Količina toplote pri zagrevanju. Izračunavanje količine toplote tokom prenosa toplote, specifičnog toplotnog kapaciteta supstance. Jednačina toplotnog bilansa

Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se izmjena toplote ili prijenos topline. Prenos toplote se dešava između tela koja imaju različita temperatura. Kada se uspostavi kontakt između tijela s različitim temperaturama, dio unutrašnje energije se prenosi sa tijela sa više visoke temperature na tijelo sa nižom temperaturom. Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat prijenosa topline naziva se količinu toplote.

Specifični toplotni kapacitet supstance:

Ako proces prenosa toplote nije praćen radom, tada je, na osnovu prvog zakona termodinamike, količina toplote jednaka promeni unutrašnje energije tela: .

Prosječna energija slučajnog translacijskog kretanja molekula proporcionalna je apsolutnoj temperaturi. Promjena unutrašnje energije tijela jednaka je algebarskom zbiru promjena energije svih atoma ili molekula, čiji je broj proporcionalan masi tijela, pa je promjena unutrašnje energije i, posljedično, količina topline je proporcionalna masi i promjeni temperature:

Faktor proporcionalnosti u ovoj jednačini se naziva specifični toplotni kapacitet supstance. Specifični toplotni kapacitet pokazuje koliko je toplote potrebno da se temperatura 1 kg supstance podigne za 1 K.

Rad u termodinamici:

U mehanici se rad definira kao proizvod modula sile i pomaka i kosinusa ugla između njih. Rad se obavlja kada sila djeluje na tijelo koje se kreće i jednaka je promjeni njegove kinetičke energije.

U termodinamici se ne razmatra kretanje tijela kao cjeline, govorimo o kretanju dijelova makroskopskog tijela jedan u odnosu na drugi. Kao rezultat toga, volumen tijela se mijenja, a njegova brzina ostaje jednaka nuli. Rad u termodinamici definiran je na isti način kao i u mehanici, ali je jednak promjeni ne kinetičke energije tijela, već njegove unutrašnje energije.

Kada se rad obavi (kompresija ili ekspanzija), unutrašnja energija plina se mijenja. Razlog za to je sljedeći: prilikom elastičnih sudara molekula gasa sa klipom u pokretu, njihova kinetička energija se menja.

Izračunajmo rad gasa tokom ekspanzije. Gas djeluje na klip sa silom
, gdje je pritisak gasa, i - površina klip. Kako se plin širi, klip se pomiče u smjeru sile na kratkoj udaljenosti
. Ako je udaljenost mala, tada se tlak plina može smatrati konstantnim. Rad gasa je:

Gdje
- promjena zapremine gasa.

U procesu širenja plina, on radi pozitivan rad, jer se smjer sile i pomaka poklapaju. U procesu širenja, plin daje energiju okolnim tijelima.

Rad spoljnih tela na gasu razlikuje se od rada gasa samo u znaku
, jer snaga djelovanje na gas je suprotno sili , sa kojim gas deluje na klip, i jednak mu je po apsolutnoj vrednosti (Njutnov treći zakon); a kretanje ostaje isto. Zato rad spoljne sile je jednako:

.

Prvi zakon termodinamike:

Prvi zakon termodinamike je zakon održanja energije, proširen na termalne pojave. Zakon o očuvanju energije: energija u prirodi ne nastaje ni iz čega i ne nestaje: količina energije je nepromijenjena, samo se mijenja iz jednog oblika u drugi.

U termodinamici se razmatraju tijela čiji se položaj težišta praktički ne mijenja. Mehanička energija takvih tijela ostaje konstantna, a samo se unutrašnja energija može mijenjati.

Unutrašnja energija se može mijenjati na dva načina: prijenosom topline i radom. U opštem slučaju, unutrašnja energija se menja kako zbog prenosa toplote tako i zbog obavljanja rada. Prvi zakon termodinamike formulisan je upravo za takve opšte slučajeve:

Promjena unutrašnje energije sistema tokom njegovog prijelaza iz jednog stanja u drugo jednaka je zbiru rada vanjskih sila i količine topline prenijete sistemu:

Ako je sistem izolovan, onda se na njemu ne radi i ne razmenjuje toplotu sa okolnim tijelima. Prema prvom zakonu termodinamike unutrašnja energija izolovanog sistema ostaje nepromenjena.

