Mikä on lämmön määrä. Lämmön määrä

Oppimistavoite: Esittele lämpömäärän ja ominaislämmön kapasiteetin käsitteet.

Tavoitteen kehittäminen: Mindfulnessin kouluttaminen; opettaa ajattelemaan, tekemään johtopäätöksiä.

1. Aiheen päivittäminen

2. Selitys uudesta materiaalista. 50 minuuttia

Tiedät jo, että kehon sisäinen energia voi muuttua sekä tekemällä työtä että lämmönsiirrolla (tekemättä työtä).

Energiaa, jonka keho saa tai menettää lämmönsiirron aikana, kutsutaan lämmön määräksi. (kirjoittaminen muistikirjaan)

Tämä tarkoittaa, että lämpömäärän mittausyksiköt ovat myös joulea ( J).

Suoritamme kokeen: kaksi lasia yhdessä 300 g: ssa vettä ja toisessa 150 g ja 150 g: n rautasylinteri. Molemmat lasit asetetaan samalle tiilille. Jonkin ajan kuluttua lämpömittarit osoittavat, että astian vesi, jossa ruumis sijaitsee, lämpenee nopeammin.

Tämä tarkoittaa, että 150 g raudan lämmittämiseen tarvitaan vähemmän lämpöä kuin 150 g: n veden lämmittämiseen.

Kehoon siirretty lämmön määrä riippuu aineen tyypistä, josta keho on valmistettu. (kirjoittaminen muistikirjaan)

Ehdotamme kysymystä: Tarvitaanko sama määrä lämpöä kappaleiden, joiden massa on sama lämpötila, mutta jotka koostuvat eri aineista, lämmittämiseksi?

Suoritamme kokeen Tyndallin laitteella spesifisen lämpökapasiteetin määrittämiseksi.

Päätämme: rungot, joissa on erilaisia ​​aineita, mutta massa on sama, luovuttavat jäähtyessään ja tarvitsevat erilaisen lämpömäärän kuumennettaessa samalla asteella.

Teemme johtopäätökset:

1. Saman massaisten, eri aineista koostuvien kappaleiden lämmittämiseksi samaan lämpötilaan tarvitaan erilainen lämpömäärä.

2. Saman massan elimet, jotka koostuvat eri aineista ja kuumennetaan samaan lämpötilaan. Jäähdytettynä samalla asteella ne antavat erilaisen määrän lämpöä.

Päätämme siihen Eri aineiden massan yksikköyksiköiden lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä on erilainen.

Annamme ominaislämmön määritelmän.

Fysikaalista määrää, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin lämpömäärä, joka on siirrettävä 1 kg: n painoiselle ruumiille, jotta sen lämpötila muuttuu 1 astetta, kutsutaan aineen ominaislämmökapasiteetiksi.

Syötämme ominaislämmön kapasiteetin mittayksikkö: 1J / kg * aste.

Termin fyysinen merkitys : ominaislämpö osoittaa, kuinka paljon aineen 1 g (kg) sisäinen energia muuttuu, kun sitä kuumennetaan tai jäähdytetään 1 aste.

Harkitse taulukko joidenkin aineiden ominaislämpökapasiteeteista.

Ratkaisemme ongelman analyyttisesti

Kuinka paljon lämpöä tarvitaan lasillisen veden (200 g) lämmittämiseen välillä 20 0 - 70 0 C.

Lämmitykseen 1 g 1 g: lle. Vaatii - 4,2 J.

Ja 200 g: n lämmittäminen 1 g: lle kestää 200 enemmän - 200 * 4,2 J.

Ja 200 g: n lämmittämiseksi (70 0-20 0), tarvitaan vielä (70-20) enemmän - 200 * (70-20) * 4,2 J

Kun tiedot korvataan, saadaan Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.

Kirjoitamme tuloksena olevan kaavan vastaavien määrien perusteella

4. Mikä määrittää kehon lämmön määrän kuumennettaessa?

Huomaa, että kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä on verrannollinen ruumiin painoon ja sen lämpötilan muutokseen.,

Sylintereitä on kaksi samaa massaa: rauta ja messinki. Tarvitaanko saman määrän lämpöä niiden lämmittämiseen yhtä monta astetta? Miksi?

Kuinka paljon lämpöä tarvitaan 250 g: n veden lämmittämiseen 20 ° C: sta 60 ° C: seen

Mikä on kalorien ja joulen suhde?

Kalori on lämpömäärä, joka tarvitaan 1 g veden lämmittämiseen 1 asteella.

1 cal = 4,19 = 4,2 J

1kcal = 1000cal

1kcal = 4190J = 4200J

3. Ongelmien ratkaiseminen. 28 minuuttia

Jos kiehuvassa vedessä lämmitetyt lyijyn, tinan ja teräksen sylinterit, joiden paino on 1 kg, asetetaan jäälle, ne jäähtyvät ja osa niiden alla olevasta jäästä sulaa. Kuinka sylinterien sisäinen energia muuttuu? Minkä sylinterin alla sulaa enemmän jäätä, minkä alle vähemmän?

