Mängden värme vid uppvärmning. Beräkning av mängden värme vid värmeöverföring, specifik värmekapacitet hos ett ämne. Värmebalansekvation

Processen att överföra energi från en kropp till en annan utan att utföra arbete kallas värmeväxling eller värmeöverföring. Värmeöverföring sker mellan kroppar som har olika temperatur. När kontakt etableras mellan kroppar med olika temperaturer överförs en del av den inre energin från kroppen med mer hög temperatur till en kropp med lägre temperatur. Den energi som överförs till kroppen som ett resultat av värmeöverföring kallas mängd värme.

Specifik värmekapacitet för ett ämne:

Om värmeöverföringsprocessen inte åtföljs av arbete, så är, baserat på termodynamikens första lag, mängden värme lika med förändringen i kroppens inre energi: .

Medelenergin för molekylers slumpmässiga translationsrörelse är proportionell mot den absoluta temperaturen. Förändringen i en kropps inre energi är lika med den algebraiska summan av förändringarna i energin för alla atomer eller molekyler, vars antal är proportionellt mot kroppens massa, så förändringen i inre energi och, följaktligen, mängden värme är proportionell mot massan och temperaturförändringen:

Proportionalitetsfaktorn i denna ekvation kallas specifik värmekapacitet hos ett ämne. Specifik värmekapacitet visar hur mycket värme som behövs för att värma 1 kg av ett ämne med 1 K.

Arbeta med termodynamik:

Inom mekanik definieras arbete som produkten av modulerna av kraft och förskjutning och cosinus för vinkeln mellan dem. Arbete utförs när en kraft verkar på en rörlig kropp och är lika med förändringen i dess kinetiska energi.

Inom termodynamiken beaktas inte en kropps rörelse som helhet, vi talar om rörelsen av delar av en makroskopisk kropp i förhållande till varandra. Som ett resultat ändras kroppens volym, och dess hastighet förblir lika med noll. Arbete inom termodynamiken definieras på samma sätt som i mekaniken, men det är lika med förändringen inte i kroppens kinetiska energi utan i dess inre energi.

När arbetet utförs (komprimering eller expansion) förändras gasens inre energi. Anledningen till detta är följande: under elastiska kollisioner av gasmolekyler med en rörlig kolv förändras deras kinetiska energi.

Låt oss beräkna gasens arbete under expansion. Gasen verkar på kolven med en kraft
, var är gasens tryck, och - ytarea kolv. När gasen expanderar rör sig kolven i kraftens riktning för en kort sträcka
. Om avståndet är litet kan gastrycket anses vara konstant. Gasens arbete är:

Var
- förändring i gasvolym.

I processen att expandera gasen gör den positivt arbete, eftersom kraftriktningen och förskjutningen sammanfaller. I expansionsprocessen avger gasen energi till de omgivande kropparna.

Arbetet som utförs av externa organ på en gas skiljer sig från arbetet med en gas endast i tecken
, eftersom styrkan att verka på gasen är motsatt kraften , med vilken gasen verkar på kolven, och är lika med den i absolut värde (Newtons tredje lag); och rörelsen förblir densamma. Arbeta därför yttre krafterär lika med:

.

Termodynamikens första lag:

Termodynamikens första lag är lagen om energibevarande, utvidgad till termiska fenomen. Lagen om energihushållning: energi i naturen uppstår inte ur ingenting och försvinner inte: mängden energi är oförändrad, den förändras bara från en form till en annan.

Inom termodynamiken betraktas kroppar, vars tyngdpunktsposition praktiskt taget inte förändras. Den mekaniska energin hos sådana kroppar förblir konstant, och endast den inre energin kan förändras.

