теплорода поддерживали многие учёные того времени, кроме Дж. Джоуля, который, на основании проведённых серии экспериментов, пришёл к выводу о том, что такого вещества, как теплород, не существует.

И что теплота — это мера изменения кинетической энергии движущихся частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Однако введённая на основании теории теплорода единица количества теплоты — калория, дожила и до наших дней.

1 кал — это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 г воды на 1 оС.

1 кал = 4,1868 Дж

Давайте с вами выясним, от чего же зависит количество теплоты? Ответим на этот вопрос, проведя серию небольших экспериментов.

Для начала, возьмём два одинаковых сосуда. В один из них нальём 200 г воды, а в другой 500 г. И удостоверимся в том, что в обоих сосудах начальная температура воды равная. Поместим под сосуды две абсолютно одинаковые спиртовки и зажжём их.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

По истечении нескольких минут мы заметим, что вода в первом сосуде нагреется на большее число градусов, чем во втором, хотя оба сосуда получили одно и тоже количество теплоты.

Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется к нему подвести для нагревания на одно и тоже число градусов.

Соответственно, если тело охлаждается, то оно будет отдавать тем больше теплоты, чем больше его масса. Конечно же речь идёт о телах из одного и того же вещества, и нагреваются они или остывают на одно и то же число градусов.

Значит, количество теплоты, которое необходимо затратить на нагревание тела, прямо пропорционально массе этого тела.

Внесём некоторые изменения в опыт. Будем нагревать на одинаковых спиртовках в одном сосуде 200 г воды от 20 оС до 50 оС. А в другом, таком же сосуде, — 200 г воды от 20 оС до 80 оС. По секундомеру будем следить за временем нагревания воды в обоих сосудах.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

На нагревание воды на 30 оС уходит почти в 2 раза меньше времени, чем на нагревание такой же массы воды на 60 оС. Значит, количество теплоты, которое тратится на нагревание воды на 30 оС, меньше, чем то, которое нам необходимо затратить для нагревания той же массы воды, но на 60 оС.

Таким образом, можем сделать вывод о том, что количество теплоты прямо пропорционально изменению температуры тела.

Но только ли от массы и разности температур зависит количество теплоты? И вновь вернёмся к опыту. Опять берём два одинаковых сосуда. Но теперь, в один из них нальём, например, 500 г воды, а во второй — такое же количество растительного или подсолнечного масла. И вновь будем нагревать их на одинаковых спиртовках.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Через некоторое время измерим температуры жидкостей в обоих сосудах. Заметим, что, получив за одинаковый промежуток времени от нагревателя равное с водой количество теплоты, масло нагрелось сильнее.

Следовательно, чтобы температура жидкостей в обоих сосудах была равной, воде нужно передать больше теплоты, чем маслу. Значит, количество теплоты, которое необходимо затратить для увеличения температуры тела, зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

  • Эта зависимость характеризуется величиной, которая называется удельной теплоёмкостью вещества.
  • Удельная теплоёмкость вещества — это физическая скалярная величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу массой 1 кг для его нагревания на 1 оС.
  • Следует помнить о том, что такое же количество теплоты отдаёт тело массой 1 кг при своём охлаждении на 1 оС.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой «c». Из определения следует, что единицей удельной теплоёмкости является .

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Как видно из таблицы, жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы. Самую большую удельную теплоёмкость, из приведённых в таблице веществ, имеет вода: на нагревание 1 кг воды на 1 оС необходимо затратить 4200 Дж теплоты.

Таким образом, количество теплоты, которое затрачивается на нагревание тела зависит от трёх факторов: массы тела, рода вещества, из которого изготовлено тело, и разности температур в конечном и начальном состояниях:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Эта же формула позволит рассчитать количество теплоты, которое выделяет тело при охлаждении. Но так как конечная температура остывшего тела меньше его начальной температуры, то выделяемое телом количество теплоты будет выражается отрицательным числом. Знак «−» будет указывать нам на то, что внутренняя энергия тела уменьшается.

При теплообмене двух или нескольких тел абсолютное значение количества теплоты, которое отдало более нагретое тело, равно количеству теплоты, которое было получено телом, более холодным:

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Это равенство называется уравнением теплового баланса и выражает закон сохранения энергии. Оно справедливо при отсутствии потерь теплоты.

