Isıtıldığında ısı miktarı. Isı transferi sırasındaki ısı miktarının hesaplanması, bir maddenin özgül ısı kapasitesi. Isı dengesi denklemi

Bir vücuttan diğerine iş yapmadan enerji aktarma işlemine ne denir Isı değişimi veya ısı transferi. sahip olan cisimler arasında ısı transferi gerçekleşir. farklı sıcaklık. Farklı sıcaklıklardaki cisimler arasında temas kurulduğunda, iç enerjinin bir kısmı vücuttan daha fazla iletilir. Yüksek sıcaklık daha düşük bir sıcaklığa sahip bir vücuda. Isı transferi sonucu vücuda aktarılan enerjiye ne denir? ısı miktarı.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi:

Isı transfer sürecine iş eşlik etmiyorsa, termodinamiğin birinci yasasına göre, ısı miktarı vücudun iç enerjisindeki değişime eşittir: .

Moleküllerin rastgele öteleme hareketinin ortalama enerjisi, mutlak sıcaklıkla orantılıdır. Bir cismin iç enerjisindeki değişiklik, sayısı cismin kütlesiyle orantılı olan tüm atomların veya moleküllerin enerjisindeki değişikliklerin cebirsel toplamına eşittir, dolayısıyla iç enerjideki değişiklik ve sonuç olarak, ısı miktarı kütle ve sıcaklık değişimi ile orantılıdır:

Bu denklemdeki orantı faktörü denir bir maddenin özgül ısı kapasitesi. Özgül ısı kapasitesi, 1 kg bir maddenin sıcaklığını 1 K artırmak için ne kadar ısı gerektiğini gösterir.

Termodinamikte çalışın:

Mekanikte iş, kuvvet ve yer değiştirme modüllerinin ve aralarındaki açının kosinüsünün çarpımı olarak tanımlanır. Hareket halindeki bir cisme bir kuvvet etki ettiğinde ve kinetik enerjisindeki değişime eşit olduğunda iş yapılır.

Termodinamikte, bir cismin bir bütün olarak hareketi dikkate alınmaz; makroskopik bir cismin parçalarının birbirine göre hareketinden bahsediyoruz. Sonuç olarak, vücudun hacmi değişir ve hızı sıfıra eşit kalır. Termodinamikte iş, mekanikte olduğu gibi tanımlanır, ancak vücudun kinetik enerjisindeki değil, iç enerjisindeki değişime eşittir.

İş yapıldığında (sıkıştırma veya genleşme), gazın iç enerjisi değişir. Bunun nedeni aşağıdaki gibidir: gaz moleküllerinin hareketli bir pistonla elastik çarpışmaları sırasında kinetik enerjileri değişir.

Gazın genleşme sırasında yaptığı işi hesaplayalım. Gaz pistona bir kuvvetle etki eder.
, nerede gazın basıncıdır ve - yüzey alanı piston. Gaz genişledikçe piston kuvvet yönünde hareket eder. kısa bir mesafe için
. Mesafe küçükse, gaz basıncı sabit kabul edilebilir. Gazın işi:

Neresi
- gaz hacmindeki değişiklik.

Gazı genişletme sürecinde, kuvvet ve yer değiştirme yönü çakıştığı için pozitif iş yapar. Genleşme sürecinde gaz, çevredeki cisimlere enerji verir.

Dış cisimlerin bir gaz üzerinde yaptığı iş, gazın çalışmasından yalnızca işaret bakımından farklıdır.
çünkü güç gaza etki eden kuvvetin tersidir gazın pistona etki ettiği ve mutlak değerde ona eşit olduğu (Newton'un üçüncü yasası); ve hareket aynı kalır. Bu nedenle iş dış kuvvetler eşittir:

.

Termodinamiğin birinci yasası:

Termodinamiğin birinci yasası, termal olaylara kadar uzanan enerjinin korunumu yasasıdır. Enerji korunumu yasası: doğadaki enerji yoktan ortaya çıkmaz ve yok olmaz: enerji miktarı değişmez, sadece bir biçimden diğerine değişir.

Termodinamikte, ağırlık merkezinin konumu pratik olarak değişmeyen cisimler dikkate alınır. Bu tür cisimlerin mekanik enerjisi sabit kalır ve sadece iç enerji değişebilir.