Lämmitetty kivi painaa 5 kg. Kun se jäähdytetään vedessä 1 astetta, se siirtää siihen 2,1 kJ energiaa. Mikä on kiven ominaislämpö?

Talttaa sammutettaessa se ensin lämmitettiin 650 ° C: seen, sitten kastettiin öljyyn, jossa se jäähdytettiin 50 ° C: seen. Mikä määrä lämpöä vapautui, jos sen massa on 500 g.

Mikä määrä lämpöä käytettiin lämmitykseen välillä 20 0 - 1220 0 C. Terässankki 35 kg painavan kompressorin kampiakselille.

Itsenäinen työ

Millainen lämmönsiirto?

Opiskelijat täyttävät taulukon.

1. Huoneen ilmaa lämmitetään seinien läpi.
2. Avoimesta ikkunasta, jonka läpi lämmin ilma pääsee.
3. Lasin läpi, joka päästää auringon säteet läpi.
4. Maata lämmittää auringon säteet.
5. Neste lämmitetään liedellä.
6. Teräslusikka lämmitetään teellä.
7. Ilmaa lämmitetään kynttilällä.
8. Kaasu liikkuu koneen lämpöä tuottavien osien ympäri.
9. Konekiväärin tynnyrin lämmittäminen.
10. Kiehuva maito.

5. Kotitehtävät: A. Peryshkin. ”Fysiikka 8” §7, 8; ongelmakokoelma 7-8 Lukashik V.I. Nro 778-780, 792,793 2 min.

Sylinterin kaasun sisäistä energiaa on mahdollista muuttaa paitsi suorittamalla työtä myös lämmittämällä kaasua (kuva 43). Jos mäntä on kiinteä, kaasun tilavuus ei muutu, mutta lämpötila ja siten sisäinen energia kasvaa.

Prosessi, jolla energiaa siirretään kehosta toiseen tekemättä työtä, kutsutaan lämmönsiirroksi tai lämmönsiirroksi.

Kehoon lämmönvaihdon seurauksena siirrettyä energiaa kutsutaan lämmön määräksi. Lämmön määrää kutsutaan myös energiaksi, jonka keho luovuttaa lämmönvaihdon aikana.

Molekyylikuva lämmönsiirrosta. Lämmönvaihdon aikana kappaleiden välisellä rajalla tapahtuu kylmän ruumiin hitaasti liikkuvien molekyylien ja kuuman ruumiin nopeammin liikkuvien molekyylien vuorovaikutus. Tämän seurauksena kineettiset energiat

molekyylit ovat linjassa ja kylmän ruumiin molekyylien nopeudet kasvavat ja kuuman rungon nopeus pienenee.

Lämmönvaihdon aikana energia ei muutu muodosta toiseen: osa kuuman ruumiin sisäisestä energiasta siirtyy kylmään runkoon.

Lämmön määrä ja lämpökapasiteetti. VII-luokan fysiikan kurssista tiedetään, että massaisen ruumiin lämmittämiseksi lämpötilasta lämpötilaan on tarpeen ilmoittaa sille lämmön määrä

Kun keho jäähtyy, sen lopullinen lämpötila on alhaisempi kuin alkuilman ja kehon luovuttama lämpömäärä on negatiivinen.

Kerrointa c kaavassa (4.5) kutsutaan ominaislämmöksi. Spesifinen lämpö on lämmön määrä, jonka 1 kg ainetta saa tai antaa, kun sen lämpötila muuttuu 1 K-

Ominaislämpö ilmaistaan ​​jouleina jaettuna kilogrammoina kelvin. Eri kappaleet tarvitsevat eriarvoisen määrän energiaa lämpötilan nostamiseksi I K. Siten veden ja kuparin ominaislämpökapasiteetti

Ominaislämpökapasiteetti ei riipu pelkästään aineen ominaisuuksista, vaan myös prosessista, jossa lämmönsiirto tapahtuu.Jos lämmität kaasua vakiopaineessa, se laajenee ja tekee työtä. Kaasun lämmittämiseksi 1 ° C: lla vakiopaineessa sen on siirrettävä enemmän lämpöä kuin lämmittämällä sitä vakiotilavuudella.

Nestemäiset ja kiinteät kappaleet laajenevat hieman kuumennettaessa, ja niiden ominaislämpökapasiteetit vakiotilavuudella ja vakiopaineella eroavat vähän.