Источник: https://videouroki.net/video/05-kolichestvo-teploty-udelnaya-teployomkost.html

2.2.4 Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества

Видеоурок 1: Удельная теплоемкость

  • Видеоурок 2: Расчет количества теплоты. Решение задач
  • Лекция: Количество теплоты.  Удельная теплоемкость вещества
  • Количество теплоты

Все мы знаем, что изменить внутреннюю энергию можно с помощью теплообмена (теплопередачи). Данный процесс происходит благодаря передачи энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы.

В то время, когда в результате теплообмена, тело изменило свою энергию, говорят, что оно получило некоторое количество теплоты.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Если тело получает тепло, то количество теплоты и изменение внутренней энергии больше нуля. Если же данные величины отрицательные, то тело отдает тепло.

Удельная теплоемкость вещества

Рассмотрим процесс, при котором тело изменяет свою температуру, при этом изменения агрегатного состояния не происходит.

В таком случае количество теплоты, переданное системе для нагревания тела на определенное количество градусов, зависит от массы данного тела.

Читайте также:  Сущность и механизмы обучения - справочник студента

Однако, стоит отметить, что для нагревания различных веществ одинаковой массы на одинаковое количество градусов, необходима разная энергия.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студентаКоличество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

С — удельная теплоемкость, которая не зависит от формы и размера тела, а зависит только от его структуры.

 Удельная теплоемкость — это то количество теплоты, которое необходимо для нагревания некоторого тела массой в 1 кг на 1 градус.

Чем больше данная величина, тем больше энергии необходимо для нагревания данного тела. Судя из таблицы, можно сделать вывод, что проще всего нагреть золото, поскольку для нагревания 1 кг золота на 1 градус следует потратить 130 Дж энергии. А тяжелее всего нагреть воду, поскольку для её нагревания необходимо 4200 Дж.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Предыдущий урок Следующий урок

Источник: https://cknow.ru/knowbase/139-tema-224-kolichestvo-teploty-udelnaya-teploemkost-veschestva.html

Теплоёмкость идеального газа

В случае, если результатом теплообмена становится передача телу некоего количества теплоты Q, то его температура и внутренняя энергия претерпевают изменения.

Определение 1

Необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К количество теплоты Q носит название удельной теплоемкости вещества c, а ее формула выглядит следующим образом: 

c=Qm∆T.

В большом количестве ситуаций удобной для использования является молярная теплоемкость C: 

C=M·c, где M представляет собой молярную массу вещества.

Теплоемкость, полученная таким способом, не является однозначной характеристикой вещества.

Исходя из первого закона термодинамики, можно сказать, что изменение внутренней энергии тела зависимо не только от количества полученной теплоты, но и от величины совершенной телом работы.

В разных условиях осуществления процесса теплопередачи тело может совершать различную работу. Таким образом, переданное телу одинаковое количество теплоты способно провоцировать изменения его внутренней энергии и, соответственно, температуры.

Подобной неоднозначностью при определении теплоемкости характеризуются только газообразные вещества. Объем в процессе нагрева практически не меняет своей величины, что сводит работу расширения к нулю.

По этой причине вся полученная телом теплота уходит на изменение его внутренней энергии. Газ в процессе теплопередачи может значительно менять свой объем и совершать работу, чем отличается от твердых тел и жидкостей.

Таким образом, теплоемкость газообразного вещества имеет зависимость от характера термодинамического процесса.

Изопроцессы в газах

Определение 2

Чаще всего рассматриваются два значения теплоемкости газов: 

  • CV являющаяся молярной теплоемкостью в изохорном процессе (V=const);
  • Cp представляющая собой молярную теплоемкость в изобарном процессе (p=const).
  • При условии постоянного объема газ не совершает работы: A=0. Исходя из первого закона термодинамики для 1 моля газа, можно сказать, что справедливым является следующее выражение: 
  • QV=CV∆T=∆U.
  • Изменение величины ΔU внутренней энергии газа прямо пропорционально изменению значения ΔT его температуры.
  • В условиях процесса при постоянном давлении первый закон термодинамики дает такую формулу: 
  • Qp=∆U+p(V2-V1)=CV∆T+pV.
  • В котором ΔV является изменением объема 1 моля идеального газа при изменении его температуры на ΔT. Таким образом, можно заявить, что: 
  • Cp=Qp∆T=CV+p∆V∆T.
  • Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 моля, может выражаться отношение ΔVΔT: 
  • pV=R.

В котором R представляет собой универсальную газовую постоянную. При условии постоянства давления p=const, можно записать следующее:p∆V=R∆T или ∆V∆T=Rp.

Определение 3

Из этого следует, что выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CV соотношение имеет вид (формула Майера): 

Cp=CV+R.