İç enerji iki şekilde değiştirilebilir: ısı transferi ve iş. Genel durumda, iç enerji hem ısı transferi nedeniyle hem de işin performansı nedeniyle değişir. Termodinamiğin birinci yasası, bu tür genel durumlar için tam olarak formüle edilmiştir:

Bir durumdan diğerine geçişi sırasında sistemin iç enerjisindeki değişiklik, dış kuvvetlerin işinin toplamına ve sisteme aktarılan ısı miktarına eşittir:

Sistem izole ise, üzerinde iş yapılmaz ve çevredeki cisimlerle ısı alışverişi yapmaz. Termodinamiğin birinci yasasına göre izole edilmiş bir sistemin iç enerjisi değişmeden kalır.

Verilen
, termodinamiğin birinci yasası aşağıdaki gibi yazılabilir:

Sisteme aktarılan ısı miktarı sistemin iç enerjisini değiştirmeye ve sistem tarafından dış cisimler üzerinde iş yapmaya gider..

Termodinamiğin ikinci yasası: Her iki sistemde veya çevredeki cisimlerde aynı anda başka değişiklikler olmadığında, daha soğuk bir sistemden daha sıcak bir sisteme ısı aktarmak imkansızdır.

« Fizik - 10. Sınıf "

Maddenin toplu dönüşümü hangi süreçlerde gerçekleşir?
Maddenin hali nasıl değiştirilebilir?

Herhangi bir cismin iç enerjisini iş yaparak, ısıtarak veya tersine soğutarak değiştirebilirsiniz.
Böylece, bir metal dövülürken iş yapılır ve ısıtılır, aynı zamanda metal yanan bir alev üzerinde ısıtılabilir.

Ayrıca, eğer piston sabitse (Şekil 13.5), ısıtıldığında gazın hacmi değişmez ve iş yapılmaz. Ancak gazın sıcaklığı ve dolayısıyla iç enerjisi artar.

İç enerji artabilir ve azalabilir, bu nedenle ısı miktarı pozitif veya negatif olabilir.

Bir vücuttan diğerine iş yapmadan enerji aktarma işlemine ne denir Isı değişimi.

Isı transferi sırasında iç enerjideki değişimin nicel ölçüsüne denir. ısı miktarı.

Isı transferinin moleküler resmi.

Cisimler arasındaki sınırda ısı değişimi sırasında, soğuk bir cismin yavaş hareket eden molekülleri, sıcak bir cismin hızlı hareket eden molekülleri ile etkileşime girer. Sonuç olarak, moleküllerin kinetik enerjileri eşitlenir ve soğuk bir cismin moleküllerinin hızları artar, sıcak cisminki ise azalır.

Isı değişimi sırasında enerjinin bir biçimden diğerine dönüşümü yoktur, daha sıcak bir cismin iç enerjisinin bir kısmı daha az ısıtılmış bir cisme aktarılır.

Isı miktarı ve ısı kapasitesi.

Kütlesi m olan bir cismi t 1 sıcaklığından t 2 sıcaklığına ısıtmak için, ona ısı miktarını aktarmanın gerekli olduğunu zaten biliyorsunuz:

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

Vücut soğuduğunda, son sıcaklığı t 2, başlangıç ​​sıcaklığından t 1 daha düşük olur ve vücut tarafından verilen ısı miktarı negatiftir.

(13.5) formülündeki c katsayısına denir özgül ısı kapasitesi maddeler.

Özısı- bu, 1 kg kütleli bir maddenin sıcaklığı 1 K değiştiğinde aldığı veya verdiği ısı miktarına sayısal olarak eşit bir değerdir.

Gazların özgül ısı kapasitesi, ısının aktarıldığı sürece bağlıdır. Bir gazı sabit basınçta ısıtırsanız genleşecek ve iş yapacaktır. Bir gazı sabit basınçta 1 °C ısıtmak için transfer edilmesi gerekir. büyük miktar gaz sadece ısındığında, sabit bir hacimde ısıtmaktan daha fazla ısı.

Sıvılar ve katılar ısıtıldıklarında hafifçe genleşirler. Sabit hacimde ve sabit basınçta özgül ısı kapasiteleri çok az farklılık gösterir.

Özgül buharlaşma ısısı.

Kaynama işlemi sırasında bir sıvıyı buhara dönüştürmek için, ona belirli bir miktarda ısı aktarmak gerekir. Bir sıvının sıcaklığı kaynadığında değişmez. Bir sıvının sabit bir sıcaklıkta buhara dönüşmesi, moleküllerin kinetik enerjisinde bir artışa yol açmaz, ancak buna bir artış eşlik eder. potansiyel enerji onların etkileşimleri. Sonuçta, gaz molekülleri arasındaki ortalama mesafe, sıvı moleküller arasındakinden çok daha fazladır.