S obzirom na to
, prvi zakon termodinamike može se napisati na sljedeći način:

Količina toplote koja se prenosi sistemu ide na promjenu njegove unutrašnje energije i na obavljanje rada sistema na vanjskim tijelima.

Drugi zakon termodinamike: nemoguće je prenijeti toplotu sa hladnijeg sistema na topliji u odsustvu drugih istovremenih promjena u oba sistema ili u okolnim tijelima.

« fizika - 10. razred

U kojim procesima dolazi do agregatne transformacije materije?
Kako se stanje materije može promijeniti?

Možete promijeniti unutrašnju energiju bilo kojeg tijela vršeći rad, grijanjem ili, obrnuto, hlađenjem.
Tako se pri kovanju metala obavlja rad i on se zagreva, a istovremeno se metal može zagrevati nad zapaljenim plamenom.

Takođe, ako je klip fiksiran (slika 13.5), tada se zapremina gasa ne menja kada se zagreje i ne radi se nikakav rad. Ali temperatura plina, a time i njegova unutrašnja energija, raste.

Unutrašnja energija se može povećavati i smanjivati, tako da količina topline može biti pozitivna ili negativna.

Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se izmjena toplote.

Kvantitativna mera promene unutrašnje energije tokom prenosa toplote naziva se količinu toplote.

Molekularna slika prijenosa topline.

Tokom razmjene topline na granici između tijela, sporo pokretni molekuli hladnog tijela stupaju u interakciju sa molekulima koji se brzo kreću toplog tijela. Kao rezultat, kinetičke energije molekula se izjednačavaju i brzine molekula hladnog tijela se povećavaju, dok se kod vrućeg tijela smanjuju.

U toku razmene toplote ne dolazi do pretvaranja energije iz jednog oblika u drugi, deo unutrašnje energije toplijeg tela se prenosi na manje zagrejano telo.

Količina topline i toplinski kapacitet.

Već znate da je za zagrijavanje tijela mase m sa temperature t 1 na temperaturu t 2 potrebno prenijeti na njega količinu topline:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13.5)

Kada se tijelo ohladi, njegova konačna temperatura t 2 ispada da je manja od početne temperature t 1 i količina topline koju tijelo daje negativna.

Koeficijent c u formuli (13.5) se zove specifični toplotni kapacitet supstance.

Specifična toplota- ovo je vrijednost numerički jednaka količini topline koju prima ili odaje tvar mase 1 kg kada se njena temperatura promijeni za 1 K.

Specifični toplotni kapacitet gasova zavisi od procesa kojim se toplota prenosi. Ako zagrijete plin pri konstantnom pritisku, on će se proširiti i obaviti posao. Za zagrijavanje plina za 1 °C pri konstantnom pritisku, potrebno ga je prenijeti velika količina topline nego za zagrijavanje pri konstantnoj zapremini, kada će se plin samo zagrijati.

Tečnosti i čvrste materije se lagano šire kada se zagreju. Njihovi specifični toplinski kapaciteti pri konstantnoj zapremini i konstantnom pritisku se malo razlikuju.

Specifična toplota isparavanja.

Da bi se tekućina pretvorila u paru tokom procesa ključanja, potrebno joj je prenijeti određenu količinu topline. Temperatura tečnosti se ne menja kada proključa. Pretvaranje tečnosti u paru pri konstantnoj temperaturi ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, već je praćeno povećanjem potencijalna energija njihove interakcije. Na kraju krajeva, prosječna udaljenost između molekula plina je mnogo veća nego između molekula tekućine.

Naziva se brojčano jednaka količina topline koja je potrebna za pretvaranje tekućine od 1 kg u paru pri konstantnoj temperaturi specifična toplota isparavanje.

Proces isparavanja tečnosti odvija se na bilo kojoj temperaturi, dok najbrži molekuli napuštaju tečnost, a ona se hladi tokom isparavanja. Specifična toplota isparavanja jednaka je specifičnoj toploti isparavanja.