В процессе с неизменным давлением молярная теплоемкость Cp газа всегда превышает молярную теплоемкость CV в процессе с не подверженным изменениям объемом, что демонстрируется на рисунке 3.10.1.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Рисунок 3.10.1. Два возможных процесса нагревания газа на ΔT=T2 –T1. При p=const газ совершает работу A=p1(V2 – V1). Поэтому Cp>CV.

Определение 4

  1. Отношение теплоемкостей в процессах с постоянным давлением и постоянным объемом занимает важное место в термодинамике и обозначается в виде греческой буквы γ. 
  2. γ=CpCV.
  3. Данное отношение включено в формулу для адиабатического процесса.

Между двумя изотермами, обладающими температурами T1 и T2 на диаграмме (p, V) реальны различные варианты перехода. Так как для всех подобных переходов изменение величины температуры ΔT=T2 –T1 является одним и тем же, выходит, что изменение значения
ΔU внутренней энергии тоже одинаково.

С другой стороны, совершенные при этом работы A и количества теплоты Q, полученные в результате теплообмена, выйдут разными для различных путей перехода. Из этого следует, что газа имеет относительно приближенное к бесконечности число теплоемкостей.

 Cp и CV представляют собой частные, однако, очень важные для теории газов, значения теплоемкостей.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

Рисунок 3.10.2. Модель теплоемкости идеального газа.

Определение 5

Термодинамические процессы, в которых теплоемкость газа не подвергается изменениям, носят название политропических.

Каждый изопроцесс являются политропическим. В изотермическом процессе ΔT=0, из-за чего CT=∞. В адиабатическом процессе ΔQ=0, выходит, что Cад=0.

Замечание 1

Стоит обратить внимание на то, что «теплоемкость» и «количество теплоты» являются крайне неудачными терминами, доставшимися современной науке в качестве наследства теории теплорода, которая господствовала в XVIII веке.

Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества. Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода.

Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы.

По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла.

Молекулярно-кинетическая теория

  • В молекулярно-кинетической теории устанавливается следующее соотношение между средней кинетической энергией E→ поступательного движения молекул и абсолютной температурой T: 
  • E→=32kT.
  • Внутренняя энергия 1 моля идеального газа эквивалентна произведению E→ на число АвогадроNА: 
  • U=32kNAT=32RT.
  • При условии изменения температуры на величину ΔT внутренняя энергия изменяется на величину:
  • U=32R∆T=CV∆T.
  • Коэффициент пропорциональности между ΔU и ΔT эквивалентен теплоемкости CV в условиях постоянного давления: 
  • CV=32R=12,47 ДЖ/моль·К.

Данное выражение подтверждается экспериментами с газами, которые состоят из одноатомных молекул вроде гелия, неона или аргона. При этом для двухатомных (водород, азот) и многоатомных (углекислый газ) газов такое соотношение не согласуется с полученными в результате опытов данными.

Причина этого расхождения заключается в том, что для двух- и многоатомных молекул средняя кинетическая энергия должна включать энергию как поступательного, так и вращательного их движения.

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

 Рисунок 3.10.3. Модель двухатомной молекулы. Точка O совпадает с центром масс молекулы. 

Рисунок 3.10.3 иллюстрирует модель двухатомной молекулы. Молекула имеет возможность производить пять независимых типов движений: три поступательных движения вдоль осей X, Y, Z и два вращения относительно осей X и Y.

Опытным путем выяснено, что вращение относительно оси Z, на которой лежат центры обоих атомов, может быть возбуждено только при очень высоких значениях температуры. В условиях обычных температур вращение вокруг оси Z не происходит.

Определение 6

Каждое независимое движение в молекуле носит название степени свободы.

Выходит, что одноатомная молекула обладает 3 поступательными степенями свободы, «жесткая» двухатомная молекула 5 степенями, то есть 3 поступательными и 2 вращательными, а многоатомная молекула 6 степенями свободы, из которых 3 приходятся на поступательные и 3 на вращательные.

Теорема 1

В классической статистической физике доказывается теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы:

Если система молекул находится в тепловом равновесии при температуре T, то средняя кинетическая энергия равномерно распределена между всеми степенями свободы и для каждой степени свободы молекулы она равна 12kT.

  1. Из данной теоремы следует, что для молярных теплоемкостей газа Cp и CV и их отношения
    γ справедлива запись в следующем виде: 
  2. CV=i2R, Cp=Cv+R=i+22R, γ=CpCV=i+2i,
  3. где i представляет собой количество степеней свободы газа.
  4. Для газа, состоящего из одноатомных молекул (i=3)
  5. CV=32R, Cp=Cv+R=52R, γ=CpCV=53=1,66.
  6. Для газа, состоящего из двухатомных молекул (i=5)
  7. CV=52R, Cp=Cv+R=72R, γ=CpCV=75=1,4.
  8. Для газа, состоящего из многоатомных молекул (i=6)
  9. CV=3R, Cp=Cv+R=4R, γ=CpCV=43=1,33.