1 kg sıvıyı sabit sıcaklıkta buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarına sayısal olarak eşit değere ne denir özısı buharlaşma.

Sıvı buharlaşma süreci herhangi bir sıcaklıkta gerçekleşir, en hızlı moleküller sıvıyı terk eder ve buharlaşma sırasında soğur. Buharlaşmanın özgül ısısı, buharlaşmanın özgül ısısına eşittir.

Bu değer r harfi ile gösterilir ve kilogram başına joule (J / kg) olarak ifade edilir.

Suyun özgül buharlaşma ısısı çok yüksektir: r H20 = 2.256 106 J/kg 100 °C sıcaklıkta. Alkol, eter, cıva, kerosen gibi diğer sıvılarda buharlaşmanın özgül ısısı suyunkinden 3-10 kat daha azdır.

Kütlesi m olan bir sıvıyı buhara dönüştürmek için şuna eşit miktarda ısı gereklidir:

Q p \u003d rm. (13.6)

Buhar yoğunlaştığında, aynı miktarda ısı açığa çıkar:

Q k \u003d -rm. (13.7)

Özgül füzyon ısısı.

Kristal bir cisim eridiğinde, ona verilen tüm ısı moleküllerin etkileşim potansiyel enerjisini artırmaya gider. Kinetik enerji Erime sabit bir sıcaklıkta gerçekleştiği için moleküller değişmez.

Erime noktasında 1 kg ağırlığındaki kristal bir maddeyi sıvı hale dönüştürmek için gerekli ısı miktarına sayısal olarak eşit değere ne denir? özgül füzyon ısısı ve λ harfi ile gösterilir.

1 kg kütleli bir maddenin kristalleşmesi sırasında, erime sırasında emilen ısı miktarıyla tam olarak aynı miktarda ısı açığa çıkar.

Buzun erime özgül ısısı oldukça yüksektir: 3.34 10 5 J/kg.

“Buzun yüksek bir füzyon ısısı olmasaydı, o zaman ilkbaharda tüm buz kütlesinin birkaç dakika veya saniye içinde erimesi gerekirdi, çünkü ısı sürekli olarak havadan buza aktarılır. Bunun sonuçları korkunç olacaktır; sonuçta, mevcut durumda bile, büyük buz kütleleri veya kar eridiğinde büyük seller ve güçlü su akıntıları meydana gelir. R. Siyah, 18. yüzyıl

Kütlesi m olan bir kristal cismi eritmek için şuna eşit bir ısı miktarı gereklidir:

Qpl \u003d λm. (13.8)

Vücudun kristalleşmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarı şuna eşittir:

Q cr = -λm (13,9)

Isı dengesi denklemi.

Başlangıçta birkaç gövdeden oluşan bir sistem içinde ısı transferini düşünün. çeşitli sıcaklıklarörneğin, bir kaptaki su ile suya indirilmiş sıcak bir demir bilye arasındaki ısı değişimi. Enerjinin korunumu yasasına göre, bir cismin verdiği ısı miktarı, diğerinin aldığı ısı miktarına sayısal olarak eşittir.

Verilen ısı miktarı negatif, alınan ısı miktarı pozitif kabul edilir. Dolayısıyla toplam ısı miktarı Q1 + Q2 = 0 olur.

Yalıtılmış bir sistemde birkaç gövde arasında ısı değişimi meydana gelirse, o zaman

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

Denklem (13.10) denir ısı dengesi denklemi.

Burada Q 1 Q 2 , Q 3 - cisimler tarafından alınan veya verilen ısı miktarı. Bu ısı miktarları, ısı transferi (erime, kristalleşme, buharlaşma, yoğunlaşma) sürecinde maddenin çeşitli faz dönüşümleri meydana gelirse, formül (13.5) veya formül (13.6) - (13.9) ile ifade edilir.

1. İş yaparak iç enerjideki değişim, iş miktarı ile karakterize edilir, yani. iş, belirli bir süreçte iç enerjideki değişimin bir ölçüsüdür. Isı transferi sırasında vücudun iç enerjisindeki değişim, adı verilen bir değer ile karakterize edilir. ısı miktarı.

Isı miktarı, iş yapmadan ısı transferi sürecinde vücudun iç enerjisindeki değişimdir.