Ova vrijednost je označena slovom r i izražena je u džulima po kilogramu (J/kg).

Specifična toplota isparavanja vode je veoma visoka: r H20 = 2,256 10 6 J/kg na temperaturi od 100 °C. U drugim tečnostima, kao što su alkohol, etar, živa, kerozin, specifična toplota isparavanja je 3-10 puta manja od one vode.

Za pretvaranje tekućine mase m u paru potrebna je količina topline jednaka:

Q p \u003d rm. (13.6)

Kada se para kondenzuje, oslobađa se ista količina toplote:

Q k \u003d -rm. (13.7)

Specifična toplota fuzije.

Kada se kristalno tijelo topi, sva toplina dovedena u njega odlazi na povećanje potencijalne energije interakcije molekula. Kinetička energija molekula se ne mijenja, jer se topljenje događa na konstantnoj temperaturi.

Vrijednost numerički jednaka količini topline koja je potrebna da se kristalna tvar težine 1 kg na tački topljenja pretvori u tekućinu naziva se specifična toplota fuzije i označeni su slovom λ.

Prilikom kristalizacije supstance mase 1 kg oslobađa se tačno ista količina toplote koja se apsorbuje tokom topljenja.

Specifična toplota topljenja leda je prilično visoka: 3,34 10 5 J/kg.

„Kada led ne bi imao visoku toplotu fuzije, tada bi se u proleće cela masa leda morala otopiti za nekoliko minuta ili sekundi, jer se toplota neprekidno prenosi na led iz vazduha. Posljedice ovoga bi bile strašne; jer čak i pod sadašnjom situacijom velike poplave i velike vodene bujice nastaju topljenjem velikih masa leda ili snijega.” R. Black, 18. vijek

Da bi se rastopilo kristalno tijelo mase m, potrebna je količina topline jednaka:

Qpl \u003d λm. (13.8)

Količina toplote koja se oslobađa tokom kristalizacije tela jednaka je:

Q cr = -λm (13.9)

Jednačina toplotnog bilansa.

Razmotrimo prijenos topline unutar sistema koji se sastoji od nekoliko tijela sa inicijalno razne temperature, na primjer, izmjena topline između vode u posudi i vruće željezne kugle spuštene u vodu. Prema zakonu održanja energije, količina toplote koju odaje jedno tijelo brojčano je jednaka količini toplote koju primi drugo.

Zadana količina topline se smatra negativnom, primljena količina topline smatra se pozitivnom. Dakle, ukupna količina toplote Q1 + Q2 = 0.

Ako dođe do razmene toplote između više tela u izolovanom sistemu, onda

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

Jednačina (13.10) se zove jednačina toplotnog bilansa.

Ovde Q 1 Q 2 , Q 3 - količina toplote koju primaju ili predaju tela. Ove količine toplote izražavaju se formulom (13.5) ili formulama (13.6) - (13.9), ako se u procesu prenosa toplote dešavaju različite fazne transformacije supstance (topljenje, kristalizacija, isparavanje, kondenzacija).

1. Promjenu unutrašnje energije vršenjem rada karakteriše količina rada, tj. rad je mjera promjene unutrašnje energije u datom procesu. Promenu unutrašnje energije tela tokom prenosa toplote karakteriše vrednost tzv količinu toplote.

Količina toplote je promena unutrašnje energije tela u procesu prenosa toplote bez vršenja rada.

Količina topline je označena slovom ​ \ (Q \). Pošto je količina toplote mjera promjene unutrašnje energije, njena jedinica je džul (1 J).

Kada tijelo prenosi određenu količinu topline bez vršenja rada, njegova unutrašnja energija se povećava, ako tijelo odaje određenu količinu topline, tada se njegova unutrašnja energija smanjuje.

2. Ako u dvije identične posude sipate 100 g vode, a u drugu na istoj temperaturi 400 g i stavite na iste gorionike, tada će voda u prvoj posudi ranije proključati. Dakle, što je veća masa tijela, to mu je potrebna veća količina topline da se zagrije. Isto je i sa hlađenjem: tijelo veće mase, kada se ohladi, daje veću količinu toplote. Ova tijela su napravljena od iste supstance i zagrijavaju se ili hlade za isti broj stupnjeva.