Intern energi kan ändras på två sätt: värmeöverföring och arbete. I det allmänna fallet förändras den interna energin både på grund av värmeöverföring och på grund av arbetets prestanda. Termodynamikens första lag är formulerad exakt för sådana allmänna fall:

Förändringen i systemets inre energi under dess övergång från ett tillstånd till ett annat är lika med summan av externa krafters arbete och mängden värme som överförs till systemet:

Om systemet är isolerat görs inget arbete på det och det utbyter inte värme med de omgivande kropparna. Enligt termodynamikens första lag den inre energin i ett isolerat system förblir oförändrad.

Givet att
, kan termodynamikens första lag skrivas på följande sätt:

Mängden värme som överförs till systemet går till att ändra dess inre energi och för att utföra arbete på externa kroppar av systemet.

Termodynamikens andra lag: det är omöjligt att överföra värme från ett kallare system till ett varmare i frånvaro av andra samtidiga förändringar i båda systemen eller i de omgivande kropparna.

« Fysik - årskurs 10"

I vilka processer sker aggregerad omvandling av materia?
Hur kan materiens tillstånd ändras?

Du kan ändra den inre energin i vilken kropp som helst genom att arbeta, värma eller, omvänt, kyla den.
Sålunda vid smide av en metall utförs arbete och den värms upp samtidigt som metallen kan värmas över en brinnande låga.

Dessutom, om kolven är fixerad (Fig. 13.5), ändras inte gasvolymen när den värms upp och inget arbete utförs. Men gasens temperatur, och därmed dess inre energi, ökar.

Intern energi kan öka och minska, så mängden värme kan vara positiv eller negativ.

Processen att överföra energi från en kropp till en annan utan att utföra arbete kallas värmeväxling.

Det kvantitativa måttet på förändringen i intern energi under värmeöverföring kallas mängd värme.

Molekylär bild av värmeöverföring.

Under värmeväxling vid gränsen mellan kroppar interagerar långsamt rörliga molekyler i en kall kropp med snabbt rörliga molekyler i en varm kropp. Som ett resultat utjämnas molekylernas kinetiska energier och hastigheterna för molekylerna i en kall kropp ökar, medan de för en varm kropp minskar.

Under värmeväxling sker ingen omvandling av energi från en form till en annan, en del av den inre energin i en varmare kropp överförs till en mindre uppvärmd kropp.

Mängden värme och värmekapacitet.

Du vet redan att för att värma en kropp med massa m från temperatur t 1 till temperatur t 2, är det nödvändigt att överföra mängden värme till den:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13,5)

När kroppen svalnar visar sig dess sluttemperatur t 2 vara lägre än den ursprungliga temperaturen t 1 och mängden värme som kroppen avger är negativ.

Koefficienten c i formel (13.5) kallas specifik värmekapacitetämnen.

Specifik värme- detta är ett värde numeriskt lika med mängden värme som ett ämne med en massa på 1 kg tar emot eller avger när dess temperatur ändras med 1 K.

Gasernas specifika värmekapacitet beror på processen genom vilken värme överförs. Om du värmer en gas vid konstant tryck kommer den att expandera och göra arbete. För att värma en gas med 1 °C vid konstant tryck måste den överföras stor kvantitet värme än för att värma den med en konstant volym, då gasen bara kommer att värmas upp.

Vätskor och fasta ämnen expanderar något vid upphettning. Deras specifika värmekapacitet vid konstant volym och konstant tryck skiljer sig lite.

Specifik förångningsvärme.

För att omvandla en vätska till ånga under kokningsprocessen är det nödvändigt att överföra en viss mängd värme till den. Temperaturen på en vätska ändras inte när den kokar. Omvandlingen av en vätska till ånga vid en konstant temperatur leder inte till en ökning av molekylernas kinetiska energi, utan åtföljs av en ökning potentiell energi deras interaktioner. Det genomsnittliga avståndet mellan gasmolekyler är trots allt mycket större än mellan vätskemolekyler.

Värdet numeriskt lika med mängden värme som krävs för att omvandla en 1 kg vätska till ånga vid konstant temperatur kallas specifik värme förångning.

Processen med vätskeavdunstning sker vid vilken temperatur som helst, medan de snabbaste molekylerna lämnar vätskan och den svalnar under avdunstning. Det specifika förångningsvärmet är lika med det specifika förångningsvärmet.

Detta värde betecknas med bokstaven r och uttrycks i joule per kilogram (J / kg).

Vattens specifika förångningsvärme är mycket högt: r H20 = 2,256 10 6 J/kg vid en temperatur av 100 °C. I andra vätskor, såsom alkohol, eter, kvicksilver, fotogen, är det specifika förångningsvärmet 3-10 gånger lägre än för vatten.

För att omvandla en vätska med massan m till ånga krävs en mängd värme lika med:

Q p \u003d rm. (13,6)

När ånga kondenserar frigörs samma mängd värme:

Q k \u003d -rm. (13,7)

Specifik fusionsvärme.

När en kristallin kropp smälter går all värme som tillförs den till att öka den potentiella energin för interaktion mellan molekyler. Rörelseenergi molekyler förändras inte, eftersom smältning sker vid en konstant temperatur.

Värdet numeriskt lika med mängden värme som krävs för att omvandla ett kristallint ämne som väger 1 kg vid en smältpunkt till en vätska kallas specifik fusionsvärme och betecknas med bokstaven λ.

Vid kristalliseringen av ett ämne med en massa på 1 kg frigörs exakt samma mängd värme som absorberas under smältningen.

Den specifika smältvärmen för is är ganska hög: 3,34 10 5 J/kg.

"Om isen inte hade en hög smältvärme, så skulle hela ismassan på våren behöva smälta på några minuter eller sekunder, eftersom värme kontinuerligt överförs till is från luften. Konsekvenserna av detta skulle bli fruktansvärda; ty även under den nuvarande situationen uppstår stora översvämningar och stora strömmar av vatten genom smältningen av stora massor av is eller snö.” R. Svart, 1700-talet

För att smälta en kristallin kropp med massan m krävs en mängd värme som är lika med:

Qpl \u003d λm. (13,8)

Mängden värme som frigörs under kristalliseringen av kroppen är lika med:

Q cr = -λm (13,9)

Värmebalansekvation.

Överväg värmeöverföring inom ett system som består av flera kroppar med initialt olika temperaturer till exempel värmeväxling mellan vatten i ett kärl och en varm järnkula som sänks ner i vatten. Enligt lagen om energibevarande är mängden värme som avges av en kropp numeriskt lika med mängden värme som tas emot av en annan.

Den givna mängden värme anses vara negativ, den mottagna mängden värme anses vara positiv. Därför är den totala mängden värme Q1 + Q2 = 0.

Om värmeväxling sker mellan flera kroppar i ett isolerat system, då

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

Ekvation (13.10) kallas värmebalansekvationen.

Här Q 1 Q 2, Q 3 - mängden värme som tas emot eller ges bort av kropparna. Dessa värmemängder uttrycks med formel (13.5) eller formler (13.6) - (13.9), om olika fasomvandlingar av ämnet sker i värmeöverföringsprocessen (smältning, kristallisation, förångning, kondensation).

1. Förändringen av inre energi genom att utföra arbete kännetecknas av mängden arbete, d.v.s. arbete är ett mått på förändringen av inre energi i en given process. Förändringen i kroppens inre energi under värmeöverföring kännetecknas av ett värde som kallas mängd värme.

Mängden värme är förändringen i kroppens inre energi i processen för värmeöverföring utan att arbeta.

Mängden värme betecknas med bokstaven ​ \ (Q \) . Eftersom mängden värme är ett mått på förändringen i intern energi, är dess enhet joule (1 J).

När en kropp överför en viss mängd värme utan att utföra arbete ökar dess inre energi, om en kropp avger en viss mängd värme, så minskar dess inre energi.

2. Om du häller 100 g vatten i två identiska kärl och 400 g i ett annat vid samma temperatur och sätter dem på samma brännare, kommer vattnet i det första kärlet att koka tidigare. Således, ju större massa kroppen är, desto större mängd värme behöver den för att värma upp. Detsamma är med kylning: en kropp med större massa avger, när den kyls, en större mängd värme. Dessa kroppar är gjorda av samma ämne och de värms upp eller kyls ner med samma antal grader.

​3. Om vi ​​nu värmer 100 g vatten från 30 till 60 °C, d.v.s. med 30 °С, och sedan upp till 100 °С, dvs. med 70 °C, då kommer det i det första fallet att ta kortare tid att värma upp än i det andra, och följaktligen kommer mindre värme att spenderas på att värma vatten med 30 °C än att värma vatten med 70 °C. Således är mängden värme direkt proportionell mot skillnaden mellan de slutliga ​\((t_2\,^\circ C) \) och initiala \((t_1\,^\circ C) \) temperaturerna: ​\(Q \sim(t_2- t_1) \) .

4. Om nu 100 g vatten hälls i ett kärl, och lite vatten hälls i ett annat liknande kärl och en metallkropp placeras i det så att dess massa och vattenmassan är 100 g, och kärlen värms upp på identiska kakel, så kan det ses att i ett kärl som bara innehåller vatten har en lägre temperatur än ett som innehåller vatten och en metallkropp. För att temperaturen på innehållet i båda kärlen ska vara densamma måste därför en större mängd värme överföras till vattnet än till vattnet och metallkroppen. Således beror mängden värme som krävs för att värma en kropp på vilken typ av ämne som denna kropp är gjord av.

5. Beroendet av mängden värme som krävs för att värma kroppen av typen av ämne kännetecknas av en fysisk mängd som kallas specifik värmekapacitet hos ett ämne.

En fysisk mängd lika med mängden värme som måste rapporteras till 1 kg av ett ämne för att värma det med 1 ° C (eller 1 K) kallas ämnets specifika värmekapacitet.

Samma mängd värme avges av 1 kg av ett ämne när det kyls med 1 °C.

Specifik värmekapacitet betecknas med bokstaven ​ \ (c \) . Enheten för specifik värmekapacitet är 1 J/kg °C eller 1 J/kg K.

Värdena för ämnens specifika värmekapacitet bestäms experimentellt. Vätskor har en högre specifik värmekapacitet än metaller; Vatten har den högsta specifika värmekapaciteten, guld har en mycket liten specifik värmekapacitet.

Blyets specifika värmekapacitet är 140 J/kg °C. Det betyder att för att värma 1 kg bly med 1 °C är det nödvändigt att spendera en värmemängd på 140 J. Samma mängd värme kommer att frigöras när 1 kg vatten svalnar med 1 °C.

Eftersom mängden värme är lika med förändringen i kroppens inre energi, kan vi säga att den specifika värmekapaciteten visar hur mycket den inre energin i 1 kg av ett ämne förändras när dess temperatur ändras med 1 ° C. I synnerhet ökar den inre energin hos 1 kg bly, när det värms upp med 1 °C, med 140 J, och när det kyls minskar det med 140 J.

Mängden värme ​\(Q \) ​ som krävs för att värma en kropp med massa ​\(m \) ​ från en temperatur \((t_1\,^\circ C) \) till en temperatur \((t_2\, ^\circ C) \) , är lika med produkten av ämnets specifika värme, kroppsmassa och skillnaden mellan slut- och initialtemperaturen, dvs.

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

Samma formel används för att beräkna mängden värme som kroppen avger när den kyls. Endast i detta fall bör den slutliga temperaturen subtraheras från den initiala temperaturen, dvs. från större värde subtrahera mindre temperatur.