Isı miktarı ​ \ (Q \) harfi ile gösterilir. Isı miktarı iç enerjideki değişimin bir ölçüsü olduğundan birimi joule (1 J) dir.

Bir cisim iş yapmadan belli bir miktarda ısı aktardığında iç enerjisi artar, belli bir miktarda ısı verirse iç enerjisi azalır.

2. 100 gr suyu aynı iki kaba, 400 gr suyu aynı sıcaklıktaki başka bir kaba döker ve aynı brülörlere koyarsanız, ilk kaptaki su daha erken kaynar. Bu nedenle, vücudun kütlesi ne kadar büyükse, ısınması gereken ısı miktarı da o kadar fazladır. Aynı şey soğutma için de geçerlidir: Daha büyük kütleli bir vücut, soğutulduğunda daha fazla miktarda ısı yayar. Bu cisimler aynı maddeden yapılmıştır ve aynı derecede ısınır veya soğurlar.

​3. Şimdi 100 g suyu 30'dan 60 °C'ye ısıtırsak, yani. 30 °С'ye kadar ve ardından 100 °С'ye kadar, yani. 70 °C'ye kadar, o zaman ilk durumda ısıtmak ikinciden daha az zaman alacak ve buna göre suyu 30 °C ısıtmak için suyu 70 °C ısıtmaktan daha az ısı harcanacaktır. Bu nedenle, ısı miktarı, son ​\((t_2\,^\circ C) \) ve başlangıç ​​\((t_1\,^\circ C) \) sıcaklıkları arasındaki farkla doğru orantılıdır: ​\(Q \sim(t_2- t_1) \) .

4. Şimdi bir kaba 100 g su dökülürse ve benzer başka bir kaba biraz su dökülürse ve içine kütlesi ve su kütlesi 100 g olacak şekilde metal bir gövde yerleştirilir ve kaplar aynı sıcaklıkta ısıtılır. karolar, daha sonra sadece su içeren bir kapta, su ve metal bir gövde içeren bir kaptan daha düşük bir sıcaklığa sahip olacağı görülebilir. Bu nedenle, her iki kaptaki içeriğin sıcaklığının aynı olması için, suya ve metal gövdeye göre daha fazla miktarda ısı suya aktarılmalıdır. Bu nedenle, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, bu cismin yapıldığı maddenin türüne bağlıdır.

5. Vücudu ısıtmak için gereken ısı miktarının maddenin türüne bağlılığı, fiziksel bir nicelik olarak adlandırılır. bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

1 kg cismi 1 °C (veya 1 K) ısıtmak için bildirilmesi gereken ısı miktarına eşit fiziksel miktara maddenin öz ısısı denir.

1 kg madde 1 °C ile soğutulduğunda aynı miktarda ısı verir.

Özgül ısı kapasitesi \ (c \) harfi ile gösterilir. Özgül ısı kapasitesinin birimi 1 J/kg °C veya 1 J/kg K'dir.

Maddelerin özgül ısı kapasitesi değerleri deneysel olarak belirlenir. Sıvıların özgül ısı kapasitesi metallerden daha yüksektir; Su en yüksek özgül ısı kapasitesine sahiptir, altın ise çok küçük bir özgül ısı kapasitesine sahiptir.

Kurşunun özgül ısı kapasitesi 140 J/kg °C'dir. Bu, 1 kg kurşunu 1 °C ısıtmak için 140 J ısı harcamak gerektiği anlamına gelir. 1 kg su 1 °C soğuduğunda aynı miktarda ısı açığa çıkacaktır.

Isı miktarı vücudun iç enerjisindeki değişime eşit olduğundan, özgül ısı kapasitesinin, 1 kg bir maddenin sıcaklığı 1 °C değiştiğinde iç enerjisinin ne kadar değiştiğini gösterdiğini söyleyebiliriz. Özellikle 1 kg kurşunun iç enerjisi 1 °C ısıtıldığında 140 J artar, soğutulduğunda 140 J azalır.

​\(Q \) ​kütleli bir cisim ​\(m \) ​ \((t_1\,^\circ C) \) sıcaklığından \((t_2\, ^\circ C) \) , maddenin özgül ısısının, vücut kütlesinin ve son ve başlangıç ​​sıcaklıkları arasındaki farkın ürününe eşittir, yani.

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

Aynı formül, vücudun soğutulduğunda verdiği ısı miktarını hesaplamak için kullanılır. Sadece bu durumda son sıcaklık ilk sıcaklıktan çıkarılmalıdır, yani. itibaren daha büyük değer daha az sıcaklık çıkarın.