Ominaishöyrystyslämpö. Nesteen muuttamiseksi höyryksi on tarpeen siirtää tietty määrä lämpöä siihen. Nesteen lämpötila ei muutu tämän muutoksen aikana. Nesteen muuttuminen höyryksi vakiolämpötilassa ei johda molekyylien kineettisen energian lisääntymiseen, mutta siihen liittyy niiden potentiaalisen energian kasvu. Loppujen lopuksi keskimääräinen etäisyys kaasumolekyylien välillä on monta kertaa suurempi kuin nestemolekyylien välillä. Lisäksi tilavuuden kasvu aineen siirtyessä nesteestä kaasumaiseen tilaan vaatii työtä ulkoisen paineen voimia vastaan.

Lämmön määrää, joka tarvitaan 1 kg nesteen muuttamiseksi höyryksi vakiolämpötilassa, kutsutaan

ominaishöyrystyslämpö. Tämä arvo on merkitty kirjaimella ja ilmaistaan ​​jouleina kilogrammaa kohden.

Veden höyrystymislämpötila on erittäin korkea: 100 ° C: n lämpötilassa. Muiden nesteiden (alkoholi, eetteri, elohopea, kerosiini jne.) Ominaishöyrystyslämpö on 3-10 kertaa vähemmän.

Nestemassan muuttamiseksi höyryksi tarvitaan lämpömäärä, joka on yhtä suuri kuin:

Kun höyry tiivistyy, vapautuu sama määrä lämpöä:

Spesifinen fuusiolämpö. Kun kiteinen kappale sulaa, kaikki siihen syötetty lämpö lisää molekyylien potentiaalista energiaa. Molekyylien kineettinen energia ei muutu, koska sulaminen tapahtuu vakiolämpötilassa.

Lämmön määrää, joka tarvitaan muuntamaan 1 kg kiteistä ainetta sulamispisteessä saman lämpötilan nesteiksi, kutsutaan ominaisfuusiolämmöksi.

1 kg aineen kiteyttämisen aikana vapautuu täsmälleen sama määrä lämpöä. Jään sulamisen ominaislämpö on melko korkea:

Kiteisen kappaleen sulattamiseksi massalla tarvitaan lämpömäärä, joka on yhtä suuri kuin:

Kehon kiteytymisen aikana vapautuva lämmön määrä on yhtä suuri kuin:

1. Mitä kutsutaan lämmön määräksi? 2. Mikä määrää aineiden ominaislämpökapasiteetin? 3. Mitä kutsutaan ominaishöyrystyslämmöksi? 4. Mitä kutsutaan ominaisfuusiolämmöksi? 5. Missä tapauksissa siirretyn lämmön määrä on negatiivinen?

Kuten jo tiedämme, kehon sisäinen energia voi muuttua sekä työtä tehdessä että lämmönsiirron avulla (tekemättä työtä). Suurin ero työn ja lämmön määrän välillä on se, että työ määrittää järjestelmän sisäisen energian muutosprosessin, johon liittyy energian muutos tyypistä toiseen.

Siinä tapauksessa, että sisäisen energian muutos tapahtuu sen avulla lämmönsiirto, energiansiirto kehosta toiseen tapahtuu lämmönjohtokyky, säteily tai konvektio.

Energiaa, jonka keho menettää tai vastaanottaa lämmönsiirron aikana, kutsutaan lämmön määrä.

Lämmön määrää laskettaessa sinun on tiedettävä, mitkä määrät vaikuttavat siihen.

Lämmitämme kaksi astiaa kahdesta identtisestä polttimesta. Yhdessä astiassa 1 kg vettä, toisessa - 2 kg. Veden lämpötila kahdessa astiassa on aluksi sama. Voimme nähdä, että samanaikaisesti yhden astian vesi lämpenee nopeammin, vaikka molemmat astiat saavat yhtä paljon lämpöä.

Siten päätellään: mitä suurempi on tietyn ruumiin massa, sitä enemmän lämpöä tulisi käyttää, jotta sen lämpötila laskisi tai nousisi samalla asteella.

Kun keho jäähtyy, se antaa naapurikohteille mitä suurempi lämmön määrä, sitä suurempi sen massa.

Me kaikki tiedämme, että jos meidän on lämmitettävä täysi vedenkeitin 50 ° C: seen, vietämme tähän toimintaan vähemmän aikaa kuin vedenkeittimen lämmittäminen samalla vesimäärällä, mutta vain 100 ° C: seen. Tapauksessa numero yksi veteen annetaan vähemmän lämpöä kuin toisessa.

Siten lämmitykseen tarvittava lämmön määrä riippuu suoraan siitä, onko kuinka monta astetta pystyy lämmittämään kehoa. Voimme päätellä: lämmön määrä riippuu suoraan ruumiinlämpötilan erosta.

Mutta onko mahdollista määrittää lämmön määrä, joka tarvitaan veden, mutta jonkin muun aineen, esimerkiksi öljyn, lyijyn tai raudan, lämmittämiseen?