6. Exempel på problemlösning. En bägare innehållande 200 g vatten vid en temperatur av 80°C hälls med 100 g vatten vid en temperatur av 20°C. Därefter fastställdes temperaturen 60°C i kärlet. Hur mycket värme tas emot av det kalla vattnet och avges av det varma vattnet?

När du löser ett problem måste du utföra följande sekvens av åtgärder:

1. skriv kort ned tillståndet för problemet;
2. konvertera värden på kvantiteter till SI;
3. analysera problemet, fastställa vilka kroppar som deltar i värmeväxlingen, vilka kroppar som avger energi och vilka som tar emot den;
4. lösa problemet i allmän syn;
5. utföra beräkningar;
6. analysera det mottagna svaret.

1. Uppgiften.

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

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

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

3. Uppgiftsanalys. Problemet beskriver processen för värmeväxling mellan varm och kallt vatten. Varmt vatten avger mängden värme ​\(Q_1 \) ​ och kyler från temperaturen ​\(t_1 \)​ till temperaturen ​\(t \) . Kallt vatten tar emot mängden värme ​\(Q_2 \)​ och värms upp från temperaturen ​\(t_2 \)​ till temperaturen ​\(t \)​.

4. Lösning av problemet i allmän form. Mängden värme som frigörs varmt vatten, beräknas med formeln: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Mängden värme som tas emot av kallt vatten beräknas med formeln: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Datoranvändning.
​ \ (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. I svaret fick man fram att mängden värme som avges av varmvatten är lika med mängden värme som tas emot av kallt vatten. I det här fallet övervägdes en idealiserad situation och det togs inte hänsyn till att en viss mängd värme användes för att värma upp glaset som vattnet fanns i och den omgivande luften. I verkligheten är mängden värme som avges av varmvatten större än mängden värme som tas emot av kallt vatten.

Del 1

1. Den specifika värmekapaciteten för silver är 250 J/(kg °C). Vad betyder det här?

1) vid kylning av 1 kg silver vid 250 ° C frigörs en mängd värme på 1 J
2) vid kylning av 250 kg silver per 1 °C frigörs en värmemängd på 1 J
3) när 250 kg silver svalnar med 1 °C, absorberas värmemängden 1 J
4) när 1 kg silver svalnar med 1 °C frigörs en mängd värme på 250 J

2. Den specifika värmekapaciteten för zink är 400 J/(kg °C). Det betyder att

1) när 1 kg zink värms upp till 400 °C ökar dess inre energi med 1 J
2) när 400 kg zink värms upp med 1 °C ökar dess inre energi med 1 J
3) för att värma 400 kg zink med 1 ° C är det nödvändigt att spendera 1 J energi
4) när 1 kg zink värms upp med 1 °C ökar dess inre energi med 400 J

3. Vid överföring fast kropp massa ​\(m \) ​\(Q \) ​kroppstemperaturen ökade med ​\(\Delta t^\circ \) . Vilket av följande uttryck bestämmer den specifika värmekapaciteten hos ämnet i denna kropp?

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. Figuren visar en graf över mängden värme som krävs för att värma två kroppar (1 och 2) med samma massa vid temperatur. Jämför värdena för den specifika värmekapaciteten (​\(c_1 \) ​ och ​\(c_2 \) ) för de ämnen som dessa kroppar är gjorda av.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3) \(c_1 4) svaret beror på värdet av kropparnas massa

5. Diagrammet visar värdena på mängden värme som överförs till två kroppar med lika massa när deras temperatur ändras med samma antal grader. Vilket förhållande för den specifika värmekapaciteten hos de ämnen som kropparna är gjorda av är korrekt?

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

6. Figuren visar en graf över beroendet av temperaturen hos en fast kropp på mängden värme som den avger. Kroppsvikt 4 kg. Vad är den specifika värmekapaciteten för ämnet i denna kropp?