6. Sorun çözümü örneği. 80°C sıcaklıkta 200 g su içeren bir beher, 20°C sıcaklıkta 100 g su ile dökülür. Bundan sonra, kapta 60 °C'lik sıcaklık kuruldu. Soğuk su tarafından alınan ve sıcak su tarafından verilen ısı ne kadardır?

Bir sorunu çözerken, aşağıdaki eylem sırasını gerçekleştirmelisiniz:

1. sorunun durumunu kısaca yazın;
2. miktarların değerlerini SI'ye dönüştürmek;
3. sorunu analiz edin, hangi cisimlerin ısı alışverişine katıldığını, hangi cisimlerin enerji verdiğini ve hangilerinin onu aldığını belirleyin;
4. sorunu çözmek Genel görünüm;
5. hesaplamalar yapmak;
6. Alınan yanıtı analiz edin.

1. Görev.

Verilen:
\\ (m_1 \) \u003d 200 gr
\(m_2 \) \u003d 100 gr
​ \ (t_1 \) \u003d 80 ° C
​ \ (t_2 \) \u003d 20 ° С
​ \ (t \) \u003d 60 ° С
______________

​\(S_1 \) ​ — ? \(Q_2 \) ​ — ?
​ \ (c_1 \) ​ \u003d 4200 J / kg ° С

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

3. Görev Analizi. Problem, sıcak ve sıcak arasındaki ısı alışverişi sürecini tanımlar. soğuk su. Sıcak suısı ​ \(Q_1 \) ​ ​ miktarını verir ve ​\(t_1 \) ​ sıcaklığından ​\(t \) sıcaklığına soğur. Soğuk su​\(Q_2 \) ​ ​ miktarını alır ve ​\(t_2 \) ​ sıcaklığından ​\(t \) ​ sıcaklığına kadar ısıtır.

4. Problemin genel formda çözümü. Serbest bırakılan ısı miktarı sıcak su, şu formülle hesaplanır: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Soğuk su tarafından alınan ısı miktarı şu formülle hesaplanır: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Bilgi işlem.
​ \ (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. Cevapta, sıcak suyun verdiği ısı miktarının soğuk suyun aldığı ısı miktarına eşit olduğu elde edilmiştir. Bu durumda idealleştirilmiş bir durum düşünülmüş ve suyun bulunduğu camı ve çevresindeki havayı ısıtmak için belirli bir miktarda ısı kullanıldığı dikkate alınmamıştır. Gerçekte, sıcak suyun verdiği ısı miktarı, soğuk suyun aldığı ısı miktarından daha fazladır.

Bölüm 1

1. Gümüşün özgül ısı kapasitesi 250 J/(kg °C)'dir. Ne anlama geliyor?

1) 1 kg gümüş 250 °C'de soğutulurken 1 J'lik bir ısı açığa çıkar.
2) 250 kg gümüşü 1 °C'de soğuturken, 1 J'lik bir ısı açığa çıkar.
3) 250 kg gümüş 1 °C soğuduğunda 1 J ısı emilir.
4) 1 kg gümüş 1 °C soğuduğunda 250 J ısı açığa çıkar.

2. Çinkonun özgül ısı kapasitesi 400 J/(kg °C)'dir. Demek oluyor

1) 1 kg çinko 400 °C'ye ısıtıldığında iç enerjisi 1 J artar.
2) 400 kg çinko 1 °C ısıtıldığında iç enerjisi 1 J artar.
3) 400 kg çinkoyu 1°C ısıtmak için 1 J enerji harcamak gerekir
4) 1 kg çinko 1 °C ısıtıldığında iç enerjisi 400 J artar.

3. Aktarırken sağlam vücut kütle ​(m \) ​\(Q \) ​vücut ısısı ​\(\Delta t^\circ \) arttı. Bu cismin öz ısı kapasitesini aşağıdaki ifadelerden hangisi belirler?

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. Şekil, aynı kütleye sahip iki cismi (1 ve 2) sıcaklıkta ısıtmak için gereken ısı miktarının bir grafiğini göstermektedir. Bu cisimlerin yapıldığı maddelerin özgül ısı kapasitesi (​\(c_1 \) ​ ve ​\(c_2 \) ) değerlerini karşılaştırın.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3) \(c_1 4) cevap, cisimlerin kütlesinin değerine bağlıdır

5. Diyagram, sıcaklıkları aynı derece değiştiğinde eşit kütleye sahip iki cisme aktarılan ısı miktarının değerlerini gösterir. Cisimlerin yapıldığı maddelerin özgül ısı kapasiteleri için hangi oran doğrudur?