Täytetään yksi astia vedellä ja toinen kasviöljyllä. Veden ja öljyn massat ovat samat. Lämmitämme molemmat astiat tasaisesti samoissa polttimissa. Aloitetaan koe samassa kasviöljyn ja veden alkulämpötilassa. Viiden minuutin kuluttua mittaamalla lämmitetyn öljyn ja veden lämpötilat huomaamme, että öljyn lämpötila on paljon korkeampi kuin veden lämpötila, vaikka molemmat nesteet saivat saman määrän lämpöä.

Ilmeinen johtopäätös viittaa itseensä: kuumennettaessa yhtä suuria määriä öljyä ja vettä samassa lämpötilassa, tarvitaan erilainen määrä lämpöä.

Ja teemme välittömästi toisen johtopäätöksen: kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä riippuu suoraan aineesta, josta keho itse (aineen tyyppi) koostuu.

Siten kehon lämmittämiseen tarvittava (tai jäähdytyksen aikana vapautuva) lämmön määrä riippuu suoraan tietyn ruumiin massasta, sen lämpötilan vaihtelusta sekä aineen tyypistä.

Lämmön määrä on merkitty symbolilla Q. Kuten muutkin erityyppiset energiat, lämmön määrä mitataan jouleina (J) tai kilojouleina (kJ).

1 kJ = 1000 J

Historia osoittaa kuitenkin, että tutkijat alkoivat mitata lämmön määrää kauan ennen kuin sellainen käsite kuin energia ilmestyi fysiikassa. Tuolloin päätettiin erityinen yksikkö lämmön määrän mittaamiseksi - kalori (cal) tai kilokalori (kcal). Sanalla on latinalaiset juuret, kalori on lämpöä.

1 kcal = 1000 kaloria

Kalori- tämä on lämpömäärä, joka tarvitaan 1 g veden lämmittämiseen 1 ° C: n lämpötilassa

1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J

1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ

Onko sinulla vielä kysyttävää? Etkö ole varma, kuinka tehdä läksyt?
Saadaksesi apua ohjaajalta - rekisteröidy.
Ensimmäinen oppitunti on ilmainen!

sivusto, jossa kopioidaan materiaali kokonaan tai osittain, linkki lähteeseen vaaditaan.

« Fysiikka - luokka 10 "

Missä prosesseissa aineen aggregaattimuunnokset tapahtuvat?
Kuinka voit muuttaa aineen aggregaatiotilaa?

Voit muuttaa minkä tahansa kehon sisäistä energiaa tekemällä työtä, lämmittämällä tai päinvastoin jäähdyttämällä sitä.
Joten metallia taottaessa tehdään työtä, ja se lämpenee, samalla metallia voidaan lämmittää palavan liekin päällä.

Lisäksi, jos kiinnität männän (kuva 13.5), kaasun tilavuus ei muutu kuumennettaessa eikä työtä tehdä. Mutta kaasun lämpötila ja siten sen sisäinen energia nousee.

Sisäinen energia voi kasvaa ja laskea, joten lämmön määrä voi olla positiivinen ja negatiivinen.

Energian siirtämistä kehosta toiseen tekemättä työtä kutsutaan lämmönvaihto.

Kvantitatiivista mittaria sisäisen energian muutoksesta lämmönvaihdon aikana kutsutaan lämmön määrä.

Molekyylikuva lämmönsiirrosta.

Lämmönvaihdon aikana kappaleiden välisellä rajapinnalla tapahtuu kylmän ruumiin hitaasti liikkuvien molekyylien ja kuuman ruumiin nopeasti liikkuvien molekyylien vuorovaikutus. Tämän seurauksena molekyylien kineettiset energiat tasaantuvat ja kylmän ruumiin molekyylien nopeudet kasvavat ja kuuman ruumiin nopeudet vähenevät.

Lämmönvaihdon aikana energia ei muutu muodosta toiseen; osa kuumemman rungon sisäisestä energiasta siirtyy vähemmän lämmitettyyn kappaleeseen.

Lämmön määrä ja lämpökapasiteetti.

Tiedät jo, että m-massan m lämmittämiseksi lämpötilasta t 1 lämpötilaan t 2 sinun on siirrettävä siihen lämpömäärä:

Q = cm (t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

Kun keho jäähtyy, sen lopullinen lämpötila t 2 osoittautuu alhaisemmaksi kuin alkulämpötila t 1 ja kehon luovuttama lämmön määrä on negatiivinen.

Kerrointa c kaavassa (13.5) kutsutaan ominaislämpö aineita.

Ominaislämpö on arvo numeerisesti yhtä suuri kuin lämpömäärä, jonka aine, jonka massa on 1 kg, saa tai antaa pois, kun sen lämpötila muuttuu 1 K.

Kaasujen ominaislämpökapasiteetti riippuu lämmönsiirtoprosessista. Jos lämmität kaasua vakiopaineessa, se laajenee ja tekee työtä. Kaasun lämmittämiseksi 1 ° C: lla vakiopaineessa sen on siirrettävä enemmän lämpöä kuin lämmittämään sitä vakiotilavuudella, kun kaasua vain lämmitetään.