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

7. När ett kristallint ämne som vägde 100 g upphettades, mättes ämnets temperatur och mängden värme som tillfördes ämnet. Mätdata presenterades i form av en tabell. Om man antar att energiförluster kan försummas, bestäm den specifika värmekapaciteten för ett ämne i fast tillstånd.

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

8. För att värma 192 g molybden med 1 K är det nödvändigt att överföra till den en mängd värme på 48 J. Vilken är den specifika värmekapaciteten för detta ämne?

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

9. Hur mycket värme behövs för att värma 100 g bly från 27 till 47 °C?

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

10. Samma mängd värme användes för att värma en tegelsten från 20 till 85 °C som för att värma vatten med samma massa med 13 °C. Den specifika värmekapaciteten hos en tegelsten är

1) 840 J/(kg K)
2) 21 000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)

11. Från listan med påståenden nedan, välj de två rätta och skriv ner deras nummer i tabellen.

1) Mängden värme som en kropp får när dess temperatur stiger med ett visst antal grader är lika med mängden värme som denna kropp avger när dess temperatur sjunker med samma antal grader.
2) När ett ämne kyls, ökar dess inre energi.
3) Mängden värme som ett ämne får vid upphettning går främst till att öka den kinetiska energin hos dess molekyler.
4) Mängden värme som ett ämne får när det värms upp går främst till att öka den potentiella energin för interaktion mellan dess molekyler
5) En kropps inre energi kan endast förändras genom att ge den en viss mängd värme

12. Tabellen visar resultaten av mätningar av massan ​\(m \) ​, temperaturförändringar ​\(\Delta t \) ​ och mängden värme ​\(Q \) ​ som frigörs vid kylning av cylindrar gjorda av koppar resp. aluminium.

Vilka påståenden stämmer överens med resultaten av experimentet? Välj rätt två från listan. Lista deras nummer. Baserat på genomförda mätningar kan man hävda att mängden värme som frigörs vid kylning,

1) beror på det ämne som cylindern är gjord av.
2) beror inte på det ämne som cylindern är gjord av.
3) ökar med ökande cylindermassa.
4) ökar med ökande temperaturskillnad.
5) den specifika värmekapaciteten för aluminium är 4 gånger större än den specifika värmekapaciteten för tenn.

Del 2

C1. En fast kropp som väger 2 kg placeras i en 2 kW ugn och värms upp. Figuren visar beroendet av temperaturen ​\(t \) ​ för denna kropp på uppvärmningstiden ​\(\tau \) . Vilken är den specifika värmekapaciteten för ett ämne?

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

Svar

VÄRMEVÄXLING.

1. Värmeöverföring.

Värmeväxling eller värmeöverföringär processen att överföra den inre energin i en kropp till en annan utan att arbeta.

Det finns tre typer av värmeöverföring.

1) Värmeledningsförmågaär värmeväxlingen mellan kroppar i direkt kontakt.

2) Konvektionär värmeöverföring där värme överförs av gas- eller vätskeflöden.

3) Strålningär värmeöverföring med hjälp av elektromagnetisk strålning.

2. Mängden värme.

Mängden värme är ett mått på förändringen i en kropps inre energi under värmeväxling. Betecknas med bokstav F.

Måttenheten för mängden värme = 1 J.

Mängden värme som tas emot av en kropp från en annan kropp som ett resultat av värmeöverföring kan spenderas på att öka temperaturen (öka den kinetiska energin hos molekyler) eller på att ändra aggregationstillståndet (öka potentiell energi).

3. Specifik värmekapacitet hos ett ämne.

Erfarenheten visar att mängden värme som krävs för att värma en kropp med massa m från temperatur T 1 till temperatur T 2 är proportionell mot kroppsmassan m och temperaturskillnaden (T 2 - T 1), d.v.s.

F = centimeter(T 2 -T 1 ) = medmΔ T,

med kallas den specifika värmekapaciteten hos ämnet i den uppvärmda kroppen.

Den specifika värmekapaciteten för ett ämne är lika med den mängd värme som måste tillföras 1 kg av ämnet för att värma det med 1 K.

Enhet för specifik värmekapacitet =.

Värmekapacitetsvärdena för olika ämnen finns i fysiska tabeller.

Exakt samma mängd värme Q kommer att frigöras när kroppen kyls av ΔT.

4. Specifik förångningsvärme.

Erfarenheten visar att mängden värme som krävs för att omvandla en vätska till ånga är proportionell mot vätskans massa, d.v.s.

F = lm,

var är proportionalitetskoefficienten L kallas det specifika förångningsvärmet.

Det specifika förångningsvärmet är lika med den mängd värme som krävs för att omvandla 1 kg vätska vid kokpunkten till ånga.

Måttenhet för det specifika förångningsvärmet.

I den omvända processen, kondensationen av ånga, frigörs värme i samma mängd som användes för förångning.

5. Specifik fusionsvärme.

Erfarenheten visar att mängden värme som krävs för att omvandla en fast substans till en vätska är proportionell mot kroppens massa, d.v.s.

F = λ m,

där proportionalitetskoefficienten λ kallas det specifika smältvärmet.

Det specifika smältvärmet är lika med den mängd värme som krävs för att förvandla en fast kropp som väger 1 kg till en vätska vid smältpunkten.

Måttenhet för specifik smältvärme.

I den omvända processen, kristallisationen av en vätska, frigörs värme i samma mängd som användes för smältning.

6. Specifik värme vid förbränning.

Erfarenheten visar att mängden värme som frigörs vid den fullständiga förbränningen av bränslet är proportionell mot bränslets massa, d.v.s.

F = qm,

Där proportionalitetsfaktorn q kallas det specifika förbränningsvärmet.

Det specifika förbränningsvärmet är lika med mängden värme som frigörs vid en fullständig förbränning av 1 kg bränsle.

Måttenhet för specifik förbränningsvärme.

7. Värmebalansekvation.

Två eller flera kroppar är involverade i värmeväxlingen. Vissa kroppar avger värme, medan andra tar emot den. Värmeöverföring sker tills kropparnas temperaturer blir lika. Enligt lagen om energibevarande är mängden värme som avges lika med mängden som tas emot. På denna basis skrivs värmebalansekvationen.

Tänk på ett exempel.

En kropp med massa m 1, vars värmekapacitet är c ​​1 , har temperatur T 1 , och en kropp med massa m 2 , vars värmekapacitet är c ​​2 , har temperatur T 2 . Dessutom är T 1 större än T 2. Dessa kroppar kommer i kontakt. Erfarenheten visar att en kall kropp (m 2) börjar värmas upp och en varm kropp (m 1) börjar svalna. Detta tyder på att en del av den inre energin i en varm kropp överförs till en kall, och temperaturerna jämnar ut sig. Låt oss beteckna den slutliga totala temperaturen med θ.

Mängden värme som överförs från en varm kropp till en kall

F överförd. = c 1 m 1 (T 1 – θ )

Mängden värme som tas emot av en kall kropp från en varm

F mottagen. = c 2 m 2 (θ – T 2 )

Enligt lagen om energibevarande F överförd. = F mottagen., dvs.

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

Låt oss öppna parenteserna och uttrycka värdet på den totala stationära temperaturen θ.

Temperaturvärdet θ kommer i detta fall att erhållas i kelvin.

Men eftersom i uttrycken för Q passerade. och Q tas emot. om det är skillnad mellan två temperaturer, och det är lika i både kelvin och grader Celsius, så kan beräkningen utföras i grader Celsius. Sedan

I detta fall kommer temperaturvärdet θ att erhållas i grader Celsius.

Utjämningen av temperaturer som ett resultat av värmeledning kan förklaras utifrån molekylär kinetisk teori som ett utbyte av kinetisk energi mellan molekyler under kollision i processen med termisk kaotisk rörelse.