​3. Ako sada zagrijemo 100 g vode od 30 do 60 °C, tj. za 30 °S, a zatim do 100 °S, tj. za 70 °C, tada će u prvom slučaju biti potrebno manje vremena za zagrijavanje nego u drugom, i, shodno tome, manje topline će se potrošiti na zagrijavanje vode za 30 °C nego na zagrijavanje vode za 70 °C. Dakle, količina topline je direktno proporcionalna razlici između konačne ​\((t_2\,^\circ C) \) i početne \((t_1\,^\circ C) \) temperature: ​\(Q \sim(t_2- t_1) \) .

4. Ako se sada u jednu posudu ulije 100 g vode, a u drugu sličnu posudu ulije malo vode i u nju se stavi metalno tijelo tako da mu masa i masa vode budu 100 g, a posude se zagriju na identičnoj pločice, onda se može vidjeti da će u posudi koja sadrži samo vodu imati nižu temperaturu od one koja sadrži vodu i metalno tijelo. Dakle, da bi temperatura sadržaja u obe posude bila ista, mora se veća količina toplote preneti na vodu nego na vodu i metalno telo. Dakle, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje je ovo tijelo napravljeno.

5. Ovisnost količine topline potrebne za zagrijavanje tijela o vrsti tvari karakterizira fizička veličina tzv. specifični toplotni kapacitet supstance.

Fizička veličina jednaka količini topline koju treba prijaviti 1 kg tvari da bi se zagrijala za 1 °C (ili 1 K) naziva se specifična toplina tvari.

Istu količinu toplote daje 1 kg supstance kada se ohladi za 1 °C.

Specifični toplotni kapacitet se označava slovom ​ \ (c \) . Jedinica specifičnog toplotnog kapaciteta je 1 J/kg °C ili 1 J/kg K.

Vrijednosti specifičnog toplinskog kapaciteta tvari određuju se eksperimentalno. Tečnosti imaju veći specifični toplotni kapacitet od metala; Voda ima najveći specifični toplotni kapacitet, zlato ima vrlo mali specifični toplotni kapacitet.

Specifični toplotni kapacitet olova je 140 J/kg °C. To znači da je za zagrijavanje 1 kg olova za 1 °C potrebno potrošiti toplinu od 140 J. Ista količina toplote će se osloboditi kada se 1 kg vode ohladi za 1 °C.

Budući da je količina topline jednaka promjeni unutrašnje energije tijela, možemo reći da specifični toplinski kapacitet pokazuje koliko se mijenja unutrašnja energija 1 kg tvari kada se njena temperatura promijeni za 1 °C. Konkretno, unutrašnja energija 1 kg olova, kada se zagrije za 1 °C, povećava se za 140 J, a kada se ohladi, smanjuje se za 140 J.

Količina topline ​\(Q \) ​potrebna da se tijelo mase ​\(m \) ​ sa temperature \((t_1\,^\circ C) \) zagrije na temperaturu \((t_2\, ^\circ C) \) , jednak je proizvodu specifične toplote supstance, telesne mase i razlike između konačne i početne temperature, tj.

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

Ista formula se koristi za izračunavanje količine toplote koju tijelo odaje kada se ohladi. Samo u tom slučaju konačnu temperaturu treba oduzeti od početne temperature, tj. od veća vrijednost oduzmite manje temperature.

6. Primjer rješenja problema. Čaša koja sadrži 200 g vode temperature 80°C prelije se sa 100 g vode temperature 20°C. Nakon toga je u posudi uspostavljena temperatura od 60 °C. Koliko toplote prima hladna voda, a odaje topla voda?

Prilikom rješavanja problema morate izvršiti sljedeći niz radnji:

1. ukratko zapišite stanje problema;
2. pretvoriti vrijednosti veličina u SI;
3. analizirati problem, utvrditi koja tijela učestvuju u razmjeni toplote, koja tijela daju energiju, a koja je primaju;
4. riješiti problem u opšti pogled;
5. izvršiti proračune;
6. analizirati primljeni odgovor.

1. Zadatak.

Dato:
\\ (m_1 \) \u003d 200 g
\(m_2 \) \u003d 100 g
​ \ (t_1 \) \u003d 80 ° C
​ \ (t_2 \) \u003d 20 ° C
​ \ (t \) \u003d 60 ° C
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​ \ (c_1 \) ​ \u003d 4200 J / kg ° S

2. SI:\\ (m_1 \) \u003d 0,2 kg; ​ \ (m_2 \) \u003d 0,1 kg.

3. Analiza zadataka. Problem opisuje proces razmjene topline između vruće i hladnom vodom. Vruća voda odaje količinu topline ​\(Q_1 \) ​ i hladi se sa temperature ​\(t_1 \) ​ na temperaturu ​\(t \) . Hladna voda prima količinu toplote ​\(Q_2 \) ​ i zagreva se sa temperature ​\(t_2 \) ​ na temperaturu ​\(t \) ​.

4. Rješenje problema u opštem obliku. Količina oslobođene toplote vruća voda, izračunava se po formuli: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Količina toplote koju prima hladna voda izračunava se po formuli: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Računarstvo.
​ \ (Q_1 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,2 kg 20 ° C \u003d 16800 J
\ (Q_2 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,1 kg 40 ° C \u003d 16800 J

6. U odgovoru se dobija da je količina toplote koju daje topla voda jednaka količini toplote koju prima hladna voda. U ovom slučaju je razmatrana idealizirana situacija i nije uzeto u obzir da je određena količina topline korištena za zagrijavanje stakla u kojem se nalazila voda i okolnog zraka. U stvarnosti, količina toplote koju daje topla voda je veća od količine toplote koju prima hladna voda.

Dio 1

1. Specifični toplotni kapacitet srebra je 250 J/(kg °C). Šta to znači?

1) pri hlađenju 1 kg srebra na 250 ° C oslobađa se količina toplote od 1 J
2) pri hlađenju 250 kg srebra na 1 °C oslobađa se količina toplote od 1 J
3) kada se 250 kg srebra ohladi za 1 °C, apsorbuje se količina toplote od 1 J
4) kada se 1 kg srebra ohladi za 1 °C, oslobađa se količina toplote od 250 J

2. Specifični toplotni kapacitet cinka je 400 J/(kg °C). To znači da

1) kada se 1 kg cinka zagrije na 400 °C, njegova unutrašnja energija se povećava za 1 J
2) kada se 400 kg cinka zagrije za 1 °C, njegova unutrašnja energija raste za 1 J
3) za zagrijavanje 400 kg cinka za 1 °C potrebno je potrošiti 1 J energije
4) kada se 1 kg cinka zagrije za 1 °C, njegova unutrašnja energija se povećava za 400 J

3. Prilikom prenošenja čvrsto telo masa ​\(m \) ​\(Q \) ​tjelesna temperatura se povećala za ​\(\Delta t^\circ \) . Koji od sljedećih izraza određuje specifični toplinski kapacitet tvari ovog tijela?

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. Na slici je prikazan grafik količine topline potrebne za zagrijavanje dva tijela (1 i 2) iste mase na temperaturi. Uporedite vrijednosti specifičnog toplinskog kapaciteta (​\(c_1 \) ​ i ​\(c_2 \) ) tvari od kojih su napravljena ova tijela.

1) ​\(c_1=c_2 \)​
2) ​\(c_1>c_2 \)​
3) \(c_1 4) odgovor zavisi od vrednosti mase tela

5. Dijagram prikazuje vrijednosti količine topline koja se prenosi na dva tijela jednake mase kada se njihova temperatura promijeni za isti broj stupnjeva. Koji je odnos specifičnih toplotnih kapaciteta materija od kojih su napravljena tela tačan?

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

6. Na slici je prikazan graf zavisnosti temperature čvrstog tela od količine toplote koju ono daje. Tjelesna težina 4 kg. Koliki je specifični toplinski kapacitet tvari ovog tijela?

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

7. Kada se zagrije kristalna tvar težine 100 g, mjerena je temperatura tvari i količina topline koja je prenesena tvari. Podaci mjerenja prikazani su u obliku tabele. Uz pretpostavku da se gubici energije mogu zanemariti, odredite specifični toplinski kapacitet tvari u čvrstom stanju.

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

8. Da bi se 192 g molibdena zagrejalo za 1 K, potrebno je na njega preneti količinu toplote od 48 J. Koliki je specifični toplotni kapacitet ove supstance?

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

9. Koliko je toplote potrebno da se 100 g olova zagreje sa 27 na 47 °C?

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

10. Za zagrijavanje cigle od 20 do 85 °C potrošena je ista količina topline kao i za zagrijavanje vode iste mase za 13 °C. Specifični toplotni kapacitet cigle je

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

11. Sa donje liste tvrdnji odaberite dvije ispravne i zapišite njihove brojeve u tabelu.

1) Količina toplote koju telo primi kada mu temperatura poraste za određeni broj stepeni jednaka je količini toplote koju to telo odaje kada mu temperatura padne za isti broj stepeni.
2) Kada se supstanca ohladi, njena unutrašnja energija se povećava.
3) Količina topline koju supstanca prima kada se zagrije uglavnom ide na povećanje kinetičke energije njenih molekula.
4) Količina topline koju supstanca prima kada se zagrije ide uglavnom na povećanje potencijalne energije interakcije njenih molekula
5) Unutrašnja energija tela može se promeniti samo davanjem određene količine toplote

12. U tabeli su prikazani rezultati mjerenja mase ​\(m \) ​, temperaturnih promjena ​\(\Delta t \) ​ i količine toplote ​\(Q \) ​ koja se oslobađa pri hlađenju cilindara od bakra ili aluminijum.

Koje izjave su u skladu s rezultatima eksperimenta? Odaberite tačna dva sa ponuđene liste. Navedite njihov broj. Na osnovu izvršenih merenja može se tvrditi da je količina toplote koja se oslobađa tokom hlađenja,

1) zavisi od supstance od koje je cilindar napravljen.
2) ne zavisi od supstance od koje je cilindar napravljen.
3) raste sa povećanjem mase cilindra.
4) raste sa povećanjem temperaturne razlike.
5) specifični toplotni kapacitet aluminijuma je 4 puta veći od specifičnog toplotnog kapaciteta kalaja.

Dio 2

C1.Čvrsto tijelo težine 2 kg stavlja se u peć od 2 kW i zagrijava. Na slici je prikazana zavisnost temperature ​\(t \) ​ ovog tijela od vremena zagrijavanja ​\(\tau \) . Koliki je specifični toplotni kapacitet neke supstance?

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

Odgovori

IZMJENA TOPLOTE.

1. Prijenos topline.

Izmjena ili prijenos topline je proces prenošenja unutrašnje energije jednog tijela na drugo bez vršenja rada.

Postoje tri vrste prenosa toplote.

1) Toplotna provodljivost je izmjena topline između tijela u direktnom kontaktu.

2) Konvekcija je prijenos topline u kojem se toplina prenosi tokovima plina ili tekućine.

3) Radijacija je prijenos topline putem elektromagnetnog zračenja.

2. Količina toplote.

Količina toplote je mera promene unutrašnje energije tela tokom razmene toplote. Označava se slovom Q.

Jedinica mjerenja količine toplote = 1 J.

Količina topline koju tijelo primi od drugog tijela kao rezultat prijenosa topline može se potrošiti na povećanje temperature (povećanje kinetičke energije molekula) ili na promjenu stanja agregacije (povećanje potencijalne energije).

3. Specifični toplotni kapacitet supstance.

Iskustvo pokazuje da je količina topline potrebna za zagrijavanje tijela mase m od temperature T 1 do temperature T 2 proporcionalna masi tijela m i temperaturnoj razlici (T 2 - T 1), tj.

Q = cm(T 2 - T 1 ) = samΔ T,

sa naziva se specifičnim toplinskim kapacitetom tvari zagrijanog tijela.

Specifični toplinski kapacitet tvari jednak je količini topline koju treba prenijeti 1 kg tvari da bi se zagrijala za 1 K.

Jedinica specifičnog toplotnog kapaciteta =.

Vrijednosti toplinskog kapaciteta različitih tvari mogu se naći u fizičkim tabelama.

Tačno ista količina toplote Q će se osloboditi kada se tijelo ohladi za ΔT.

4. Specifična toplota isparavanja.

Iskustvo pokazuje da je količina toplote potrebna za pretvaranje tečnosti u paru proporcionalna masi tečnosti, tj.

Q = lm,

gdje je koeficijent proporcionalnosti L naziva se specifična toplota isparavanja.

Specifična toplota isparavanja jednaka je količini toplote koja je potrebna da se 1 kg tečnosti na tački ključanja pretvori u paru.

Jedinica mjere za specifičnu toplinu isparavanja.

U obrnutom procesu, kondenzacijom pare, oslobađa se toplina u istoj količini koja je utrošena na isparavanje.

5. Specifična toplota fuzije.

Iskustvo pokazuje da je količina toplote potrebna za pretvaranje čvrste supstance u tečnost proporcionalna masi tela, tj.

Q = λ m,

gdje se koeficijent proporcionalnosti λ naziva specifičnom toplinom fuzije.

Specifična toplina fuzije jednaka je količini topline koja je potrebna da se čvrsto tijelo teško 1 kg pretvori u tekućinu na tački topljenja.

Jedinica mjere za specifičnu toplinu fuzije.

U obrnutom procesu, kristalizacijom tečnosti, oslobađa se toplota u istoj količini koja je utrošena na topljenje.

6. Specifična toplota sagorevanja.

Iskustvo pokazuje da je količina toplote koja se oslobađa pri potpunom sagorevanju goriva proporcionalna masi goriva, tj.

Q = qm,

Pri čemu se faktor proporcionalnosti q naziva specifičnom toplinom sagorijevanja.

Specifična toplota sagorevanja jednaka je količini toplote koja se oslobađa pri potpunom sagorevanju 1 kg goriva.

Jedinica mjere za specifičnu toplinu sagorijevanja.

7. Jednačina toplotnog bilansa.

Dva ili više tijela sudjeluju u razmjeni toplote. Neka tijela odaju toplinu, dok je druga primaju. Prijenos topline se događa sve dok temperature tijela ne postanu jednake. Prema zakonu održanja energije, količina toplote koja se daje jednaka je količini koja se prima. Na osnovu toga je napisana jednačina toplotnog bilansa.

Razmotrimo primjer.

Telo mase m 1 , čiji je toplotni kapacitet c 1 , ima temperaturu T 1 , a telo mase m 2 , čiji je toplotni kapacitet c 2 , ima temperaturu T 2 . Štaviše, T 1 je veći od T 2. Ova tijela se dovode u kontakt. Iskustvo pokazuje da hladno tijelo (m 2) počinje da se zagrijava, a vruće tijelo (m 1) počinje da se hladi. To sugerira da se dio unutrašnje energije toplog tijela prenosi na hladno, a temperature se izjednačavaju. Označimo konačnu ukupnu temperaturu sa θ.

Količina toplote koja se prenosi sa toplog tela na hladno

Q prebačen. = c 1 m 1 (T 1 – θ )

Količina toplote koju hladno tijelo primi od vrućeg

Q primljeno. = c 2 m 2 (θ – T 2 )

Prema zakonu održanja energije Q prebačen. = Q primljeno., tj.

c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )

Otvorimo zagrade i izrazimo vrijednost ukupne stabilne temperature θ.

Vrijednost temperature θ u ovom slučaju će se dobiti u kelvinima.

Međutim, pošto je u izrazima za Q prošao. i Q je primljen. ako postoji razlika između dvije temperature, a ista je u kelvinima i stepenima Celzijusa, tada se proračun može izvršiti u stepenima Celzijusa. Onda

U ovom slučaju, vrijednost temperature θ će se dobiti u stepenima Celzijusa.

Izjednačavanje temperatura kao rezultat provođenja toplote može se objasniti na osnovu molekularne kinetičke teorije kao razmena kinetičke energije između molekula tokom sudara u procesu toplotnog haotičnog kretanja.

Ovaj primjer se može ilustrirati grafikonom.

U ovoj lekciji naučit ćemo kako izračunati količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili njegovo oslobađanje kada se ohladi. Da bismo to učinili, rezimirati ćemo znanje koje smo stekli u prethodnim lekcijama.

Osim toga, naučit ćemo kako koristiti formulu za količinu topline da izrazimo preostale količine iz ove formule i izračunamo ih, znajući druge količine. Također će se razmotriti primjer zadatka sa rješenjem za izračunavanje količine topline.

Ova lekcija je posvećena izračunavanju količine topline kada se tijelo zagrije ili otpusti kada se ohladi.

Sposobnost izračunavanja potrebne količine topline je vrlo važna. Ovo može biti potrebno, na primjer, kada se izračuna količina topline koja se mora predati vodi za zagrijavanje prostorije.

Rice. 1. Količina topline koja se mora prijaviti vodi za zagrijavanje prostorije

Ili da izračunate količinu topline koja se oslobađa kada se gorivo sagorijeva u različitim motorima:

Rice. 2. Količina toplote koja se oslobađa kada se gorivo sagorijeva u motoru

Također, ovo znanje je potrebno, na primjer, za određivanje količine topline koju oslobađa Sunce i udara u Zemlju:

Rice. 3. Količina toplote koju oslobađa Sunce i pada na Zemlju

Da biste izračunali količinu toplote, morate znati tri stvari (slika 4):

• tjelesna težina (koja se obično može mjeriti vagom);
• temperaturna razlika kojom je potrebno zagrijati tijelo ili ga ohladiti (obično se mjeri termometrom);
• specifični toplotni kapacitet tela (koji se može odrediti iz tabele).

Rice. 4. Šta trebate znati da biste utvrdili

Formula za izračunavanje količine toplote je sljedeća:

Ova formula sadrži sljedeće količine:

Količina toplote, mjerena u džulima (J);

Specifični toplinski kapacitet tvari, mjeren u;

- temperaturna razlika, mjerena u stepenima Celzijusa ().

Razmotrite problem izračunavanja količine topline.

Zadatak

Bakarna čaša mase grama sadrži vodu zapremine jedan litar na temperaturi od . Koliko topline treba prenijeti čaši vode da bi njena temperatura postala jednaka ?

Rice. 5. Ilustracija stanja problema

Prvo napišemo kratak uslov ( Dato) i pretvoriti sve količine u međunarodni sistem (SI).

Odluka:

Prvo odredimo koje su nam druge količine potrebne da riješimo ovaj problem. Prema tabeli specifičnog toplotnog kapaciteta (tabela 1), nalazimo (specifični toplotni kapacitet bakra, pošto je staklo po uslovu bakar), (specifični toplotni kapacitet vode, pošto po uslovu ima vode u čaši). Osim toga, znamo da nam je za izračunavanje količine topline potrebna masa vode. Po uslovu nam je data samo zapremina. Stoga gustinu vode uzimamo iz tabele: (Tabela 2).

Tab. 1. Specifični toplotni kapacitet nekih supstanci,

Tab. 2. Gustine nekih tečnosti

Sada imamo sve što nam je potrebno da riješimo ovaj problem.

Imajte na umu da će se ukupna količina topline sastojati od zbira količine topline potrebne za zagrijavanje bakrenog stakla i količine topline potrebne za zagrijavanje vode u njemu:

Prvo izračunamo količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bakrenog stakla:

Prije izračunavanja količine topline potrebne za zagrijavanje vode, izračunavamo masu vode koristeći formulu koja nam je poznata iz 7. razreda:

Sada možemo izračunati:

Tada možemo izračunati:

Podsjetimo šta to znači: kilodžuli. Prefiks "kilo" znači .

odgovor:.

Za praktičnost rješavanja problema pronalaženja količine topline (tzv. direktni problemi) i veličina povezanih s ovim konceptom, možete koristiti sljedeću tabelu.