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

6. Şekil, katı bir cismin sıcaklığının, onun tarafından verilen ısı miktarına bağımlılığının bir grafiğini göstermektedir. Vücut ağırlığı 4 kg. Bu cismin maddesinin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

7. 100 g ağırlığındaki kristal bir madde ısıtıldığında, maddenin sıcaklığı ve maddeye verilen ısı miktarı ölçülmüştür. Ölçüm verileri bir tablo şeklinde sunuldu. Enerji kayıplarının ihmal edilebileceğini varsayarak, katı haldeki bir maddenin özgül ısı kapasitesini belirleyin.

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

8. 192 g molibdeni 1 K ısıtmak için, ona 48 J'lik bir ısı aktarmak gerekir. Bu maddenin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

9. 100 g kurşunu 27°C'den 47°C'ye ısıtmak için ne kadar ısı gereklidir?

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

10. Bir tuğlayı 20'den 85 °C'ye ısıtmak için, aynı kütledeki suyu 13 °C ısıtmak için harcanan ısı miktarı aynıdır. Bir tuğlanın özgül ısı kapasitesi,

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

11. Aşağıdaki ifadeler listesinden doğru olan iki tanesini seçerek tabloya numaralarını yazınız.

1) Bir cismin sıcaklığı belli bir derece yükseldiğinde aldığı ısı miktarı, bu cismin sıcaklığı aynı derece düştüğünde verdiği ısı miktarına eşittir.
2) Bir madde soğutulduğunda iç enerjisi artar.
3) Bir maddenin ısıtıldığında aldığı ısı miktarı, esas olarak moleküllerinin kinetik enerjisini artırmaya gider.
4) Bir maddenin ısıtıldığında aldığı ısı miktarı, esas olarak moleküllerinin etkileşiminin potansiyel enerjisini artırmaya gider.
5) Bir cismin iç enerjisi ancak belli bir miktar ısı verilerek değiştirilebilir.

12. Tablo, kütle ​(m \) ​, sıcaklık değişimleri ​(\Delta t \) ​ ve bakırdan veya bakırdan yapılmış silindirlerin soğutulması sırasında açığa çıkan ısı miktarı ​\(Q \) ​ ölçümlerinin sonuçlarını göstermektedir alüminyum.

Hangi ifadeler deneyin sonuçlarıyla tutarlıdır? Sağlanan listeden doğru ikisini seçin. Numaralarını listeleyin. Yapılan ölçümlere dayanarak, soğutma sırasında açığa çıkan ısı miktarının,

1) silindirin yapıldığı maddeye bağlıdır.
2) silindirin yapıldığı maddeye bağlı değildir.
3) Silindirin kütlesi arttıkça artar.
4) artan sıcaklık farkı ile artar.
5) alüminyumun özgül ısı kapasitesi, kalayın özgül ısı kapasitesinden 4 kat daha fazladır.

Bölüm 2

C1. 2 kg ağırlığındaki katı bir cisim 2 kW'lık bir fırına yerleştirilir ve ısıtılır. Şekil, bu cismin sıcaklığının ​\(t \) ​\(\tau \) ısıtma süresine bağımlılığını göstermektedir. Bir maddenin özgül ısı kapasitesi nedir?

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

Yanıtlar

ISI DEĞİŞİMİ.

1. Isı transferi.

Isı değişimi veya ısı transferi iş yapmadan bir cismin iç enerjisinin başka bir cisme aktarılması işlemidir.

Üç tip ısı transferi vardır.

1) Termal iletkenlik doğrudan temas halindeki cisimler arasındaki ısı alışverişidir.

2) Konveksiyonısının gaz veya sıvı akışları ile aktarıldığı ısı transferidir.

3) Radyasyon elektromanyetik radyasyon yoluyla ısı transferidir.

2. Isı miktarı.

Isı miktarı, ısı değişimi sırasında bir cismin iç enerjisindeki değişimin bir ölçüsüdür. Harf ile gösterilir Q.

Isı miktarının ölçü birimi = 1 J.

Bir cismin başka bir cisimden ısı transferi sonucu aldığı ısı miktarı, sıcaklığı arttırmak (moleküllerin kinetik enerjisini arttırmak) veya kümelenme durumunu değiştirmek (potansiyel enerjiyi arttırmak) için harcanabilir.

3. Bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

Deneyimler, m kütleli bir cismi T1 sıcaklığından T2 sıcaklığına ısıtmak için gereken ısı miktarının, vücut kütlesi m ve sıcaklık farkı (T 2 - T 1) ile orantılı olduğunu göstermektedir, yani.

Q = santimetre(T 2 - T 1 ) = ilemΔ T,

ileısıtılan cismin maddesinin özgül ısı kapasitesi olarak adlandırılır.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi, 1 kg maddeyi 1 K ile ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına eşittir.

Özgül ısı kapasitesi birimi =.

Çeşitli maddelerin ısı kapasitesi değerleri fiziksel tablolarda bulunabilir.

Vücut ΔT ile soğutulduğunda tam olarak aynı miktarda ısı Q salınacaktır.

4. Özgül buharlaşma ısısı.

Deneyimler, bir sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarının sıvının kütlesi ile orantılı olduğunu göstermektedir, yani.

Q = lm,

orantılılık katsayısı nerede L buharlaşmanın özgül ısısı denir.

Buharlaşmanın özgül ısısı, kaynama noktasında 1 kg sıvıyı buhara dönüştürmek için gerekli olan ısı miktarına eşittir.

Buharlaşmanın özgül ısısı için ölçü birimi.

Ters işlemde, buharın yoğuşması, buharlaşmaya harcanan aynı miktarda ısı açığa çıkar.

5. Özgül füzyon ısısı.

Deneyimler, bir katıyı sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarının cismin kütlesi ile orantılı olduğunu göstermektedir.

Q = λ m,

burada orantılılık katsayısı λ, özgül füzyon ısısı olarak adlandırılır.

Özgül füzyon ısısı, 1 kg ağırlığındaki katı bir cismi erime noktasında sıvı hale getirmek için gerekli olan ısı miktarına eşittir.

Özgül füzyon ısısı için ölçü birimi.

Tersine işlemde, bir sıvının kristalleşmesi, erime için harcanan aynı miktarda ısı açığa çıkar.

6. Özgül yanma ısısı.

Deneyimler, yakıtın tam yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarının yakıtın kütlesi ile orantılı olduğunu göstermektedir.

Q = qm,

Orantılılık faktörü q, yanmanın özgül ısısı olarak adlandırılır.

Özgül yanma ısısı, 1 kg yakıtın tam yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına eşittir.

Özgül yanma ısısı için ölçü birimi.

7. Isı dengesi denklemi.

Isı alışverişinde iki veya daha fazla cisim yer alır. Bazı bedenler ısı verir, bazıları ise alır. Vücutların sıcaklıkları eşitlenene kadar ısı transferi gerçekleşir. Enerjinin korunumu yasasına göre, verilen ısı miktarı alınan ısı miktarına eşittir. Bu temelde, ısı dengesi denklemi yazılır.

Bir örnek düşünün.

Isı kapasitesi c 1 olan m 1 kütleli bir cismin sıcaklığı T 1 , ısı kapasitesi c 2 olan m 2 kütleli bir cismin sıcaklığı T 2 . Ayrıca, T 1, T 2'den büyüktür. Bu bedenler temas ettirilir. Deneyimler, soğuk bir cismin (m 2) ısınmaya başladığını ve sıcak bir cismin (m 1) soğumaya başladığını göstermektedir. Bu, sıcak bir cismin iç enerjisinin bir kısmının soğuğa aktarıldığını ve sıcaklıkların eşitlendiğini gösterir. Son toplam sıcaklığı θ ile gösterelim.

Sıcak bir cisimden soğuk cisme aktarılan ısı miktarı

Q transfer edildi. = c 1 m 1 (T 1 – θ )

Soğuk bir cismin sıcak cisimden aldığı ısı miktarı

Q Alınan. = c 2 m 2 (θ – T 2 )

Enerjinin korunumu yasasına göre Q transfer edildi. = Q Alınan., yani

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

Parantezleri açalım ve toplam kararlı hal sıcaklığının θ değerini ifade edelim.

Bu durumda sıcaklık değeri θ kelvin cinsinden elde edilecektir.

Ancak, ifadelerde Q geçtiğinden beri. ve Q alınır. iki sıcaklık arasında bir fark varsa ve hem kelvin hem de santigrat derece olarak aynıysa, hesaplama santigrat derece cinsinden yapılabilir. Sonra

Bu durumda sıcaklık değeri θ santigrat derece olarak elde edilecektir.