Detta exempel kan illustreras med en graf.

I den här lektionen kommer vi att lära oss hur man beräknar mängden värme som behövs för att värma en kropp eller släppa ut den när den svalnar. För att göra detta kommer vi att sammanfatta kunskapen som erhölls i tidigare lektioner.

Dessutom kommer vi att lära oss hur man använder formeln för mängden värme för att uttrycka de återstående kvantiteterna från denna formel och beräkna dem, med kunskap om andra kvantiteter. Ett exempel på ett problem med en lösning för att beräkna mängden värme kommer också att beaktas.

Den här lektionen ägnas åt att beräkna mängden värme när en kropp värms upp eller frigörs av den när den kyls.

Förmågan att beräkna den erforderliga mängden värme är mycket viktig. Detta kan till exempel vara nödvändigt när man ska beräkna mängden värme som måste tillföras vatten för att värma upp ett rum.

Ris. 1. Mängden värme som måste rapporteras till vattnet för att värma upp rummet

Eller för att beräkna mängden värme som frigörs när bränsle förbränns i olika motorer:

Ris. 2. Mängden värme som frigörs när bränsle förbränns i motorn

Denna kunskap behövs också, till exempel för att bestämma mängden värme som frigörs av solen och träffar jorden:

Ris. 3. Mängden värme som frigörs av solen och faller på jorden

För att beräkna mängden värme behöver du veta tre saker (bild 4):

• kroppsvikt (som vanligtvis kan mätas med en våg);
• temperaturskillnaden med vilken det är nödvändigt att värma kroppen eller kyla den (vanligtvis mätt med en termometer);
• kroppens specifik värmekapacitet (som kan bestämmas från tabellen).

Ris. 4. Vad du behöver veta för att avgöra

Formeln för att beräkna mängden värme är följande:

Denna formel innehåller följande kvantiteter:

Mängden värme, mätt i joule (J);

Den specifika värmekapaciteten hos ett ämne, mätt i;

- temperaturskillnad, mätt i grader Celsius ().

Tänk på problemet med att beräkna mängden värme.

Uppgift

Ett kopparglas med en massa på gram innehåller vatten med en volym av en liter vid en temperatur av . Hur mycket värme måste överföras till ett glas vatten så att dess temperatur blir lika med ?

Ris. 5. Illustration av problemets tillstånd

Först skriver vi ett kort villkor ( Given) och konvertera alla kvantiteter till det internationella systemet (SI).

Beslut:

Bestäm först vilka andra kvantiteter vi behöver för att lösa detta problem. Enligt tabellen för specifik värmekapacitet (tabell 1) finner vi (specifik värmekapacitet för koppar, eftersom glaset är koppar tillstånd), (specifik värmekapacitet för vatten, eftersom det per tillstånd finns vatten i glaset). Dessutom vet vi att för att kunna beräkna mängden värme behöver vi en massa vatten. Av villkor får vi endast volymen. Därför tar vi vattnets densitet från tabellen: (Tabell 2).

Flik. 1. Specifik värmekapacitet för vissa ämnen,

Flik. 2. Densiteter av vissa vätskor

Nu har vi allt vi behöver för att lösa detta problem.

Observera att den totala mängden värme kommer att bestå av summan av mängden värme som krävs för att värma kopparglaset och mängden värme som krävs för att värma vattnet i det:

Vi beräknar först hur mycket värme som krävs för att värma kopparglaset:

Innan vi beräknar mängden värme som krävs för att värma vatten, beräknar vi vattenmassan med hjälp av formeln som vi känner till från klass 7:

Nu kan vi räkna ut:

Då kan vi räkna ut:

Kom ihåg vad det betyder: kilojoule. Prefixet "kilo" betyder .

Svar:.

För bekvämligheten med att lösa problem med att hitta mängden värme (de så kallade direkta problemen) och de kvantiteter som är förknippade med detta koncept, kan du använda följande tabell.