Formule za izračunavanje količine toplote. Količina toplote. Specifični toplotni kapacitet supstance

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. Razmotrit će se i 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 pišemo kratko stanje (Dato) i pretvoriti sve količine u međunarodni sistem (SI).

Dato:	SI
Nađi:

Rješenje:

Prvo odredimo koje su nam druge količine potrebne da riješimo ovaj problem. Prema tabeli specifičnog toplotnog kapaciteta (tabela 1), nalazimo ( specifična toplota bakar, budući da je po uslovu staklo 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.

Željena vrijednost	Oznaka	Jedinice	Osnovna formula	Formula za količinu
Količina toplote

Da bismo naučili kako izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela, prvo utvrđujemo o kojim količinama ona ovisi.

Iz prethodnog paragrafa već znamo da ova količina toplote zavisi od vrste supstance od koje se telo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta):

Q zavisi od c .

Ali to nije sve.

Ako želimo vodu u kotliću zagrijati tako da bude samo topla, onda je nećemo dugo grijati. A da bi voda postala vruća, grijaćemo je duže. Ali što je čajnik duže u kontaktu s grijačem, to će više topline dobiti od njega. Dakle, što se temperatura tela više menja tokom zagrevanja, to mu se više toplote mora preneti.

Neka je početna temperatura tijela jednaka t početne, a konačna temperatura - t konačna. Tada će se promjena tjelesne temperature izraziti razlikom

Δt = t kraj - t početak,

a količina topline ovisit će o ovoj vrijednosti:

Q zavisi od Δt.

Konačno, svi znaju da je za zagrijavanje, na primjer, 2 kg vode potrebno više vremena (a samim tim i više topline) nego za zagrijavanje 1 kg vode. To znači da količina toplote potrebna za zagrevanje tela zavisi od mase tog tela:

Q zavisi od m.

Dakle, da biste izračunali količinu topline, morate znati specifični toplinski kapacitet tvari od koje je tijelo napravljeno, masu ovog tijela i razliku između njegove krajnje i početne temperature.

Neka je, na primjer, potrebno odrediti koliko je topline potrebno za zagrijavanje željeznog dijela mase 5 kg, s tim da je njegova početna temperatura 20 °C, a konačna temperatura 620 °C.

Iz tabele 8 nalazimo da je specifični toplotni kapacitet gvožđa c = 460 J/(kg*°C). To znači da je za zagrijavanje 1 kg željeza za 1 °C potrebno 460 J.

Za zagrijavanje 5 kg željeza za 1 ° C trebat će 5 puta veća količina toplina, tj. 460 J * 5 = 2300 J.

Da bi se gvožđe zagrejalo ne za 1 °C, već za Δt = 600 °C, biće potrebno još 600 puta više toplote, tj. 2300 J * 600 = 1.380.000 J. Tačno ista (modulo) količina toplote će se osloboditi i kada je ovo gvožđe se hladi sa 620 na 20 °C.

dakle, da biste pronašli količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

Kada se tijelo zagrije, tcon > tini i, prema tome, Q > 0. Kada se tijelo ohladi, tcon< t нач и, следовательно, Q < 0.

1. Navedite primjere koji pokazuju da količina topline koju primi tijelo kada se zagrije zavisi od njegove mase i promjene temperature. 2. Koja se formula koristi za izračunavanje količine toplote koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa pri hlađenju?

Vježba 81.
Izračunajte količinu toplote koja će se osloboditi tokom redukcije Fe 2O3 metalni aluminijum ako se dobije 335,1 g gvožđa. Odgovor: 2543,1 kJ.
Rješenje:
Jednačina reakcije:

\u003d (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) \u003d -1669,8 - (-822,1) \u003d -847,7 kJ

Izračun količine topline koja se oslobađa po primitku 335,1 g željeza proizvodimo iz proporcije:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

gdje je 55,85 atomska masažlezda.

odgovor: 2543,1 kJ.

Toplotni efekat reakcije

Zadatak 82.
Gasni etanol C2H5OH se može dobiti interakcijom etilena C 2 H 4 (g) i vodene pare. Napišite termohemijsku jednačinu za ovu reakciju, nakon što ste prethodno izračunali njen toplotni efekat. Odgovor: -45,76 kJ.
Rješenje:
Jednačina reakcije je:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C2H 5 OH (g); = ?

Vrijednosti standardnih toplina stvaranja tvari date su u posebnim tabelama. S obzirom da su toplote formiranja jednostavne supstance uslovno prihvaćeno nula. Izračunajte toplotni efekat reakcije, koristeći posledicu Hessovog zakona, dobijamo:

\u003d (C 2 H 5 OH) - [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] \u003d
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ

Jednačine reakcija u kojima su o simbolima hemijska jedinjenja naznačena su njihova stanja agregacije ili kristalne modifikacije, kao i numerička vrijednost toplotni efekti se nazivaju termohemijski. U termohemijskim jednačinama, osim ako nije drugačije naznačeno, vrijednosti toplotnih efekata pri konstantnom pritisku Q p prikazane su jednake promjeni entalpije sistema. Vrijednost se obično daje na desnoj strani jednačine, odvojena zarezom ili tačkom i zarezom. Prihvaćene su sljedeće skraćenice za agregatno stanje materije: G- gasovita, i- tečnost, to

Ako se toplina oslobađa kao rezultat reakcije, onda< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C 2 H 4 (g) + H 2 O (g) \u003d C 2 H 5 OH (g); = - 45,76 kJ.

odgovor:- 45,76 kJ.

Zadatak 83.
Izračunajte termički efekat reakcije redukcije željezovog (II) oksida sa vodikom, na osnovu sljedećih termohemijskih jednačina:

a) EEO (c) + CO (g) \u003d Fe (c) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/2O 2 (g) = CO 2 (g); = -283,0 kJ;
c) H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ.
Odgovor: +27,99 kJ.

Rješenje:
Jednačina reakcije za redukciju željeznog oksida (II) sa vodikom ima oblik:

EeO (k) + H 2 (g) \u003d Fe (k) + H 2 O (g); = ?

\u003d (H2O) - [ (FeO)

Toplota stvaranja vode data je jednadžbom

H 2 (g) + 1/2O 2 (g) = H 2 O (g); = -241,83 kJ,

a toplina formiranja željeznog oksida (II) može se izračunati ako se jednačina (a) oduzme od jednačine (b).

\u003d (c) - (b) - (a) \u003d -241,83 - [-283.o - (-13,18)] \u003d + 27,99 kJ.

odgovor:+27,99 kJ.

Zadatak 84.
Tokom interakcije gasovitog sumporovodika i ugljen-dioksida nastaju vodena para i ugljen-disulfid SS 2 (g). Napišite termohemijsku jednačinu za ovu reakciju, preliminarno izračunajte njen toplotni efekat. Odgovor: +65,43 kJ.
Rješenje:
G- gasovita, i- tečnost, to- kristalno. Ovi simboli se izostavljaju ako je agregatno stanje tvari očito, na primjer, O 2, H 2 itd.
Jednačina reakcije je:

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = ?

Vrijednosti standardnih toplina stvaranja tvari date su u posebnim tabelama. Uzimajući u obzir da se toplote formiranja jednostavnih supstanci uslovno uzimaju jednakim nuli. Toplotni učinak reakcije može se izračunati korištenjem posljedica e iz Hessovog zakona:

\u003d (H 2 O) + (CS 2) - [(H 2 S) + (CO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H 2 S (g) + CO 2 (g) \u003d 2H 2 O (g) + CS 2 (g); = +65,43 kJ.

odgovor:+65,43 kJ.

Jednačina termohemijske reakcije

Zadatak 85.
Napišite termohemijsku jednačinu za reakciju između CO (g) i vodika, usljed koje nastaju CH 4 (g) i H 2 O (g). Koliko će se toplote osloboditi tokom ove reakcije ako se dobije 67,2 litara metana u smislu normalnim uslovima? Odgovor: 618,48 kJ.
Rješenje:
Jednačine reakcije u kojima je njihovo agregacijsko stanje ili kristalna modifikacija, kao i numerička vrijednost termičkih efekata, naznačene u blizini simbola hemijskih jedinjenja, nazivaju se termohemijskim. U termohemijskim jednačinama, osim ako nije posebno navedeno, vrednosti toplotnih efekata pri konstantnom pritisku Q p su naznačene jednake promeni entalpije sistema. Vrijednost se obično daje na desnoj strani jednačine, odvojena zarezom ili tačkom i zarezom. Prihvaćene su sljedeće skraćenice za agregatno stanje materije: G- gasovita, i- nešto to- kristalno. Ovi simboli se izostavljaju ako je agregatno stanje tvari očito, na primjer, O 2, H 2 itd.
Jednačina reakcije je:

CO (g) + 3H 2 (g) \u003d CH 4 (g) + H 2 O (g); = ?

Vrijednosti standardnih toplina stvaranja tvari date su u posebnim tabelama. Uzimajući u obzir da se toplote formiranja jednostavnih supstanci uslovno uzimaju jednakim nuli. Toplotni učinak reakcije može se izračunati korištenjem posljedica e iz Hessovog zakona:

\u003d (H 2 O) + (CH 4) - (CO)];
\u003d (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) \u003d -206,16 kJ.

Termohemijska jednačina će izgledati ovako:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16) / 22? 4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

odgovor: 618,48 kJ.

Toplina formiranja

Zadatak 86.
Toplotni efekat te reakcije jednak je toploti formiranja. Izračunajte toplinu stvaranja NO iz sljedećih termohemijskih jednačina:
a) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) \u003d 4NO (g) + 6H 2 O (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH 3 (g) + 3O 2 (g) \u003d 2N 2 (g) + 6H 2 O (g); = -1530,28 kJ
Odgovor: 90,37 kJ.
Rješenje:
Standardna toplota formiranja jednaka je toploti stvaranja 1 mol ove supstance iz jednostavnih supstanci u standardnim uslovima (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Stvaranje NO iz jednostavnih supstanci može se predstaviti na sljedeći način:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NE

S obzirom na reakciju (a) u kojoj nastaje 4 mola NO i data je reakcija (b) u kojoj nastaju 2 mola N2. Obe reakcije uključuju kiseonik. Stoga, da bismo odredili standardnu ​​toplotu stvaranja NO, sastavljamo sljedeći Hessov ciklus, tj. trebamo oduzeti jednačinu (a) od jednačine (b):

Dakle, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NE; = +90,37 kJ.

odgovor: 618,48 kJ.

Zadatak 87.
Kristalni amonijum hlorid nastaje interakcijom plinovitog amonijaka i klorovodika. Napišite termohemijsku jednačinu za ovu reakciju, nakon što ste prethodno izračunali njen toplotni efekat. Koliko će se topline osloboditi ako se u reakciji potroši 10 litara amonijaka u normalnim uvjetima? Odgovor: 78,97 kJ.
Rješenje:
Jednačine reakcije u kojima je njihovo agregacijsko stanje ili kristalna modifikacija, kao i numerička vrijednost termičkih efekata, naznačene u blizini simbola hemijskih jedinjenja, nazivaju se termohemijskim. U termohemijskim jednačinama, osim ako nije posebno navedeno, vrednosti toplotnih efekata pri konstantnom pritisku Q p su naznačene jednake promeni entalpije sistema. Vrijednost se obično daje na desnoj strani jednačine, odvojena zarezom ili tačkom i zarezom. Prihvataju se sljedeće to- kristalno. Ovi simboli se izostavljaju ako je agregatno stanje tvari očito, na primjer, O 2, H 2 itd.
Jednačina reakcije je:

NH 3 (g) + HCl (g) \u003d NH 4 Cl (k). ; = ?

Vrijednosti standardnih toplina stvaranja tvari date su u posebnim tabelama. Uzimajući u obzir da se toplote formiranja jednostavnih supstanci uslovno uzimaju jednakim nuli. Toplotni učinak reakcije može se izračunati korištenjem posljedica e iz Hessovog zakona:

\u003d (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Termohemijska jednačina će izgledati ovako:

Toplota koja se oslobađa tokom reakcije 10 litara amonijaka u ovoj reakciji određuje se iz omjera:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85) / 22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

odgovor: 78,97 kJ.

>>Fizika: Proračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela i oslobađanja od njega pri hlađenju

Da bismo naučili kako izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela, prvo utvrđujemo o kojim količinama ona ovisi.
Iz prethodnog paragrafa već znamo da ova količina toplote zavisi od vrste supstance od koje se telo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta):
Q zavisi od c
Ali to nije sve.

Ako želimo vodu u kotliću zagrijati tako da bude samo topla, onda je nećemo dugo grijati. A da bi voda postala vruća, grijaćemo je duže. Ali što je čajnik duže u kontaktu s grijačem, to će više topline dobiti od njega.

Dakle, što se temperatura tela više menja tokom zagrevanja, to mu se više toplote mora preneti.

Neka je početna temperatura tijela jednaka tini, a konačna temperatura - tfin. Tada će se promjena tjelesne temperature izraziti razlikom:

Konačno, svi to znaju za grijanje, na primjer, za 2 kg vode potrebno je više vremena (a samim tim i više topline) nego za zagrijavanje 1 kg vode. To znači da količina toplote potrebna za zagrevanje tela zavisi od mase tog tela:

Dakle, da biste izračunali količinu topline, morate znati specifični toplinski kapacitet tvari od koje je tijelo napravljeno, masu ovog tijela i razliku između njegove krajnje i početne temperature.

Neka je, na primjer, potrebno odrediti koliko je topline potrebno za zagrijavanje željeznog dijela mase 5 kg, s tim da je njegova početna temperatura 20 °C, a konačna temperatura 620 °C.

Iz tabele 8 nalazimo da je specifični toplotni kapacitet gvožđa c = 460 J/(kg°C). To znači da je za zagrijavanje 1 kg željeza za 1 °C potrebno 460 J.
Za zagrijavanje 5 kg željeza za 1 °C potrebna je 5 puta veća količina topline, tj. 460 J * 5 = 2300 J.

Zagrijati željezo ne za 1 °C, već za A t \u003d 600 ° C, trebat će još 600 puta više topline, tj. 2300 J X 600 = 1 380 000 J. Tačno ista (u modulu) količina topline će se osloboditi kada se ovo željezo ohladi sa 620 na 20 ° C .

Dakle, da biste pronašli količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove krajnje i početne temperature:

??? 1. Navedite primjere koji pokazuju da količina topline koju primi tijelo kada se zagrije zavisi od njegove mase i promjene temperature. 2. Po kojoj formuli je količina topline potrebna da se tijelo zagrije ili kada ga ono oslobađa hlađenje?

S.V. Gromov, N.A. Otadžbina, fizika 8 razred

Dostavili čitaoci sa internet stranica

Zadaci i odgovori iz fizike po razredima, preuzimanje sažetaka iz fizike, planiranje časova fizike 8. razred, sve za pripremu učenika za nastavu, plan časa iz fizike, testovi iz fizike online, domaći zadaci i rad

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir prezentacije lekcije akcelerativne metode interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike grafike, tabele, šeme humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale cheat sheets udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice diskusioni programi Integrisane lekcije