В обычных условиях экспериментально измеренные теплоемкости многих газов неплохо согласуются с приведенными выражениями, но в целом классическая теория теплоемкости газов вполне удовлетворительной не является.

Существует колоссальное число примеров со значительной разницей между результатами эксперимента и теорией.

Данный факт объясняется тем, что классическая теория не может полностью учесть, связанную с внутренними движениями в молекуле энергию.

Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы может быть применена и по отношению к тепловому движению частиц в твердом теле. Входящие в состав кристаллической решетки атомы колеблются около положений равновесия. Энергия данных колебаний представляет собой внутреннюю энергию твердого тела.

Каждый конкретный атом может колебаться в кристаллической решетке в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Выходит, что каждый атом имеет 3 колебательные степени свободы. При условии гармонических колебаний средняя кинетическая энергия эквивалентна средней потенциальной энергии.

По этой причине в соответствии с теоремой о равномерном распределении на каждую колебательную степень свободы приходится средняя энергия kT, а на один атом – 3kT. 

Определение 7

  • Внутренняя энергия 1 моля твердого вещества равна следующему выражению:
  • U=3RNAkt=3Rt.
  • Следовательно, молярная теплоемкость вещества в твердом состоянии равняется: 
  • С=3R=25,12 Дж/моль·К.

Данное выражение носит название закона Дюлонга–Пти. Для твердых тел почти нет различия между Cp и CV по причине пренебрежительно малой работы при сжатии или расширении.

Опыт показывает, что молярная теплоемкость у многих твердых тел (химических элементов) при обычных температурах на самом деле близка к 3R.

При этом, в условиях низких температур заметны довольно сильные расхождения между теорией и экспериментом. Таким образом, гипотеза о равномерном распределении энергии по степеням свободы может считаться лишь приближением.

Заметная в опыте зависимость теплоемкости от температуры объясняется только при условии использования квантовых представлений.

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/termodinamika/teploemkost-idealnogo-gaza/

Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Удельная теплоёмкость

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА «Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Удельная теплоёмкость»

ФИО (полностью)

  • Галимова Лейсан Фаниловна
  • Место работы
  • ГБОУ СОШ с. Кошки
  • Должность
  • Учитель физики
  • Предмет
  • Физика
  • Класс
  • 8
  • Тема и номер урока в теме

Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Удельная теплоёмкость

  1. Цель урока: ввести понятия количества теплоты и удельной теплоемкости.

  2. Планируемые результаты:

  1. познавательные:умение самостоятельно создавать способы решения проблем творческого характера;
  2. личностные:умение анализировать, сравнивать, обобщать, использовать фантазии, воображения при выполнении учебных действий; формирование желания выполнять учебные действия;
  3. коммуникативные:умение участвовать в диалоге, на уроке и в жизненных ситуациях; сотрудничать с одноклассниками в поиске и сборе информации; принимать решения и реализовывать их; точно выражать свои мысли;
  4. регулятивные:организовывать свое рабочее место под руководством учителя; определять цель и составлять план выполнения задания; развивать практические навыки и умения при решении повседневных проблем связанных с технологией.
  1. Тип урока: изучение нового материала

  2. Формы работы учащихся: индивидуальная

  3. Необходимое техническое оборудование:

  4. Структура и ход урока:

  1. Организационный момент

  2. Повторение изученного материала

  3. Изучение нового материала

  4. Домашнее задание

  • Ход урока
  • 1. Организационный момент
  • 2. Объяснение нового материала
  • Вам уже известно, что внутренняя энергия тела может изменяться как путем совершения работы, так и путем теплопередачи (без совершения работы).
  • Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называют количеством теплоты. (запись в тетрадь)
  • Значит и единицы измерения количества теплоты тоже Джоули (Дж).

Проводим опыт: два стакана в одном 300 г. воды, а в другом 150 г. и железный цилиндр массой 150 г. Оба стакана ставятся на одну и ту же плитку. Через некоторое время термометры покажут, что вода в сосуде, в котором находится тело, нагревается быстрее.

Это означает, что для нагревания 150 г. железо требуется меньше количество теплоты, чем для нагревания 150 г. воды.

  1. Количество теплоты, переданное телу, зависит от рода вещества, из которого изготовлено тело.(запись в тетрадь)
  2. Предлагаем вопрос: одинаковое ли количество теплоты требуется для нагревания до одной и той же температуры тел равной массы, но состоящих из разных веществ?
  3. Проводим опыт с прибором Тиндаля по определению удельной теплоемкости.
  4. Делаем вывод: тела из разных веществ, но одинаковой массы, отдают при охлаждении и требуют при нагревании на одно и то же число градусов разное количество теплоты.
  5. Делаем выводы:

1. Для нагревания до одной и той же температуры тел равной массы, состоящих из разных веществ, требуется различное количество теплоты.

2.Тела равной массы, состоящие из разных веществ и нагретые до одинаковой температуры. При охлаждении на одно и тоже число градусов отдают различное количество теплоты.

  • Делаем заключение, что количество теплоты, необходимое для нагревания на один градус единицы масс разных веществ, будет различным.
  • Даем определение удельной теплоемкости.
  • Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 градус, называется удельной теплоемкостью вещества.
  • Вводим единицу измерения удельной теплоемкости: 1Дж/кг*градус.

Физический смысл терминаудельная теплоемкость показывает, на какую величину изменяется внутренняя энергия 1г (кг.) вещества при нагревании или охлаждении его на 1 градус.

Рассматриваем таблицу удельных теплоемкостей некоторых веществ.

Решаем задачу аналитическим путем

Какое количество теплоты требуется, чтобы нагреть стакан воды (200 г.) от 200 до 700С.

Для нагревания 1 г. на 1 г. Требуется — 4,2 Дж.

А для нагревания 200 г. на 1 г. потребуется в 200 больше — 200*4,2 Дж.

  1. А для нагревания 200 г. на (700-200) потребуется еще в (70-20) больше — 200 * (70-20) *4,2 Дж
  2. Подставляя данные, получим Q = 200 * 50*4,2 Дж = 42000 Дж.
  3. Запишем полученную формулу через соответствующие величины

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента

4. От чего зависит количество теплоты, полученное телом при нагревании?

Обращаем внимании, что количество теплоты, необходимое для нагревания какого либо тела, пропорционально массе тела и изменению его температуры.,

Имеются два цилиндра одинаковой массы: железный и латунный. Одинаковое ли количество теплоты необходимо, чтобы нагреть их на одно и то же число градусов? Почему?

Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 250 г. воды от 20о до 600С.

Какая связь между калорией и джоулем?

Калория – это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1 градус.

1 кал = 4.19=4.2 Дж

1ккал=1000кал

1ккал=4190Дж=4200Дж

3. Решение задач.

Если прогретые в кипящей воде цилиндры из свинца, олова и стали массой 1 кг поставить на лед, то они охладятся, и часть льда под ними растает. Как изменится внутренняя энергия цилиндров? Под каким из цилиндров растает больше льда, под каким – меньше?

Нагретый камень массой 5 кг. Охлаждаясь в воде на 1 градус, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня

При закалке зубила его сначала нагрели до 6500, потом опустили в масло, где оно стыло до 500С. Какое при этом выделилось количество теплоты, если его масса 500 гр.

Какое количество теплоты пошло на нагревание от 200 до 12200С. стальной заготовки для коленчатого вала компрессора массой 35 кг.

  • Самостоятельная работа
  • Какой вид теплопередачи?
  • Учащиеся заполняют таблицу.
  1. Воздух в комнате нагревается через стены.

  2. Через открытое окно, в которое входит теплый воздух.

  3. Через стекло, которое пропускает лучи солнца.

  4. Земля нагревается лучами солнца.

  5. Жидкость нагревается на плите.

  6. Стальная ложка нагревается от чая.

  7. Воздух нагревается от свечи.

  8. Газ двигается около тепловыделяющих деталей машины.

  9. Нагревание ствола пулемета.

  10. Кипение молока.

5. Домашнее задание: Перышкин А.В. “Физика 8” § §7, 8; сборник задач 7-8 Лукашик В.И. №№778-780, 792,793 2 мин.

Читайте также:  Учет резервного капитала - справочник студента

Источник: https://infourok.ru/kolichestvo-teploti-edinici-kolichestva-teploti-udelnaya-teployomkost-3720347.html

Удельная теплоёмкость: расчет количества теплоты

Как вы думаете, что быстрее нагревается на плите: литр воды в кастрюльке или же сама кастрюлька массой 1 килограмм? Масса тел одинакова, можно предположить, что нагревание будет происходить с одинаковой скоростью.

А не тут-то было! Можете проделать эксперимент – поставьте пустую кастрюльку на огонь на несколько секунд, только не спалите, и запомните, до какой температуры она нагрелась.

А потом налейте в кастрюлю воды ровно такого же веса, как и вес кастрюли.

По идее, вода должна нагреться до такой же температуры, что и пустая кастрюля за вдвое большее время, так как в данном случае нагреваются они обе – и вода, и кастрюля.

Однако, даже если вы выждете втрое большее время, то убедитесь, что вода нагрелась все равно меньше.

Воде потребуется почти в десять раз большее время, чтобы нагреться до такой же температуры, что и кастрюля того же веса.

Почему это происходит? Что мешает воде нагреваться? Почему мы должны тратить лишний газ на подогрев воды при приготовлении пищи? Потому что существует физическая величина, называемая удельной теплоемкостью вещества.

Удельная теплоемкость вещества

Эта величина показывает, какое количество теплоты надо передать телу массой один килограмм, чтобы его температура увеличилась на один градус Цельсия. Измеряется в Дж/(кг * ˚С). Существует эта величина не по собственной прихоти, а по причине разности свойств различных веществ.

Удельная теплоемкость воды примерно в десять раз выше удельной теплоемкости железа, поэтому кастрюля нагреется в десять раз быстрее воды в ней. Любопытно, что удельная теплоемкость льда в два раза меньше теплоемкости воды. Поэтому лед будет нагреваться в два раза быстрее воды. Растопить лед проще, чем нагреть воду. Как ни странно звучит, но это факт.

Расчет количества теплоты

  • Обозначается удельная теплоемкость буквой c и применяется в формуле для расчета количества теплоты:
  • Q = c*m*(t2 — t1),
  • где Q – это количество теплоты,c – удельная теплоемкость,m – масса тела,
  • t2  и t1 – соответственно, конечная и начальная температуры тела.
  • Формула удельной теплоемкости: c = Q / m*(t2 — t1)

По этой формуле можно рассчитать количество тепла, которое нам необходимо, чтобы нагреть конкретное тело до определенной температуры. Удельную теплоемкость различных веществ можно найти из соответствующих таблиц.

Также из этой формулы можно выразить:

  • m = Q / c*(t2-t1) — массу тела
  • t1 = t2 — (Q / c*m) — начальную температуру тела
  • t2 = t1 + (Q / c*m) — конечную температуру тела
  • Δt = t2 — t1 = (Q / c*m) — разницу температур (дельта t)

А что насчет удельной теплоемкости газов? Тут все запутанней. С твердыми веществами и жидкостями дело обстоит намного проще.

Их удельная теплоемкость – величина постоянная, известная, легко рассчитываемая. А что касается удельной теплоемкости газов, то величина эта очень различна в разных ситуациях. Возьмем для примера воздух.

Удельная теплоемкость воздуха зависит от состава, влажности, атмосферного давления.

При этом, при увеличении температуры, газ увеличивается в объеме, и нам надо ввести еще одно значение – постоянного или переменного объема, что тоже повлияет на теплоемкость. Поэтому при расчетах количества теплоты для воздуха и других газов пользуются специальными графиками величин удельной теплоемкости газов в зависимости от различных факторов и условий.

Нужна помощь в учебе?

Количество теплоты. Теплоёмкость тела - Справочник студента Предыдущая тема: Количество теплоты: формула, расчет
Следующая тема:   Энергия топлива: удельная теплота сгорания + ПРИМЕРЫ

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/udelnaya-teployomkost-raschet-kolichestva-teploty

Формула количества теплоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Количество тепла, затрачиваемого на нагревание тела или высвобождающегося при его охлаждении, равно произведению удельной теплоты вещества, массы тела и разницы между конечной и начальной температурами.

Единицей измерения количества тепла является Дж (джоуль) или фекалии (калории).

Фактически, тепловая энергия является внутренней энергией тела, а это означает, что потеря тепла — это уменьшение внутренней энергии тела, а нагревание — увеличение.

Удельная теплоемкость является характеристикой вещества, что указывает на его способность накапливать внутреннюю (тепловую) энергию сама по себе. Чем меньше это, тем легче нагревать или охлаждать вещество. Он не пропорционален плотности, т. Е.

Более плотное вещество не обязательно нагревается более легко, чем менее плотное. Одним из веществ с высокой теплоемкостью является вода (c = 4187 Дж / (кг * K)).

  • Примеры решения проблем на тему «Количество тепла»
  • ПРИМЕР 1
  • Задача.
  • Решение.

    Все необходимые количества уже предоставлены нам, мы знаем удельную теплоту воды:

  • Ответ.

    ПРИМЕР 2

  • Задача

    В результате охлаждения тело потеряло Дж , затем тело было разделено на 2 равные части, один из которых был нагрет до градусов.

  • Решение
    1. концепции внутренней энергии и тепла является синонимом, то есть исходной энергией тела, мы можем легко найти:
    2. Обозначим:
    3. — количество потерянного тепла из-за охлаждения тела
    4. — количество тепла, сообщаемое одной из деталей в результате нагрева
    5. — количество тепла, передаваемого части, которая не нагревалась
    6. Так:
    7. Масса части тела равна половине массы тела, так как тело было разделено поровну:
    8. С другой частью ничего не делалось:
    9. Объединяя все это:
  • Ответ
  • Нужны оригинальность, уникальность и персональный подход? Закажи свою оригинальную работу УЗНАТЬ СТОИМОСТЬ

    Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/formula-kolichestva-teploti/

    Тепловые явления

    Внутренняя энергия тела зависит от его температуры и внешних условий — объёма и т. д. Если внешние условия остаются неизменными, т. е. объём и другие параметры постоянны, то внутренняя энергия тела зависит только от его температуры.

    Изменить внутреннюю энергию тела можно, не только нагревая его в пламени или совершая над ним механическую работу (без изменения положения тела, например, работа силы трения), но и приводя его в контакт с другим телом, имеющим температуру, отличную от температуры данного тела, т. е. посредством теплопередачи.

    Количество внутренней энергии, которое тело приобретает или теряет в процессе теплопередачи, и называется «количеством теплоты». Количество теплоты принято обозначать буквой `Q`.

    Если внутренняя энергия тела в процессе теплопередачи увеличивается, то теплоте приписывают знак плюс, и говорят, что телу сообщили теплоту `Q`.

    При уменьшении внутренней энергии в процессе теплопередачи теплота считается отрицательной, и говорят, что от тела отняли (или отвели) количество теплоты `Q`.

    Количество теплоты можно измерять в тех же единицах, в которых измеряется и механическая энергия. В системе СИ — это `1` джоуль. Существует и другая единица измерения теплоты — калория. Калория — это количество теплоты, необходимое для нагревания `1` г воды на `1^@ «C»`.

    Соотношение между этими единицами было установлено Джоулем: `1` кал `= 4,18` Дж. Это означает, что за счёт работы в `4,18` кДж температура `1` килограмма воды повысится на `1` градус.

    Количество теплоты, необходимое для нагревания тела на `1^@ «C»`, называется теплоёмкостью тела. Теплоёмкость тела обозначается буквой `C`. Если телу сообщили небольшое количество теплоты `Delta Q`, а температура тела изменилась на `Delta t` градусов, то                         

    Опыт показывает, что при обычных температурах `(200-500 sf»К»)` теплоёмкость большинства твёрдых и жидких тел почти не зависит от температуры. Для большинства расчётов будем принимать, что теплоёмкость какого-нибудь вещества есть величина постоянная.

    Кроме теплоёмкости тела `C` вводят ещё удельную теплоёмкость `c` — теплоёмкость единицы массы вещества. Именно эта величина обычно приводится в справочниках физических величин. Удельная теплоёмкость `c` связана с теплоёмкостью тела `C` и массой `m` тела соотношением:

    Приведённые формулы позволяют рассчитать, какое количество теплоты `Q` надо передать телу массы `m`, чтобы повысить его температуру от значения `t_1` до значения `t_2`:

    Если тело окружить оболочкой, плохо проводящей тепло, то температура тела, если оно предоставлено самому себе, будет оставаться в течение длительного времени практически постоянной. Таких идеальных оболочек в природе, конечно, не существует, но можно создать оболочки, которые по своим свойствам приближаются к таковым.

    Примерами могут служить обшивка космических кораблей, сосуды Дьюара, применяемые в физике и технике. Сосуд Дьюара представляет собой стеклянный или металлический баллон с двойными зеркальными стенками, между которыми создан высокий вакуум. Стеклянная колба домашнего термоса тоже является сосудом Дьюара.

    Теплоизолирующей является оболочка калориметра – прибора, позволяющего измерять количество теплоты. Калориметр представляет собой большой тонкостенный стакан, поставленный на кусочки пробки внутрь другого большого стакана так, чтобы между стенками оставался слой воздуха, и закрытый сверху теплонепроводящей крышкой.

    Если в калориметре привести в тепловой контакт два или несколько тел, имеющих различные температуры, и подождать, то через некоторое время внутри калориметра установится тепловое равновесие.

    В процессе перехода в тепловое равновесие одни тела будут отдавать тепло (суммарное количество теплоты `Q_(sf»отд»)`), другие будут получать тепло (суммарное количество теплоты `Q_(sf»пол»)`).

    А так как калориметр и содержащиеся в нём тела не обмениваются теплом с окружающим пространством, а только между собой, то можно записать соотношение, называемое также уравнением теплового баланса:

    В ряде тепловых процессов тепло может поглощаться или выделяться телом без изменения его температуры. Такие тепловые процессы имеют место при изменении агрегатного состояния вещества — плавлении, кристаллизации, испарении, конденсации и кипении. Коротко остановимся на основных характеристиках этих процессов.

    • Удельная теплота плавления `lambda` равна количеству теплоты, необходимому для того, чтобы расплавить `1` кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления. Количество теплоты `Q_(sf»пл»)`, которое потребуется для перевода твёрдого тела массы  `m` при температуре плавления в жидкое состояние, равно
    • Поскольку температура плавления остаётся постоянной, то количество теплоты, сообщаемое телу, идёт на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул, при этом происходит разрушение кристаллической решётки.
    • Удельная теплота парообразования `L` равна количеству теплоты, необходимому для того, чтобы превратить в пар `1` кг жидкости. Количество теплоты `Q_(sf»исп»)`, которое потребуется для перевода в парообразное состояние жидкость массой `m` равно

    Источник: https://zftsh.online/course/1543/5-kolichestvo-teploty-teploemkost

    Количество теплоты, удельная теплоемкость

    Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы или теплопередаче. При явлении теплопередачи внутренняя энергия передается теплопроводностью, конвекцией или излучением.

    Каждое тело при нагревании или охлаждении (при теплопередаче) получает или теряет какое-то количество энергии. Исходя из этого, принято это количество энергии назвать количеством теплоты.

    Итак, количество теплоты — это та энергия, которую отдает или получает тело в процессе теплопередачи.

    Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды? На простом примере можно понять, что для нагревания разного количества воды потребуется разное количество теплоты.

    Допустим, возьмем две пробирки с 1 литром воды и с 2-мя литрами воды. В каком случае потребуется большее количество теплоты? Во втором, там, где в пробирке 2 литра воды.

    Вторая пробирка будет нагреваться дольше, если мы подогреваем их одинаковым источником огня.

    Таким образом, количество теплоты зависит от массы тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты требуется для нагрева и, соответственно, на охлаждение тела требуется большее время.

    От чего еще зависит количество теплоты? Естественно, от разности температур тел. Но это еще не все. Ведь если мы попытаемся нагреть воду или молоко, то нам потребуется разное количество времени. Т.е получается, что количество теплоты зависит от вещества, из которого состоит тело.

    В итоге получается, что количество теплоты, которое нужно для нагревания или количество теплоты, которое выделяется при остывании тела, зависит от его массы, от изменения температуры и от вида вещества, из которого состоит тело.

    В чем измеряется количество теплоты

    За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль. До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать — “Дж”

    Калория — это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать — “кал”.

    • 1 кал = 4,19 Дж.
    • Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.
    • 1 ккал = 1000 кал.
    • 1 кДж = 1000 Дж
    • 1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

    Что такое удельная теплоемкость

    Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

    1. Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 0C
    2. Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*
    3. Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*0C.   То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 0C

    Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 0C потребуется другое количество теплоты.

    Как рассчитать количество теплоты для нагревания тела

    Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 0С до температуры 85 0С.

    Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус.

    То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

    • В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное
    • Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 0С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.
    • Количество  теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:
    • Q=c*m*(t2-t1).

    Разбор и решение задач

    1. Задача 1. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 0С
    2. Дано:
    3. m = 0,5 кг.,
    4. с = 4200 Дж/кг*0С,
    5. t1 = 20 0С,
    6. t2 = 50 0С.
    7. Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

    8. Решение:
    9. количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).
    10. Подставляем значения:
    11. Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.
    12. Ответ: Q=63 кДж.

    Задача 2.

    Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85 0С?

    • Дано:
    • m = 0,5 кг.,
    • с = 920 Дж/кг*0С,
    • t1 = 0 0С,
    • t2 = 85 0С.
    • Решение:
    • количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).
    • Подставляем значения:
    • Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 Дж = 39,1 кДж.
    • Ответ: Q= 39,1 кДж.

    Источник: https://ya-znau.ru/znaniya/zn/189

    Ссылка на основную публикацию