Nesteet ja kiinteät aineet laajenevat hieman kuumennettaessa. Niiden ominaislämpökapasiteetit vakiotilavuudessa ja vakiopaineessa eroavat vähän.

Ominaishöyrystyslämpö.

Nesteen muuttamiseksi höyryksi kiehumisen aikana on siirrettävä tietty määrä lämpöä siihen. Nesteen lämpötila ei muutu kiehumisen aikana. Nesteen muuttuminen höyryksi vakiolämpötilassa ei johda molekyylien kineettisen energian lisääntymiseen, mutta siihen liittyy niiden vuorovaikutuksen potentiaalisen energian kasvu. Loppujen lopuksi keskimääräinen etäisyys kaasumolekyylien välillä on paljon suurempi kuin nestemolekyylien välillä.

Määrä, joka vastaa numeerisesti yhtä lämpömäärää, joka tarvitaan 1 kg painavan nesteen muuttumiseen vakiolämpötilassa höyryksi, kutsutaan ominaishöyrystyslämpö.

Nesteen haihtumisprosessi tapahtuu missä tahansa lämpötilassa, kun nopeimmat molekyylit lähtevät nesteestä, ja se jäähtyy haihdutuksen aikana. Ominaishöyrystyslämpö on yhtä suuri kuin höyrystyksen ominaislämpö.

Tämä arvo on merkitty kirjaimella r ja ilmaistaan ​​jouleina kilogrammaa kohden (J / kg).

Veden höyrystymisen ominaislämpö on erittäin korkea: rN20 = 2,256 10 6 J / kg 100 ° C: n lämpötilassa. Muiden nesteiden, esimerkiksi alkoholin, eetterin, elohopean, kerosiinin, ominaishöyrystyslämpö on 3-10 kertaa pienempi kuin vedellä.

Massaan olevan nesteen muuntamiseksi höyryksi tarvitaan lämpömäärä, joka on yhtä suuri kuin:

Q p = rm. (13.6)

Kun höyry tiivistyy, vapautuu sama määrä lämpöä:

Q = = -rm. (13.7)

Spesifinen fuusiolämpö.

Kun kiteinen kappale sulaa, kaikki siihen syötetty lämpö lisää molekyylien vuorovaikutuksen potentiaalista energiaa. Molekyylien kineettinen energia ei muutu, koska sulaminen tapahtuu vakiolämpötilassa.

Määrä, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin lämpömäärä, joka tarvitaan 1 kg painavan kiteisen aineen muuttamiseksi sulamispisteessä nesteeksi, kutsutaan ominaisfuusiolämpö ja merkitty kirjaimella λ.

Kun 1 kg painava aine kiteytyy, vapautuu täsmälleen sama määrä lämpöä kuin absorboituu sulamisen aikana.

Jään sulamisen ominaislämpö on melko korkea: 3,34 105 5 J / kg.

”Jos jäällä ei olisi korkea sulamislämpö, ​​niin keväällä koko jäämassan tulisi sulaa muutamassa minuutissa tai sekunnissa, koska lämpöä siirretään jatkuvasti jäälle ilmasta. Tämän seuraukset olisivat vakavia; loppujen lopuksi jopa nykyisessä tilanteessa tapahtuu suuria tulvia ja voimakkaita vesivirtauksia, kun suuret jää- tai lumimassat sulavat. " R.Musta, XVIII vuosisata

Kiteisen massan m sulattamiseksi tarvitaan lämpömäärä, joka on yhtä suuri kuin:

Q pl = λm. (13.8)

Kehon kiteytymisen aikana vapautuva lämmön määrä on yhtä suuri kuin:

Q cr = -λm (13,9)

Lämmön tasapainoyhtälö.

Tarkastellaan lämmönvaihtoa järjestelmässä, joka koostuu useista kappaleista, joiden lämpötila on alun perin erilainen, esimerkiksi lämmönvaihto astiassa olevan veden ja veteen pudotetun kuuman rautapallon välillä. Energiansäästölain mukaan yhden kehon luovuttama lämmön määrä on numeerisesti yhtä suuri kuin toisen vastaanottama lämmön määrä.

Annettua lämpömäärää pidetään negatiivisena, vastaanotettua lämpömäärää positiivisena. Siksi lämmön kokonaismäärä Q1 + Q2 = 0.

Jos lämmönvaihto tapahtuu useiden kappaleiden välillä eristetyssä järjestelmässä, niin

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Yhtälöä (13.10) kutsutaan lämpötaseyhtälö.

Tässä Q 1 Q 2, Q 3 - kehojen vastaanottama tai luovuttama lämmön määrä. Nämä lämpömäärät ilmaistaan ​​kaavoilla (13.5) tai kaavoilla (13.6) - (13.9), jos aineen eri faasimuunnokset (sulaminen, kiteytyminen, höyrystyminen, kondensaatio) tapahtuvat lämmönvaihtoprosessissa.

1. Sisäisen energian muutokselle tekemällä työtä on ominaista työn määrä, ts. työ on mitta sisäisen energian muutoksesta tietyssä prosessissa. Kehon sisäisen energian muutokselle lämmönsiirron aikana on tunnusomaista nimeltään kutsuttu määrä lämmön määrä.

Lämmön määrä on kehon sisäisen energian muutos lämmönsiirtoprosessissa tekemättä työtä.

Lämmön määrä ilmaistaan ​​kirjaimella \ (Q \). Koska lämmön määrä mittaa sisäisen energian muutosta, sen yksikkö on joule (1 J).

Kun siirretään tietty määrä lämpöä kehoon suorittamatta työtä, sen sisäinen energia kasvaa, jos keho antaa tietyn määrän lämpöä, sen sisäinen energia vähenee.

2. Jos kaadat 100 g vettä kahteen identtiseen astiaan ja 400 g vettä toiseen samassa lämpötilassa ja laitat ne samoille polttimille, ensimmäisen astian vesi kiehuu aikaisemmin. Siksi mitä suurempi on ruumiin massa, sitä enemmän lämpöä se tarvitsee sen lämmittämiseen. Sama koskee jäähdytystä: suuremman massan runko antaa enemmän lämpöä jäähdytettäessä. Nämä kappaleet on valmistettu samasta aineesta ja niitä lämmitetään tai jäähdytetään samalla määrällä asteita.

​3. Jos nyt 100 g vettä kuumennetaan 30 ° C: sta 60 ° C: seen, ts. 30 ° С ja sitten jopa 100 ° С, ts. 70 ° C, ensimmäisessä tapauksessa lämpeneminen vie vähemmän aikaa kuin toisessa, ja vastaavasti veden lämmittäminen 30 ° C: lla kuluttaa vähemmän lämpöä kuin veden lämmittäminen 70 ° C: lla . Siten lämmön määrä on suoraan verrannollinen lopullisten \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \) ja alkuperäisten \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) lämpötilojen eroon: \ (Q \ sim (t_2- t_1) \).

4. Jos nyt kaadat 100 g vettä yhteen astiaan ja kaatat vähän vettä toiseen samantyyppiseen astiaan ja laitat siihen metallirungon niin, että sen massa ja vesimassa ovat 100 g, ja kuumennat astiat identtisille laatat, niin näet, että astiassa, joka sisältää vain vettä, lämpötila on matalampi kuin lämpötila ja metallirunko. Siksi, jotta sisällön lämpötila molemmissa astioissa olisi sama, veteen on siirrettävä enemmän lämpöä kuin veteen ja metallirunkoon. Siten kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä riippuu aineen tyypistä, josta tämä kappale on valmistettu.

5. Kehon lämmittämiseen tarvittavan lämmön määrän riippuvuudelle aineen tyypistä on tunnusomaista fyysinen määrä, jota kutsutaan aineen ominaislämpö.

Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin lämpömäärä, joka on ilmoitettava 1 kg aineelle sen lämmittämiseksi 1 ° C (tai 1 K), kutsutaan aineen ominaislämmöksi.

Sama määrä lämpöä vapautuu 1 kg aineesta jäähdyttäen 1 ° C: ssa.

Ominaislämpö on merkitty kirjaimella \ (c \). Ominaislämmön yksikkö on 1 J / kg ° C tai 1 J / kg K.

Aineiden ominaislämpökapasiteetin arvot määritetään kokeellisesti. Nesteillä on korkeampi ominaislämpökapasiteetti kuin metalleilla; vedellä on korkein ominaislämpö, ​​kullalla on erittäin matala ominaislämpö.

Lyijyn ominaislämpökapasiteetti on 140 J / kg ° C. Tämä tarkoittaa, että 1 kg lyijyä kuumennettaessa 1 ° C: lla on käytettävä 140 J. lämpömäärää. Sama määrä lämpöä vapautuu, kun 1 kg vettä jäähtyy 1 ° C.

Koska lämmön määrä on yhtä suuri kuin kehon sisäisen energian muutos, voimme sanoa, että ominaislämpökapasiteetti osoittaa, kuinka paljon 1 kg: n aineen sisäinen energia muuttuu, kun sen lämpötila muuttuu 1 ° C: lla. Erityisesti 1 kg lyijyn sisäinen energia, kun sitä kuumennetaan 1 ° C, kasvaa 140 J: lla ja jäähdytettäessä se vähenee 140 J: lla.

Lämpömäärä \ (Q \), joka tarvitaan massakappaleen \ (m \) lämmittämiseen lämpötilasta \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) lämpötilaan \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \ ) on yhtä suuri kuin aineen ominaislämpökapasiteetin, ruumiinpainon ja lopullisen ja alkulämpötilan välisen erotuksen eli

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

Samaa kaavaa käytetään lämmön määrän laskemiseen, jonka keho antaa jäähdytyksen aikana. Vain tässä tapauksessa lopullinen lämpötila tulisi vähentää alkulämpötilasta, ts. vähennä alempi korkeammasta lämpötila-arvosta.

6. Esimerkki ongelman ratkaisemisesta... Kaadettiin lasiin, joka sisälsi 200 g vettä 80 ° C: n lämpötilassa, 100 g vettä 20 ° C: n lämpötilassa. Sen jälkeen astian lämpötila asetettiin 60 ° C: seen. Kuinka paljon lämpöä vastaanotettiin kylmällä vedellä ja annettiin lämpimällä vedellä?

Kun ratkaiset ongelmaa, sinun on suoritettava seuraava toimintosarja:

1. kirjoita lyhyesti ongelman tila;
2. Muunna arvojen arvot SI: ksi;
3. analysoi ongelma, selvitä, mitkä elimet osallistuvat lämmönvaihtoon, mitkä elimet antavat energiaa ja mitkä saavat;
4. ratkaista ongelma yleensä;
5. suorittaa laskutoimituksia;
6. analysoi saatu vastaus.

1. Tehtävä.

Annettu:
\ (M_1 \) = 200 g
\ (M_2 \) = 100 g
\ (T_1 \) = 80 ° C
\ (T_2 \) = 20 ° C
\ (T \) = 60 ° С
______________

\ (Q_1 \) -? \ (Q_2 \) -?
\ (C_1 \) = 4200 J / kg ° С

2. SI:\ (M_1 \) = 0,2 kg; \ (M_2 \) = 0,1 kg.

3. Ongelman analyysi... Ongelma kuvaa lämmönvaihtoprosessia kuuman ja kylmän veden välillä. Kuuma vesi antaa lämpömäärän \ (Q_1 \) ja jäähdytetään lämpötilasta \ (t_1 \) lämpötilaan \ (t \). Kylmä vesi vastaanottaa lämpömäärän \ (Q_2 \) ja lämpenee lämpötilasta \ (t_2 \) lämpötilaan \ (t \).

4. Yleinen ongelmanratkaisu... Kuuman veden luovuttama lämmön määrä lasketaan kaavalla: \ (Q_1 = c_1m_1 (t_1-t) \).

Kylmän veden vastaanottama lämpömäärä lasketaan kaavalla: \ (Q_2 = c_2m_2 (t-t_2) \).

5. Laskelmat.
\ (Q_1 \) = 4200 J / kg ° C 0,2 kg 20 ° C = 16800 J
\ (Q_2 \) = 4200 J / kg ° C 0,1 kg 40 ° C = 16800 J

6. Vastauksena saatiin, että kuuman veden luovuttama lämmön määrä on yhtä suuri kuin kylmän veden vastaanottama lämmön määrä. Tässä tapauksessa ajateltiin idealisoitua tilannetta, eikä sitä otettu huomioon, että tietty määrä lämpöä käytettiin lasin, jossa vesi sijaitsi, ja ympäröivän ilman lämmittämiseen. Todellisuudessa kuuman veden luovuttama lämmön määrä on kuitenkin suurempi kuin kylmän veden vastaanottaman lämmön määrä.

Osa 1

1. Hopean ominaislämpökapasiteetti on 250 J / (kg ° C). Mitä tämä tarkoittaa?

1) kun 1 kg hopeaa jäähtyy 250 ° C: ssa, vapautuu 1 J: n lämpömäärä
2) kun 250 kg hopeaa jäähtyy 1 ° C: ssa, vapautuu 1 J: n lämpömäärä
3) kun 250 kg hopeaa jäähtyy 1 ° C: ssa, lämmön määrä imeytyy 1 J
4) kun 1 kg hopeaa jäähtyy 1 ° C: ssa, vapautuu 250 J: n lämpömäärä

2. Sinkin ominaislämpökapasiteetti on 400 J / (kg ° C). Se tarkoittaa sitä

1) kun 1 kg sinkkiä kuumennetaan 400 ° C: ssa, sen sisäinen energia kasvaa 1 J: lla
2) kun 400 kg sinkkiä kuumennetaan 1 ° C: lla, sen sisäinen energia kasvaa 1 J: lla
3) 400 kg sinkin lämmittämiseksi 1 ° C: ssa on käytettävä 1 J energiaa
4) kun 1 kg sinkkiä kuumennetaan 1 ° C: lla, sen sisäinen energia kasvaa 400 J: lla

3. Kun siirretään kiinteään massaosaan \ (m \) lämpömäärä \ (Q \), kehon lämpötila nousi \ (\ Delta t ^ \ circ \). Mikä seuraavista ilmaisuista määrittää tämän kehon aineen ominaislämmön?

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. Kuvassa on kaavio kahden saman massan kappaleen (1 ja 2) lämmittämiseen tarvittavan lämpömäärän riippuvuudesta lämpötilasta. Vertaa aineiden ominaislämmön (\ (c_1 \) ja \ (c_2 \) arvoja, joista nämä kappaleet on valmistettu.

1) \ (c_1 = c_2 \)
2) \ (c_1> c_2 \)
3) \ (c_1 4) vastaus riippuu kappaleiden massan arvosta

5. Kaavio näyttää lämmön määrän, joka siirretään kahteen saman massaisen kappaleeseen, kun niiden lämpötila muuttuu samalla asteella. Mikä on oikea suhde niiden aineiden ominaislämpökapasiteettiin, joista kappaleet on valmistettu?

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

6. Kuvassa on kaavio kiinteän aineen lämpötilan riippuvuudesta sille annetusta lämmön määrästä. Paino 4 kg. Mikä on tämän kehon aineen ominaislämpökapasiteetti?

1) 500 J / (kg ° C)
2) 250 J / (kg ° C)
3) 125 J / (kg ° C)
4) 100 J / (kg ° C)

7. Kun 100 g: n kiteistä ainetta kuumennettiin, aineen lämpötila ja aineelle annettu lämmön määrä mitattiin. Mittaustiedot esitettiin taulukon muodossa. Jos oletetaan, että energiahäviöt voidaan jättää huomiotta, määritä kiinteässä tilassa olevan aineen ominaislämpö.

1) 192 J / (kg ° C)
2) 240 J / (kg ° C)
3) 576 J / (kg ° C)
4) 480 J / (kg ° C)

8. Jos haluat lämmittää 192 g molybdeeniä 1 K: ta kohden, sinun on siirrettävä siihen 48 J. lämpömäärä. Mikä on tämän aineen ominaislämpö?

1) 250 J / (kg K)
2) 24 J / (kg K)
3) 4 · 10-3 J / (kg · K)
4) 0,92 J / (kg K)

9. Kuinka paljon lämpöä tarvitaan 100 g lyijyn lämmittämiseen 27 ° C: sta 47 ° C: seen?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Tiilen lämmittämiseen 20 ° C: sta 85 ° C: seen käytettiin sama määrä lämpöä kuin saman massaisen veden lämmittämiseen 13 ° C: lla. Tiilen ominaislämpökapasiteetti on

1) 840 J / (kg K)
2) 21000 J / (kg K)
3) 2100 J / (kg K)
4) 1680 J / (kg K)

11. Valitse alla olevista lauseista kaksi oikeaa ja kirjoita niiden numerot taulukkoon.

1) Lämpö, ​​jonka keho saa, kun sen lämpötila nousee tietyllä määrällä asteita, on yhtä suuri kuin lämmön määrä, jonka tämä keho antaa, kun sen lämpötila laskee saman määrän astetta.
2) Kun aine jäähtyy, sen sisäinen energia kasvaa.
3) Lämpöä, jonka aine saa kuumennettaessa, käytetään pääasiassa sen molekyylien kineettisen energian lisäämiseen.
4) Lämmön määrää, jonka aine saa kuumennettaessa, käytetään pääasiassa sen molekyylien vuorovaikutuksen potentiaalisen energian lisäämiseen
5) Kehon sisäistä energiaa voidaan muuttaa vain antamalla sille tietty määrä lämpöä

12. Taulukossa esitetään massan \ (m \), lämpötilan muutoksen \ (\ Delta t \) ja kuparista tai alumiinista valmistettujen sylinterien jäähdytyksen aikana vapautuneen lämpömäärän \ (Q \) mittaustulokset.

Mitkä lausunnot ovat yhdenmukaisia ​​kokeen tulosten kanssa? Valitse kaksi oikeaa luettelosta. Ilmoita heidän numeronsa. Suoritettujen mittausten perusteella voidaan väittää, että jäähdytyksen aikana vapautuva lämmön määrä

1) riippuu aineesta, josta sylinteri on valmistettu.
2) ei riipu aineesta, josta sylinteri on valmistettu.
3) kasvaa sylinterimassan kasvaessa.
4) kasvaa lämpötilaeron kasvaessa.
5) alumiinin ominaislämpö on neljä kertaa suurempi kuin tinan ominaislämpö.

Osa 2

C1. Kiinteä runko, jonka paino on 2 kg, laitetaan 2 kW: n uuniin ja sitä lämmitetään. Kuvassa näkyy tämän ruumiin lämpötilan \ (t \) riippuvuus lämmitysajasta \ (\ tau \). Mikä on aineen ominaislämpö?

1) 400 J / (kg ° C)
2) 200 J / (kg ° C)
3) 40 J / (kg ° C)
4) 20 J / (kg ° C)

Vastaukset