Isı iletiminin bir sonucu olarak sıcaklıkların eşitlenmesi, moleküler kinetik teori temelinde, termal kaotik hareket sürecinde çarpışma sırasında moleküller arasında bir kinetik enerji değişimi olarak açıklanabilir.

Bu örnek bir grafikle gösterilebilir.

Bu derste, bir cismi ısıtmak veya soğuduğunda serbest bırakmak için gereken ısı miktarını nasıl hesaplayacağımızı öğreneceğiz. Bunu yapmak için, önceki derslerde elde edilen bilgileri özetleyeceğiz.

Ayrıca bu formülden kalan miktarları ifade etmek için ısı miktarı formülünü kullanmayı ve diğer miktarları bilerek hesaplamayı öğreneceğiz. Isı miktarını hesaplamak için bir çözüme sahip bir problem örneği de dikkate alınacaktır.

Bu ders, bir vücut ısıtıldığında veya soğutulduğunda serbest bırakıldığında ısı miktarını hesaplamaya ayrılmıştır.

Gerekli ısı miktarını hesaplama yeteneği çok önemlidir. Bu, örneğin bir odayı ısıtmak için suya verilmesi gereken ısı miktarını hesaplarken gerekli olabilir.

Pirinç. 1. Odayı ısıtmak için suya bildirilmesi gereken ısı miktarı

Veya çeşitli motorlarda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarını hesaplamak için:

Pirinç. 2. Yakıt motorda yandığında açığa çıkan ısı miktarı

Ayrıca, örneğin Güneş tarafından salınan ve Dünya'ya çarpan ısı miktarını belirlemek için bu bilgiye ihtiyaç vardır:

Pirinç. 3. Güneş'in açığa çıkardığı ve Dünya'ya düşen ısı miktarı

Isı miktarını hesaplamak için üç şeyi bilmeniz gerekir (Şekil 4):

• vücut ağırlığı (genellikle bir terazi ile ölçülebilir);
• vücudu ısıtmak veya soğutmak için gerekli olan sıcaklık farkı (genellikle bir termometre ile ölçülür);
• vücudun özgül ısı kapasitesi (tablodan belirlenebilir).

Pirinç. 4. Belirlemek için bilmeniz gerekenler

Isı miktarını hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:

Bu formül aşağıdaki miktarları içerir:

Joule (J) cinsinden ölçülen ısı miktarı;

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi;

- Santigrat derece () cinsinden ölçülen sıcaklık farkı.

Isı miktarını hesaplama problemini düşünün.

Görev

Kütlesi gram olan bir bakır cam, C sıcaklığında bir litre hacminde su içerir. Bir bardak suya sıcaklığının eşit olması için ne kadar ısı verilmesi gerekir?

Pirinç. 5. Sorunun durumunu gösteren resim

İlk önce kısa bir koşul yazıyoruz ( verilen) ve tüm miktarları uluslararası sisteme (SI) dönüştürün.

Karar:

İlk olarak, bu sorunu çözmek için başka hangi miktarlara ihtiyacımız olduğunu belirleyin. Özgül ısı kapasitesi tablosuna göre (Tablo 1), bulduk (bakırın özgül ısı kapasitesi, çünkü cam bakırdır). Ek olarak, ısı miktarını hesaplamak için bir su kütlesine ihtiyacımız olduğunu biliyoruz. Koşul olarak, bize yalnızca hacim verilir. Bu nedenle, suyun yoğunluğunu tablodan alıyoruz: (Tablo 2).

Sekme. 1. Bazı maddelerin özgül ısı kapasitesi,

Sekme. 2. Bazı sıvıların yoğunlukları

Şimdi bu sorunu çözmek için ihtiyacımız olan her şeye sahibiz.

Toplam ısı miktarının bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarı ile içindeki suyu ısıtmak için gereken ısı miktarının toplamından oluşacağını unutmayın:

Önce bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplıyoruz:

Suyu ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamadan önce, 7. sınıftan aşina olduğumuz formülü kullanarak suyun kütlesini hesaplıyoruz:

Şimdi hesaplayabiliriz:

O zaman hesaplayabiliriz:

Ne anlama geldiğini hatırlayın: kilojul. "Kilo" ön eki şu anlama gelir: .

Cevap:.

Isı miktarını (doğrudan problemler olarak adlandırılır) ve bu kavramla ilgili miktarları bulma problemlerini çözme kolaylığı için aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz.