Физика формула количество теплоты: 2. Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела

Количество теплоты

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче. Количество теплоты является одной из основных термодинамических величин. Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние.

Внутренняя энергия тела может изменяться за счет работы внешних сил. Для характеристики изменения внутренней энергии при теплообмене вводится величина, называемая количеством теплоты и обозначаемая Q. В международной системе единицей количества теплоты, также как работы и энергии, является джоуль: [Q] = [A] = [E] = 1 Дж. На практике еще иногда применяется внесистемная единица количества теплоты – калория. 1 кал. = 4,2 Дж.

Количество теплоты, передаваемое от одного тела к другому, может идти на нагревание тела, плавление, парообразование, либо выделяться при противоположных процессах –

остывании тела, кристаллизации, конденсации. Теплота выделяется при сгорании топлива. Между массой вещества и количеством теплоты, необходимым для его нагревания, существует прямая пропорциональная зависимость.

• Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при его охлаждении, прямо пропорционально массе тела и изменению его температуры:

Q = cmΔT, где с – удельная теплоемкость [Дж/кг·К], m – масса тела [кг], ΔT – изменение температуры [К]

• Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар или выделяющееся при его конденсации, прямо пропорционально массе жидкости:
Q = Lm, где L – удельная теплота парообразования [Дж/кг], m – масса тела [кг]

• Количество теплоты, необходимое для плавления тела или выделяющееся при его кристаллизации, прямо пропорционально массе этого тела:
Q = λm, где λ (лямбда) – удельная теплота плавления [Дж/кг], m – масса тела [кг]

• Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива, прямо пропорционально его массе:
Q = qm, где q – удельная теплота сгорания [Дж/кг], m – масса тела [кг]

Удельная теплоемкость вещества показывает, чему равно количество теплоты, необходимое для нагревания или выделяющееся при охлаждении

1 кг вещества на 1 К.

Удельные теплоты парообразования, плавления, сгорания показывают, какое количество теплоты требуется для парообразования, плавления или выделяется при конденсации, кристаллизации, сгорании 1 кг вещества.

---

Другие заметки по физике

Количество теплоты | Физика

Изменить внутреннюю энергию газа в цилиндре можно не только совершая работу, но и нагревая газ (рис. 43). Если закрепить поршень, то объем газа не будет изменяться, но температура, а следовательно, и внутренняя энергия будут возрастать.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей.

Энергию, переданную телу в результате теплообмена, называют количеством теплоты. Количеством теплоты называют также энергию, которую тело отдает в процессе теплообмена.

Молекулярная картина теплообмена. При теплообмене на границе между телами происходит взаимодействие медленно движущихся молекул холодного тела с более быстро движущимися молекулами горячего тела. В результате кинетические энергии молекул выравниваются и скорости молекул холодного тела увеличиваются, а горячего уменьшаются.

При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую: часть внутренней энергии горячего тела передается холодному телу.

Количество теплоты и теплоемкость. Из курса физики VII класса известно, что для нагревания тела массой m от температуры t₁ до температуры t₂ необходимо сообщить ему количество теплоты

Q = cm(t₂ – t₁) = cmΔt.     (4.5)

При остывании тела его извечная температура t₂ меньше начальной t₁ и количество теплоты, отдаваемое телом, отрицательно.
Коэффициент c в формуле (4.5) называют удельной теплоемкостью.

Удельная теплоемкость – это количество теплоты, которое получает или отдает 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 К.

Удельную теплоемкость выражают в джоулях, деленных на килограмм, умноженный на кельвин. Различным телам требуется неодинаковое количество энергии для увеличения температуры на 1 К. Так, удельная теплоемкость воды 4190 Дж/(кг · К), а меди 380 Дж/(кг · К).

Удельная теплоемкость зависит не только от свойств вещества, но и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1°C при постоянном давлении ему нужно будет передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме.

Жидкие и твердые тела расширяются при нагревании незначительно, и их удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении мало различаются.

Удельная теплота парообразования. Для превращения жидкости в пар необходима передача ей определенного количества теплоты. Температура жидкости при этом превращении не меняется. Превращение жидкости в пар при постоянной температуре не ведет к увеличению кинетической энергии молекул, но сопровождается увеличением их потенциальной энергии.

Ведь среднее расстояние между молекулами газа во много раз больше, чем между молекулами жидкости. Кроме того, увеличение объема при переходе вещества из жидкого состояния в газообразное требует совершения работы против сил внешнего давления.

Количество теплоты, необходимое для превращения при настоянной температуре 1 кг жидкости в пар, называют удельной теплотой парообразования. Обозначают эту величину буквой r и выражают в джоулях на килограмм.

Очень велика удельная теплота парообразования воды: 2,256 · 10⁶ Дж/кг при температуре 100°C. У других жидкостей (спирт, эфир, ртуть, керосин и др.) удельная теплота парообразования меньше в 3-10 раз.

Для превращения в пар жидкости массой m требуется количество теплоты, равное:

Q_n = rm     (4.6)

При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты

Q_k = –rm.     (4.7)

Удельная теплота плавления. При плавлении кристаллического тела вся подводимая к нему теплота идет на увеличение потенциальной энергии молекул. Кинетическая энергия молекул не меняется, так как плавление происходит при постоянной температуре.

Количество теплоты λ (лямбда), необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры, называют удельной теплотой плавления.

При кристаллизации 1 кг вещества выделяется точно такое же количество теплоты. Удельная теплота плавления льда довольно велика: 3,4 · 10₅ Дж/кг.

Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, необходимо количество теплоты, равное:

Q_пл = λm.     (4.8)

Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела, равно:

Q_кр = – λm.     (4.9)

1. Что называют количеством теплоты? 2. От чего зависит удельная теплоемкость веществ? 3. Что называют удельной теплотой парообразования? 4. Что называют удельной теплотой плавления? 5. В каких случаях количество переданной теплоты отрицательно?

Урок 30. закон джоуля-ленца.

эдс – Физика – 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 30. Закон Джоуля – Ленца. ЭДС

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Работа электрического тока;

2) Мощность электрического тока;

3) Закон Джоуля – Ленца;

4) Сторонние силы;

5) Электродвижущая сила.

Глоссарий по теме

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения на этом участке и времени, в течении которого совершалась работа.

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называются сторонними силами.

Электродвижущая сила (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к этому заряду.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

1. Г.Я. Мякишев., Б.Б.Буховцев., Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 343 – 347.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. – М.: Дрофа,2009.- 68 – 74.

Дополнительная литература.

http://kvant.mccme.ru/1972/10/zakon_dzhoulya-lenca.htm

Основное содержание урока

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, равную произведению заряда, прошедшего через проводник, и напряжения.

Сила тока равна отношению заряда прошедшего через проводник ко времени прохождения

Выразим заряд из формулы силы тока

через силу тока и время:

после подстановки в формулу (1) получим

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток.

Из закона Ома для участка цепи выразим напряжение через силу тока и напряжение

и подставив в формулу работы получим:

При последовательном соединении проводников для определения работы тока удобнее пользоваться этой формулой, так как сила тока одинакова во всех проводниках.

При параллельном соединении проводников формулой:

так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Работа тока показывает, сколько электроэнергии превратилось в другие виды энергии за конкретный период времени. Для электроэнергии справедлив закон сохранения энергии.

Мощность определяется по формуле:

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Так же формулу для мощности можно переписать в нескольких эквивалентных формах:

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химических действий, то происходит только нагревание проводника.

Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают упорядоченно двигаться, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Во время этих столкновений расходуется кинетическая энергия заряженных частиц. Именно эта энергия и становится теплом. Последующие столкновения электронов с другими ионами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.

В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии:

Количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

При последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении – с меньшим.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр с водой проводник с известным сопротивлением и пропуская через него ток определенной силы в течение известного времени. Количество выделяющейся при этом теплоты определяют, составив уравнение теплового баланса.

Если соединить проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков, под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает кратковременный электрический ток. Заряды быстро нейтрализуют друг друга, и электрическое поле исчезнет.

Чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство, которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды, должны действовать силы неэлектростатического происхождения. Одно лишь электрическое поле заряженных частиц не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (то есть кулоновских), называют сторонними силами. Необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи объясняет закон сохранения энергии.

Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нем заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии – проводник нагревается. Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий ее в цепь. Работа этих сил вдоль замкнутого контура отлична от нуля. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней цепи их приводит в движение электрическое поле.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к величине этого заряда:

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Разбор тренировочных заданий

1. Электрочайник со спиралью нагревательного элемента сопротивлением 30 Ом включен в сеть напряжением 220 В. Какое количество теплоты выделится в нагревательном элемента за 5 мин?

1) 7260000 Дж;

2) 2200 Дж;

3) 484000 Дж.

Дано:

R=30Ом

U=220B

t=5мин=300с

Найти Q-?

Решение. Количество теплоты выделяемой нагревательным элементом определяется законом Джоуля – Ленца:

Правильный ответ 3) 484000 Дж.

2. Определите работу сторонних сил при перемещении по проводнику заряда 10 Кл, если ЭДС равно 9 В. Ответ округлите до десятых.

Дано:

q=10Кл

=9В

Найти: А_ст

Решение. Из формулы ЭДС выражаем

Правильный ответ: 90 Дж.

Конпект урока по физике на тему Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении (8 класс)

План-конспект урока физики по теме:

«Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении».

Класс: 8

Тип урока: комбинированный.

Форма урока: урок – решения задач.

Цели урока:

Образовательные:

• закрепить у учащихся знания по теме: «количество теплоты», «удельная теплоемкость»;

• вывести формулу для расчета количества теплоты для различного рода веществ;

• обосновать величины, от которых зависит количество теплоты;

• определить способы расчета количества теплоты при теплообмене тел;

Развивающие:

– развить навыки и умения решения задач,

– расширить теоретические знания о теплообмене в природе;

– развить внимание и память у учащихся;

Воспитательные:

– способствовать у обучающихся выработке самостоятельности, целеустремленности и настойчивости при преодолении ситуаций затруднения, формированию коммуникативной компетентности.

Оборудование: ноутбук, мультимедийный проектор, интерактивная доска, презентация (слайды в PowerPoint),

Ход урока.

1.Организационная часть. (2 мин)

На практике часто пользуются тепловыми расчетами. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должно отдавать зданию вся система отопления. Следует также знать, какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, двери, стены.

На этом уроке, мы познакомимся с формулой расчета количества теплоты для различных тел, а также научимся вычислять , какое количество теплоты было отдано или принято телом в результате теплообмена.

2. Актуализация знаний.(10 мин)

На предыдущем уроке, мы выяснили, что для нагревания 1 кг вещества на 1ºС требуется количество теплоты, численно равное значению удельной теплоемкости.

Вопрос №1:

Кто мне скажет, что означает: удельная теплоемкость алюминия с=920 Дж/кг*ºС?

Ответ:

Учащиеся дают правильный ответ: для нагревания 1 кг алюминия на 1 ºС, необходимо количество теплоты Q=920 Дж.

Вопрос №2:

Повторим, от каких величин зависит количество теплоты?

На слайдах представлены рисунки, с помощью которых ребята дают подробное объяснение предыдущей темы.

Слайд №1:

сосуд №1 сосуд №2

m₁

m₂

Ответ:

Количество теплоты зависит от массы тела:

Из рисунка хорошо видно, что масса воды во втором сосуде больше в два раза массы воды в первом сосуде m₂>m₁,следовательно, и количество теплоты Q , которое необходимо, чтобы нагреть эти жидкости, для второго сосуда понадобится и затратится больше.

сосуд №1 сосуд №2

m₁

m₂

Q₂> Q₁

Следовательно, можно сделать вывод о том , что количество теплоты прямо пропорциональна массе вещества: Q m

Слайд №2:

нагреваем

чайник №1 чайник №2

до Т=50ºС до Т=100ºС

Ответ:

Количество теплоты зависит от разности температур:

Чем больше разность температур, тем больше количество энергии нужно затратить. На нагрев чайника №2 затратится больше энергии, чем на нагрев чайника под номером 1.

Следовательно, можно сделать вывод о том , что количество теплоты прямо пропорциональна разности температур: Q Т

Слайд №3:

сосуд №1 сосуд №2

В один сосуд налита вода, в другой – подсолнечное масло.

Какой из сосудов, мы будем дольше нагревать?

Ответ:

На нагревание сосуда с водой мы затратим больше энергии, соответственно, количество теплоты выделиться больше. Так как, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг*ºС, а удельная теплоемкость масла 1700 Дж/кг*ºС. Поэтому на нагревание воды, мы затратим больше времени, но и остывать вода будет дольше, чем масло, в связи с большим значением теплоемкости.

Вывод: количество теплоты зависит от рода вещества, т.е., от величины удельной теплоемкости: Q с

3. Изучение нового материала (25 мин )

Молодцы ребята, закрепили изученный материал, а сейчас подытожим наши знания и выведем формулу, для расчета количества теплоты различных веществ.

Из слайдов хорошо видно, что количество теплоты зависти от трех физических величин, причем зависимость прямая, т.е., во сколько раз увеличивается одна из величин, во столько раз увеличивается и количество теплоты.

Поэтому, получаем новую формулу для расчета количества теплоты:

Q=сmΔT

где,

Q – полученная телом теплота, Дж

c – удельная теплоемкость тела, Дж/(кг°С)

m – масса тела, кг

Δt – изменение температуры тела, °С

Δt, можно представить как разность начальной и конечной температур:

Δt=t₂– t₁

Поэтому формулу модно представить в виде:

Q=сm(t₂– t₁)

Формулу Q=cmΔt применяют не только в том случае, когда тело нагревается. Ее также используют для подсчета количества теплоты при охлаждении тел.

Вполне очевидно, что если происходит нагрев тела, то

Δt= t₂– t₁>0 и Q>0,

то есть тело получает тепло.

Если тело остывает,

t₂< t₁ и Δt<0 и Q<0.

это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплоты Q.

Коэффициент “с” берут из специальных таблиц. Удельные теплоемкости некоторых веществ, Дж/(кг°С) показана на странице 21 учебника. Например, для жидкой воды с = 4200 Дж/(кг°С). Это значение показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Для воды в твердом состоянии (льда) коэффициент “с” уже другой; он равен 2100 Дж/(кг°С).

На уроке учитель разбирает задачи в порядке их сложности.

Учащиеся по желанию выходят к доске, побывать свои силы.

Задача на 3 балла:

Задача №1:

Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревание на 10°С.

Дано: СИ Решение:

m=2 кг по таблице находим для свинца:

с=140 Дж/(кг°С) с=140 Дж/(кг°С)

Δt=10 °С формула для расчета количества теплоты:

Q=сmΔT

Q-? Подставляем численное значение, получаем:

Q= 140 Дж/(кг °С)*2 кг*10°С=2800 Дж.

Ответ: Q=2800 Дж.

Задача на 4 балла:

Задача №2:

Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50°С до

10°С?

V= 5л с = 4200 Дж/(кг °С) t0 = 50°С t1 = 10°С p = 1000 кг/м3		Так как плотность воды p = 1000 кг/м3, то масса воды равна: m = pV m = 1000 кг/м3·5·10-3м3 =5 кг. Q = cm(t1 -t0) Q = 4200 Дж/(кг °С) ·5 кг·(10°С-50°С) =-=840кДж Ответ: Q=-840кДж
Q=?
Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.

Для более сильных учеников, учитель предлагает следующую задачу.

Задача №3

Для нагревания куска цинка массой 100 г потребовалось 15 кДж теплоты. До какой температуры был нагрет кусок цинка, если его начальная температура была равна 25°С?

m =100 г Q =15 кДж t0 = 25°С сц = 400 Дж/(кг °С)	0,1 кг 15000 Дж	Температуру, до которой был нагрет кусок цинка определим из формулы расчета количества теплоты: Q = cm(t -t0) где с – удельная теплоемкость цинка сц=400 Дж/(кг °С) вывод формулы: Q= cm(t -t0) Q = cmt- cmt0 сmt = Q+ cmt0 t = (Q+ cmt0)/ cm t = Q/ cm + t0 подставляя числа, вычисляем математически: t = 15000Дж/400 Дж/(кг °С)*0,1 кг+25°С=400°С Ответ: t=400°С
t =?

4. Домашнее задание (3 мин)

Домашнее задание § 9, упражнение №4.

Для сильных учеников, предлагается задача под запись:

Задача:

При охлаждении куска олова массой 100 г до температуры 33°С выделилось 5 кДж энергии. Определите температуру олова до охлаждения

m =100 г Q =5 кДж t = 33°С сол = 230 Дж/(кг °С)	0,1 кг 5000 Дж	Температуру, до которой был нагрет кусок олова, определим из формулы расчета количества теплоты: Q = cm(t -t0) где с – удельная теплоемкость олова сол=230 Дж/(кг °С) из условия задачи сказано, что кусок олова охлаждают, следовательно, его Q<0, тогда -Q= cол mt – c олmt0 cол mt0= cол mt + Q t0= (cол mt + Q)/ cол m t0= t+ Q/ cол m подставляя числа, вычисляем математически: t = 33°С+ 5000Дж/230 Дж/(кг °С)*0,1 кг =250°С Ответ: t0=250°С
t 0 =?

Теплота в молекулярной физике

Раздел молекулярной физики посвящен вопросам изучения строения и свойств веществ, исходя из их молекулярно-кинетических характеристик. Законы и принципы этого раздела физики основываются на ряде базовых представлений, таких как:

• все физические тела состоят из частиц – атомов, молекул или ионов, которые, в свою очередь, обладают сложным строением;
• для атомов, молекул и ионов характерно непрерывное неупорядоченное тепловое движение; между скоростью движения частиц и температурой тела наблюдается прямая зависимость;
• между атомами и молекулами установлены силы взаимного притяжения и отталкивания.

Замечание 1

Важнейшей характеристикой вещества в этой системе является теплота. Теплота с точки зрения термодинамики – это энергия молекулярного движения.

Теплота может изменяется двумя способами – посредством совершения работы над системой или путем теплообмена системы с окружающей средой. Во втором случае речь идет о количестве теплоты или просто теплоте.

Единица измерения количества теплоты (а также работы и энергии) – джоуль (Дж). Один джоуль равен энергии, затраченной при перемещении точки приложения силы (1 ньютон) на расстояние 1 метра по направлению приложения силы. 2$.

Также, для измерения количества теплоты применимо понятие калория (вне системы единиц СИ). Одна калория равна энергии, затраченной для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.

Теплота и теплообмен

Существует три типа теплообмена:

• конвекция – теплообмен при перемешивании газов или жидкостей с разной температурой;
• лучеиспускание – теплообмен посредством электромагнитных волн теплового диапазона;
• теплопередача – непосредственный обмен энергией между неупорядоченно движущимися частицами тел при их тепловом контакте.

Готовые работы на аналогичную тему

Энергия в форме теплоты может как сообщаться системе, так и изыматься из нее. Количество теплоты, переданное или принятое системой при теплообмене, обозначают как $\Delta Q$. Условно принято, что при положительном значении $\Delta Q$ энергия системе сообщается, а при отрицательном $\Delta Q$ – изымается. По этому признаку, например, химические реакции разделяются, соответственно, на эндотермические и экзотермические.

Количество теплоты входит в математические формулировки первого и второго начал термодинамики. Так, например, первый закон, в самом простом варианте формулируется следующим образом:

Термодинамическая система может совершать работу исключительно за счет внутренней энергии системы или за счет внешних источников.

В математическом выражении первое начало выглядит как:

$Q = A + \Delta U$, где:

• $Q$ – количество теплоты, принятое или переданное системой;
• $A$ – работа, совершенная системой;
• $\Delta U$ – изменение внутренней энергии системы.

Замечание 2

Суть второго закона заключается в том, что в изолированной системе энтропия (мера хаоса, часть внутренней энергии замкнутой системы) остается неизменной либо возрастает до момента установления термодинамического равновесия. Иными словами, макроскопические процессы, протекающие с конечной скоростью, необратимы.

Математическая формулировка закона:

Связанные понятия

Определение 1

Внутренняя энергия – суммарная энергия неупорядоченного движения молекул, потенциальной энергии их взаимодействия и собственной, внутримолекулярной энергии молекул, входящих в состав тела.

Признаком изменения внутренней энергии является смена агрегатного состояния или температуры тела.

Бесконечно малое изменение внутренней энергии принято обозначать $dU$. Как и в случае с $\delta G$, при отрицательном значении $dU$ внутренняя энергия системы уменьшается, при положительном $dU$ – увеличивается.

Определение 2

Температура – физическая величина, характеризующая термодинамическое равновесие системы.

Согласно молекулярно-кинетической теории, температура пропорциональна средней кинетической энергии составляющих системы.

В физике (в системе СИ) температуру принято измерять в кельвинах или в градусах Цельсия. Температуры по шкале Цельсия $t$ и Кельвина $T$соответствуют равенству:

$t = T – 273,15$

Определение 3

Теплоемкость тела – физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу для изменения его температуры на один кельвин.

Таким образом, теплоемкость вычисляется как:

$C = \frac {Q}{\Delta T}$, где:

$C$ – теплоемкость тела, Дж/К

Следовательно, для вычисления количества тепла этого процесса используют формулу:

$Q = C \times \Delta T$

Удельная теплоемкость – теплоемкость тела, нормированная на 1 кг:

$c = \frac {Q}{m \times \Delta T}$, где:

• $c$ – удельная теплоемкость, Дж/К кг;
• $m$ – масса тела, кг.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Цели урока:

Образовательная:

• Способствовать формированию у учащихся представления о тепловом действии электрического тока и его причинах.
• Вывести закона Джоуля-Ленца.
• Содействовать в понимании практической значимости данной темы.

Развивающая:

• Развитие интеллектуальных умений учащихся (наблюдать, сравнивать, применять ранее усвоенные знания в новой ситуации, размышлять, анализировать, делать выводы)

Воспитательная:

• формирование коммуникативных умений учащихся.
• содействовать формированию мировоззренческой идеи познаваемости явлений и свойств окружающего мира;

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация к уроку, источник тока, амперметр, вольтметр, низковольтная лампа на подставке, ключ, соединительные провода, три провода из разного металла, настольная лампа.

Тип урока: Изучение нового материала.

Ход урока

І. Организационный момент

– Здравствуйте, ребята! Я рада вас сегодня видеть на нашем уроке! Посмотрите друг на друга. Улыбнитесь, пошлите друг другу положительные эмоции и начнём урок!

Слайд 2

Эпиграф: 

Науки все глубже постигнуть стремись, 
Познанием вечного жаждой томись. 
Лишь первых познаний блеснет тебе свет, 
Узнаешь: предела для знания нет. 

Фирдоуси 

Учитель: Эти слова по праву можно отнести к разделу «Электрические явления». Было сделано немало открытий, осветивших нашу жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще вокруг нас осталось не исследованным! Хочется надеяться, что сегодняшний урок разбудит у вас, восьмиклассников, жажду новых познаний и стремление использовать открытые эффекты и закономерности на практике.  

У вас на столе лежат оценочные листки (приложение 1), куда вы будете вносить оценки за все ваши действия, а в конце выставите итоговую оценку за урок. Подпишите их пожалуйста.

II. Мотивация

Мы с вами на прошлом уроке познакомились с двумя новыми величинами электричества: это работа и мощность. Сегодня придём к новому названию одной из величин.

На данном этапе учитель предлагает учащимся самостоятельно сформулировать цель урока.

На столе стоит электрическая лампа, учитель включает её. 

Учитель: Ребята попробуйте это объяснить с точки зрения физики. Почему лампочка горит? Почему это происходит?

Учащиеся: Основная часть лампы – спираль из тонкой вольфрамовой проволоки, она нагревается до 3000 °С, при такой температуре достигает белого накала и светится ярким светом и даёт тепло.

Какое действие тока мы здесь с вами наблюдаем?

Разомкнув ключ потрогать лампочку.

Что произошло с лампочкой? (Нагрелась)

Какое действие электрического тока вы наблюдаете? 

Если лампочка долго горит, можно ли её выкрутить голыми руками? Почему?

(Световое и Тепловое)

Здесь мы наблюдаем тепловое действие электрического тока.

Учитель: Тепловое действие тока находит очень широкое применение в быту и промышленности. Как вы думаете, как в быту используется тепловое действие тока?

Учащиеся: Электронагревательные приборы: утюги, кипятильники, электрические чайники, нагреватели, электроплиты, фены и т.д.

Учитель: В промышленности также широко используют тепловое действие электрического тока в паяльниках, сварочных аппаратах.

На столе у меня стоят разные электрические приборы, которыми вы пользуетесь в повседневной жизни,

Что это за приборы? Для чего они нужны? Что ими делают?

Посмотрим характеристики.

Паяльник и утюг нельзя трогать рукой, можно обжечься, а феном мы сушим голову и не испытываем ожога. Почему?

Учитель: А теперь попытаемся сформулировать тему нашего урока. (Ребята рассуждают)

Слайд 2

Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно, тема сегодняшнего урока «Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля–Ленца». Записываем тему урока в тетрадь.

Каких целей мы должны сегодня достичь?

Слайд 3

Цели урока:

• объяснить явление нагревания проводников электрическим током;
• установить зависимость выделяющейся при этом тепловой энергии от параметров электрической цепи;
• сформулировать закон Джоуля – Ленца; 
• формировать умение применять этот закон для решения физических задач.

ІІІ.

Актуализация опорных знаний

Фронтальный опрос.

Слайд 4

Вспомним изученный ранее материал:

• Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)
• Что представляет собой электрический ток в металлах? (Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов)
• Какие действия тока вам известны? (Тепловое, электрическое, магнитное, химическое)
• Какие три величины связывают закон Ома? (I, U, R; сила тока, напряжение, сопротивление.).
• Как формулируется закон Ома? (Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.)
• Чему равна работа электрического тока на участке цепи? (равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого протекал ток А = U*I*t )
• Что такое мощность электрического тока? (физическая величина характеризующая быстроту совершения работы электрическим током)
• Что такое электрическое сопротивление? (физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать протеканию электрического тока в этом проводнике)
•  От каких величин зависит сопротивление? (длины проводника, площади поперечного сечения, рода вещества) Рассмотреть как зависит сопротивление от длины проводника, площади поперечного сечения.
• При каком соединении все потребители находятся при одной и той же силе тока? (При последовательном соединении)
•  Закон сохранения и превращения энергии. (Во всех явления, происходящих в природе, энергия не возникает ни откуда и не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.)

Все, что стоит на столе – это потребители электрического тока.

Слайд 5

Потребители электрического тока

Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

Чем ты руководствовался, делая выбор?

Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое)

Во всех приборах есть нагревательный элемент. А у дрели щётки, они ни чего не нагревают.

IV. Изучение нового материала

Давайте потрем ладошки. Что мы совершаем, когда трём ладошками? (работу). Что мы чувствуем? (тепло). Почему они нагреваются?

(Ребята рассуждают.)

Остановимся на тепловом действии электрического тока. Электрический ток нагревает проводник. Объясняется нагревание тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах солей, щелочей, кислот, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

Можно сказать, что количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Слайд 6

Почему же проводники нагреваются?

Рассмотрим на примере движении одного электрона по проводнику.

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов.

Провод – это кристалл из ионов, поэтому электронам приходится «течь» между ионами, постоянно наталкиваясь на них. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно увеличивается внутренняя энергия проводника, и следовательно его температура.

А это и значит что, проводник нагревается.

В неподвижных металлических проводниках вся работа электрического тока идёт на увеличение внутренней энергии.

Слайд 7

Переход работы тока в теплоту

• Электроны направленно движутся
• Сталкиваются с ионами
• Передают им часть энергии
• Ионы колеблются быстрее
• Увеличивается внутренняя энергия проводника
• Выделяется теплота
• По закону сохранения и превращения энергии A = Q

Слайд 8

Вывод закона Джоуля – Ленца

А = IUt

A = Q

Q = IUt , U = IR – закон Ома, Q = I*I*R*t, Q = I²Rt

Q = IUt , I = U/R – закон Ома, Q = U*t*U/R

где Q – выделившееся количество теплоты в Джоулях, R – сопротивление в Омах, I – сила тока в Амперах, t – время в секундах.

Единица измерения работы в СИ: Джоуль.

Слайд 9

Исследование зависимости количества выделяемой теплоты от параметров цепи

От чего может зависеть выделяемая теплота в электрической цепи?

Гипотеза 1. Количество теплоты зависит от силы тока в цепи

Гипотеза 2. Количество теплоты зависит от сопротивления проводника

Соблюдайте технику безопасности!

Для дальнейшей работы нам нужно поделиться на три группы: две группы экспериментаторов и группа теоретиков.

Деление на группы.

Обращаемся к теме урока и формулируем проблему: Что же нам интересно узнать по теме урока?

Слайд 10

Задания для теоретиков

Группа теоретиков будет на примере решения задач получать зависимость выделяемой теплоты от силы тока в цепи и сопротивления.

При прохождении по спирали электрического чайника ток совершает работу. Вся работа идет на нагревание проводника.

• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 мин., если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3А?
• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 5 минут, если сопротивление спирали 100 Ом, а сила тока в цепи 3А?
• Какое количество теплоты выделяется электрическим чайником за 10 минут, если сопротивление спирали 200 Ом, а сила тока в цепи 3 А?

Задания для экспериментаторов

По каким признакам можем судить, где теплоты выделяется больше, а где меньше? На ощупь(?!), термометром(?), по накалу лампы.

Наша задача: исследовать зависимость количества выделяемой теплоты от параметров цепи.

От чего может зависеть выделяемая теплота в электрической цепи? Я готова выслушать ваши предположения, ребята.

А видна ли эта зависимость теоретически? Да, Q=A, A=IUt, Q =RI²t

Группы экспериментаторов могут приступать к выполнению своих исследований.

Не забывайте о соблюдении техники безопасности!

Карточки с заданием: электрическая цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных проводников различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая).

По формуле Q = I²Rt, если R = pL/S, сделать вывод как нагреваются проводники, если длина проводника L и площадь поперечного сечения S одинаковы.

1 группа: От силы тока в цепи.

Карточки с заданием: электрическая цепь состоящая из источника тока, лампы, ключа, реостата, амперметра, (соединительные провода).

Замкнули цепь и изменяли сопротивление, что наблюдаем?

Что произошло с силой тока?

Как накал лампы зависит от силы тока?

(Чем больше сила тока, тем ярче горит лампочка, а значит больше тепла она выделяет.)

Вывод: количество теплоты зависит от силы тока.

2 группа: От сопротивления цепи.

Карточки с заданием: электрическая цепь, состоящая из 3 последовательно соединенных проводников, одинаковой длины и площади поперечного сечения и различным сопротивлением (медная, стальная, никелиновая), источника тока, ключа, (соединительные провода).

(Были взяты 3 проводника одинаковой длины и площади поперечного сечения, но из разного вещества (медная, стальная, никелиновая). Все проводники соединены между собой последовательно. Следовательно, сила тока на всех участках цепи одинаковая. Но при включении в цепь все 3 проводника выделили разное количество теплоты.(При отключении цепи с помощью электронного термометра убедились, что температура проводников разная, Больше нагрелся проводник (никелиновый) с большим удельным сопротивлением, меньше всего нагрелся медный проводник, с меньшим удельным сопротивлением ). Медные провода поэтому используют для проводки, ещё алюминиевые, они дешевле.

Вывод: чем больше удельное сопротивление проводника, тем сильнее он нагревается.

Слайд 11

Вывод: количество теплоты зависит от того, из какого вещества изготовлен проводник, т. е. от удельного сопротивления проводника. Точнее – от электрического сопротивления проводника (R).

Вещество	Удельное сопротивление Ом мм2/м	Нагрев проводника
Медь	0,017	слабый
Сталь	0,1	средний
Никелин	0,42	сильный

Чтобы проводник нагревался сильнее, он должен обладать большим удельным сопротивлением.

Слайд 12

Сделаем вывод.

От чего зависит количество теплоты в проводнике с током?

Вывод: Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике и от его электрического сопротивления.

Закон определяющий тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.

Джеймс Прескотт Джоуль (1818-1889 гг.) – английский физик.

Обосновал на опытах закон сохранения энергии.

Установил закон определяющий тепловое действие электрического тока. Вычислил скорость движения молекул газа и установил её зависимость от температуры.

Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) – русский физик.

Один из основоположников электротехники. С его именем связано открытие закона определяющего тепловые действия тока, и закона, определяющего направление индукционного тока.

Слайд 13

Решим задачу.

Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 35 Ом, в течении 5 минут. Сила тока в проводнике 5 А.

Дано: R = 35 Ом t = 5 мин I = 5 А _________ Q= ?

Си - 300с –

Решение: Q=I2Rt Q= (5A)2 · 35 Ом · 300 с = 262500Дж = 262,5 кДж Ответ: Q=262,5 кДж

Слайд 14

Формулой Q = I²Rt удобно пользоваться при расчете количества теплоты, которое выделяется в проводниках при последовательном соединении, так как в этом случае ток во всех проводниках один и тот же (I = I₁ = I₂).

Поэтому при последовательном соединении нескольких проводников в каждом из них выделяется количество теплоты, пропорциональное сопротивлению. 

Т.е. чем больше R, тем больше Q и наоборот.

Припараллельном соединениипроводников ток в них различен, но напряжение на концах цепи одно и то же. И поэтому расчет количества теплоты при таком соединении удобнее вести по формуле Q = U²t/R. Эта формула показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество теплоты, обратно пропорциональное сопротивлению, то есть чем больше R, тем меньше Q.

Спираль электрической плитки укоротили. Изменится ли от этого накал плитки и как, если ее включить в сеть электрического тока? 

(Накал будет больше.)

Слайд 15

Систематизация знаний

• В чем проявляется тепловое действие тока? (В нагревании проводника)
• Как можно объяснить нагревание проводника с током? (Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию)
• Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник? (Электрическая энергия превращается во внутреннюю)
• Как по закону Джоуля – Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике? (Q = I²Rt)

В рабочих картах урока поставьте оценку за урок.

Выяснить, какое количество учащихся поставили себе за урок “5”, “4”, “3” и ничего не поставили. (Приложение 1).

Сообщение оценки учащимся за работу на уроке

Слайд 16

V. Рефлексия

А сейчас оцени свою деятельность на уроке, и нарисуй свое настроение:

Нарисуй настроение: В левом верхнем углу оценочного листа.

 Своей работой на уроке доволен, чувствовал себя комфортно, настроение после урока хорошее.

 Своей работой на уроке не доволен, чувствовал себя не совсем комфортно, настроение после урока плохое.

 Состояние на уроке безразличное, урок никак не изменил моего эмоционального состояния и настроения.

Слайд 17

Домашнее задание у вас на каточках.

§ 53, Упр. 27 (1-3).

Всё известно вокруг.
Тем не менее, на земле ещё много того,
Что достойно порой удивления
И вашего, и моего.
Удивляйтесь цветам,
Удивляйтесь росе,
Удивляйтесь упругости стали,
Удивляйтесь тому,
Чему люди уже
Удивляться давно перестали!

До свидания! Спасибо за урок!

Формулы ⚠️ по физике 8 класс: список, пояснения по разделам

Формулы по физике за 8 класс: основные разделы

В 8 классе школьники на уроках физики изучают следующие разделы:

1. Тепловые явления.
2. Электрические явления.
3. Электромагнитные явления.
4. Световые явления.

Рассмотрим подробно основные законы и формулы каждого из разделов. Дадим все необходимые пояснения к ним.

Тепловые явления

Определение

Явления, которые связаны с изменением температуры тела, приводящей к его нагреванию или охлаждению, называют тепловыми.  

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В качестве примера можно привести нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии постулирует, что в природе не происходит возникновения или исчезновения энергии. Энергия существует всегда, просто она превращается из одного вида в другой, передается от одного тела другому, и при этом ее значение сохраняется.

Уравнение, иллюстрирующее закон сохранения механической энергии, выглядит так:

\(E_{k_1}+E_{p_1}=E_{k_2}+E_{p_2}\)

и означает следующее: 

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, которые находятся в замкнутой системе и взаимодействуют между собой силами тяготения и упругости, остается постоянной.

В данном уравнении \(E_{k_1}\) и \(E_{k_2}\) — кинетическая энергия тела, \(E_{p_1}\) и \(E_{p_2}\) — потенциальная энергия тела.

Полная механическая энергия (E) будет определяться по формуле:

\(E=E_k+E_p\)

где \(E_k\) — кинетическая энергия, \(E_p\) — потенциальная.

Формула вычисления количества теплоты

Внутренняя энергия тела может изменяться двумя путями:

• за счет совершения работы; 
• без совершения работы, за счет теплопередачи. 

Определение

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.

Определяется по формуле:

\(Q=c\times m\times\left(t_2-t_1\right)\)

где Q — количество теплоты, измеряемое в джоулях, c — удельная теплоемкость, m — масса тела, \(t_1\) — начальная, \(t_2\) — конечная температуры.  

Формула вычисления количества теплоты при сгорании топлива

Определение

Количеством теплоты при сгорании топлива называется величина, которая равняется количеству энергии, выделяемой при полном сгорании топлива.  

Для определения количества теплоты при сгорании топлива необходимо знать удельную теплоту сгорания q — количество теплоты, которое выделяет 1 килограмм топлива при полном сгорании.

Формула выглядит так:

\(Q=q\times m\)

где Q — количество теплоты при сгорании топлива, измеряется в джоулях, m — масса топлива.

Количество теплоты плавления (кристаллизации)

Определение

Количество теплоты плавления или кристаллизации — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо для плавления тела при условии, что оно находится в условиях температуры плавления и нормальном атмосферном давлении. 

Для определения количества теплоты плавления нужно знать удельную теплоту плавления (\lambda) — величину, показывающую, какое количество теплоты необходимо дать кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его в жидкое состояние.

Количество теплоты плавления определяется по формуле:

\(Q=\lambda\times m,\)

Количество теплоты кристаллизации находят таким образом:

\(Q=-\lambda\times m\)

где Q — количество теплоты плавления или кристаллизации, измеряется в джоулях, m — масса тела. 3}\).

Вычисление относительной влажности воздуха

Определение 6

Относительная влажность воздуха \((\varphi)\) — это отношение абсолютной влажности воздуха (ρ) к плотности насыщенного водяного пара при той же температуре (\(ρ_0\)), выражается в процентах.

Насыщение водяного пара зависит от:

• температуры;
• количества водяных паров;
• давления.

Соответственно, относительную влажность воздуха можно вычислить при помощи формулы:

\(\varphi=\frac p{p_0}\times100\%\)

КПД тепловой машины

С помощью коэффициента полезного действия (КПД) двигателя определяют экономичность различных тепловых двигателей.

Определение

КПД называется отношение совершенной двигателем полезной работы к энергии, полученной от нагревателя.

КПД двигателя находят по формуле:

\(\eta=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\times100\%\)

где \eta — КПД, выражается в процентах; \(Q_1\) — количество теплоты, полученное от нагревателя, \(Q_2\) — количество теплоты, отданное телом холодильнику.

Электрические явления

Раздел «Электрические явления» учебника 8-го класса рассматривает основные закономерности и параметры, характерные для работы электроцепей.

Закон Ома для участка цепи

В 1827 году немецкий физик Георг Ом вывел и доказал опытным путем зависимость силы тока от напряжения и сопротивления. Эта зависимость называется законом Ома и звучит так: сила тока на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению. 

Формула, отражающая эту зависимость, выглядит так:

\(I=\frac UR\)

где I — сила тока на участке цепи, измеряется в амперах, U — напряжение на участке электроцепи, R — сопротивление участка цепи.

Вычисление удельного сопротивления проводника

Зависимость сопротивления проводника от его размера и материала, из которого он изготовлен, впервые изучил Ом. Он доказал, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от материала изготовления. 2 называют удельным сопротивлением вещества (p).

Сопротивление проводника определяем по формуле:

\(R=\frac{pl}S\)

где R — сопротивление проводника, измеряется в омах, l — длина проводника, S — площадь сечения.

Законы последовательного соединения проводников

 

Следующие закономерности справедливы для последовательно соединенных проводников в любом количестве:

\(I=I_1=I_2\)

\(U=U_1+U_2\)

\(R=R_1+R_2\)

где \(I_1, U_1, R_1\) — сила тока, напряжение и сопротивление на одном участке цепи, \(I_2, U_2, R_2\) — сила тока, напряжение и сопротивление на другом участке цепи.

Сила тока измеряется в амперах, напряжение — в вольтах, сопротивление — в омах.

Законы параллельного соединения проводников

 

Для параллельного соединения действуют следующие закономерности:

\(I=I_1+I_2\)

\(U=U_1=U_2\)

\(R=\frac{R_1\times R_2}{R_1+R_2}\)

где \(I_1, U_1, R_1\)1 — сила тока, напряжение и сопротивление первого участка цепи, \(I_2, U_2, R_2\) — сила тока, напряжение и сопротивление второго участка цепи.

Единицы измерения основных характеристик электроцепи одинаковые при последовательном и параллельном соединениях.

Вычисление величины заряда

Определение

Электрический заряд (q) — это физическая величина, которая описывает особенность частиц или тел выступать источником электромагнитных полей и участвовать в электромагнитном взаимодействии.

Измеряется в кулонах, вычисляется по формуле:

\(q=I\times t, \)

где I — сила, t — время прохождения тока.

Нахождение работы электрического тока

Определение

Работа электрического тока — это физическая величина, которая показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Работа электрического тока обозначается символом A, измеряется в джоулях, рассчитывается по формуле:

\(A=U\times I\times t\)

где I — сила тока в проводнике, U — напряжение на концах проводника, t — время протекания тока через проводник. 2\times R\times\Delta t\)

где Q — количество теплоты, выделяемое за время \((\Delta t)\), в течение которого ток течет в проводнике, измеряется в джоулях, I — сила тока в проводнике, R — сопротивление проводника.  

Электромагнитные явления

Раздел «Электромагнитные явления» разбирает физические процессы, которые связаны с электрическим током и образующимся вокруг него магнитным полем.

Правило правой руки

Определение

Если обхватить проводник с током ладонью правой руки и направить большой палец, отставленный на 90 градусов по направлению силы тока в проводнике, оставшиеся четыре пальца покажут направление линий магнитного поля проводника.

 

Правило буравчика

 

Световые явления

В разделе «Световые явления» рассматривается свет, его источники и распространение в пространстве, а также основные физические законы, согласно которым свет распространяется в среде. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Закон отражения света

Закон отражения света от зеркальной поверхности звучит так: падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, который проведен к границе раздела двух сред в точке падения луча.

Угол падения alpha равен углу отражения \(\beta\):

\(<\alpha=<\beta\)

 

Закон преломления

Определение

Преломлением света называется изменение направления светового луча на границе сред при переходе его из одной среды в другую.

Законы преломления света:

1. Лучи, падающий и отраженный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, который проведен к границе раздела двух сред в точке падения луча.
2. Угол преломления может быть меньше или больше угла падения — в зависимости от того, из какой среды и в какую луч переходит.

Закон открыл в 1621 году голландский математик В. Снеллиус.

 

Вычисление абсолютного и относительного показателя преломления вещества

Определение

Абсолютный показатель преломления вещества (n) — это показатель преломления вещества относительно вакуума.

Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде.

Определяется по формуле:

\(n=\frac cv\)

где c — скорость света в вакууме, v — скорость света в данной среде.

Относительный показатель преломления вещества показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости во второй среде.

Оптическая сила линзы

Определение

Линзы — это прозрачные тела, созданные для управления световыми лучами с помощью изменения их направления, которые представляют собой ограниченные с двух сторон сферические поверхности.

 

Линзы характеризует величину, которую называют оптической силой линзы, измеряется в диоптриях (D).

Оптическая сила линзы обратно пропорциональна фокусному расстоянию линзы (F) и рассчитывается по формуле:

\(D=\frac1F\)

1 диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой составляет 1 м.

Примеры задач с решением

Рассмотрим варианты самых распространенных задач с решениями.6 \)Дж.

Задача на вычисление абсолютной влажности

Задача

Какой будет абсолютная влажность воздуха, если относительная влажность равна 50% при температуре 20 градусов?

Решение:

Смотрим в таблице, сколько пара может содержаться при температуре 20 градусов. Обнаруживаем значение 17 г. Так как у нас относительная влажность равна 50%, необходимо 17 / 2, получаем 8,5 г/м³. Абсолютная влажность равна 8,5 г/м³.

Задача на вычисление относительной влажности воздуха

Задача

Какой будет относительная влажность при том условии, что при температуре 30 градусов в воздухе содержалось 17 г воды?

Решение:

\(\varphi=17*100/30=56%\)

Задача на вычисление КПД тепловой машины

Задача 

Какой КПД у теплового двигателя, который совершил полезную работу 70 кДж, если при полном сгорании топлива выделилась энергия 200 кДж?

Решение:

\(\eta=70/200*100%=35%\)

Задачи из раздела «Электрические явления»

Задача на вычисление удельного сопротивления проводника

Задача

Чему будет равно сопротивление проводника, в котором течет ток силой 600 мА при напряжении на концах 1,2 кВ?

Решение:

\(R=1200/0,6=200 Ом.2/80*600=363000 \)Дж.

Задачи из раздела «Электромагнитные явления»

Для решения задач по правилам правой руки и буравчика, важно знать условные обозначения:

 

Задачи из раздела «Световые явления»

Задача на вычисление абсолютного показателя преломления вещества

 

Расчет оптической силы линзы

Задача

Какой будет оптическая сила линз объектива фотоаппарата, если его фокусное расстояние составляет 58 мм?

Решение:

58 мм=0,058 м.

\(D=1/0,058=17,24 дптр.\)

Удельная теплоемкость – энергия, температура и изменение состояния – OCR Gateway – GCSE Physics (Single Science) Revision – OCR Gateway

Если энергия передается блоку свинца путем нагревания, частицы свинца получают энергию. Когда свинец находится в твердом состоянии, его частицы только колеблются, но при нагревании они колеблются быстрее. В твердом состоянии частицы расположены близко друг к другу, поэтому они могут столкнуться друг с другом и передать энергию. Энергия передается через блок быстро, поэтому температура блока быстро повышается.

Изменение температуры системы зависит от:

• количества тепловой энергии, переданной системе
• массы вещества
• природы самого вещества

Удельная теплоемкость вещества равна мера количества тепловой энергии, необходимой для повышения температуры данного вещества.

Удельная теплоемкость вещества – это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 ° C.

Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость. Например, удельная теплоемкость воды составляет 4180 Дж / кг ° C, а удельная теплоемкость свинца составляет всего 129 Дж / кг ° C.

Расчет изменений тепловой энергии

Изменение тепловой энергии из-за изменений температуры рассчитывается по следующему уравнению:

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

Это когда:

• изменение температуры тепловая энергия измеряется в джоулях (Дж)
• масса измеряется в килограммах (кг)
• удельная теплоемкость измеряется в джоулях на килограмм на градус Цельсия (Дж / кг ° C)
• изменение температуры измеряется в градусах Цельсия (° C)

Слово «специфический» в слове «удельная теплоемкость» означает на единицу массы, обычно на килограмм.

Пример

Удельная теплоемкость для меди составляет 385 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение тепловой энергии при изменении температуры 2,00 кг меди на 10,0 ° C.

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

= 2,00 × 385 × 10,0

= 7,700 Дж (7,7 кДж)

Вопрос

Удельная теплоемкость воды составляет 4,180 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение тепловой энергии при охлаждении 0,200 кг воды со 100 ° C до 25 ° C.0 ° С.

Выявить ответ

изменение температуры = (100-25) = 75,0 ° C

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

= 0,200 × 4,180 × 75,0

= 62,700 Дж (62,7 кДж)

Вопрос

Удельная теплоемкость кирпича составляет 840 Дж / кг ° C. Рассчитайте изменение температуры при передаче 400 кДж тепловой энергии на кирпич весом 3,50 кг.

Выявить ответ

400 кДж = 400 × 1000 = 400000 Дж

изменение тепловой энергии = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

Переставьте уравнение:

\ [change ~ in ~ temperature = \ frac {изменение ~ в ~ тепловой ~ энергии} {масса \ умножение на удельную ~ теплоемкость} \]

\ [изменение ~ в ~ температуре = \ frac {400,000} {3.5 \ times 840} \]

\ [= 136 ° C \]

Изменение температуры и теплоемкость – College Physics

Цели обучения

• Наблюдать за теплопередачей и изменением температуры и массы.
• Расчет конечной температуры после теплопередачи между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагрев увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее. Мы предполагаем, что фазового перехода нет, и что система или система не выполняет никаких работ.Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Поскольку (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры.Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, количество тепла, необходимое для повышения температуры, меньше для спирта, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. (Рисунок) показывает типичные значения теплоемкости для различных веществ.За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 литра воды от до. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

Стратегия

Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину.Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены на (Рисунок).

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

1. Рассчитайте разницу температур:
2. Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды равна, один литр воды имеет массу 1 кг, а массу 0.250 литров воды есть.
3. Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в (рисунок):
4. Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в (рисунок):
5. Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

.

, а на подогрев воды –

.

Обсуждение

В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную долю от общего переданного тепла.Хотя вес кастрюли в два раза больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

Дымящиеся тормоза этого грузовика – видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Расчет повышения температуры в результате работы с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной гравитационной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью, если материал удерживает 10% энергии от спускающегося грузовика массой 10 000 кг 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия

Если тормоза не задействованы, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию, которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение

1. Рассчитать изменение гравитационной потенциальной энергии при спуске грузовика с горы.
2. Рассчитайте температуру по передаваемому теплу, используя и

   где – масса тормозного материала.Вставьте значения и найдите

Обсуждение

Эта же идея лежит в основе новейшей гибридной технологии автомобилей, в которой механическая энергия (гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

Удельная теплоемкость ¹ различных веществ

Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж / кг⋅ºC	ккал / кг⋅ºC 2
Алюминий	900	0.215
Асбест	800	0,19
Бетон, гранит (средний)	840	0,20
Медь	387	0,0924
Стекло	840	0,20
Золото	129	0,0308
Человеческое тело (в среднем при 37 ° C)	3500	0,83
Лед (в среднем, от -50 ° C до 0 ° C)	2090	0.50
Чугун, сталь	452	0,108
Свинец	128	0,0305
Серебро	235	0,0562
Дерево	1700	0,4
Жидкости
Бензол	1740	0,415
Этанол	2450	0.586
Глицерин	2410	0,576
Меркурий	139	0,0333
Вода (15,0 ° C)	4186	1.000
Газы
Воздух (сухой)	721 (1015)	0,172 (0,242)
Аммиак	1670 (2190)	0,399 (0,523)
Двуокись углерода	638 (833)	0.152 (0,199)
Азот	739 (1040)	0,177 (0,248)
Кислород	651 (913)	0,156 (0,218)
Пар (100 ° C)	1520 (2020)	0,363 (0,482)

Обратите внимание, что (Рисунок) иллюстрирует механический эквивалент тепла. В качестве альтернативы повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: заливка холодной воды в горячую кастрюлю

Допустим, вы налили 0.250 кг воды (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, с температурой 0 ° C. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Сковорода помещается на изолирующую подкладку так, чтобы теплоотдача с окружающей средой была незначительной. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испарившейся воды незначительна, а величина тепла, теряемого сковородой, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как.

Решение

1. Используйте уравнение теплопередачи, чтобы выразить тепло, потерянное алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечную температуру:
2. Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру:
3. Обратите внимание, что и и что они должны быть в сумме равными нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, получаемое холодной водой:
4. Поместите все термины с левой стороны, а все остальные термины с правой стороны.Решить,

   и вставьте числовые значения:

Обсуждение

Это типичная проблема калориметрии – два тела при разных температурах контактируют друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче.Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры. Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

Эксперимент на вынос: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Для изучения разницы в теплоемкости:

Какой образец остывает быстрее всего? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за дующий с суши и морской бриз.

Проверьте свое понимание

Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с до, сколько тепла необходимо, чтобы нагреть блок от до?

Теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж.

Концептуальные вопросы

Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?

Тормоза в автомобиле нагреваются при остановке со скорости.Насколько больше было бы, если бы машина изначально имела вдвое большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.

Задачи и упражнения

В жаркий день температура в бассейне на 80 000 л повышается на. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды из-за испарения.

Покажи это.

Для стерилизации стеклянной детской бутылочки весом 50,0 г необходимо повысить ее температуру с до.Какая требуется теплопередача?

Одинаковая передача тепла идентичным массам разных веществ вызывает разные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал тепла передается 1,00 кг следующих веществ, первоначально при: (а) воде; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.

Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина трет руки взад и вперед в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7.50 см на руб, а при средней силе трения 40,0 Н, что такое повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, в основном в ладонях и пальцах.

Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается от до 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.

Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры.Какое отношение массы меди к воде?

(a) Количество килокалорий в пище определяется калориметрическими методами, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача. Сколько килокалорий на грамм содержится в арахисе весом 5,00 г, если энергия его горения передается 0,500 кг воды, содержащейся в алюминиевой чашке весом 0,100 кг, вызывая повышение температуры? (b) Сравните свой ответ с информацией на этикетке, найденной на упаковке арахиса, и прокомментируйте, согласуются ли значения.

После интенсивных тренировок температура тела человека с массой тела 80,0 кг составляет. С какой скоростью в ваттах человек должен передавать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела за 30,0 мин, если тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? .

Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долго остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

Сноски

• 1 Значения для твердых и жидких веществ даны при постоянном объеме и при, если не указано иное.
• 2Эти значения идентичны в единицах.

Глоссарий

удельная теплоемкость

количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

Теплопередача и тепловое равновесие

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или несколько ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса – изображению, ссылке, тексту и т. д. – относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

термодинамика – Формула для тепловложения в тепловом двигателе

Есть одна ситуация, связанная с тепловыми двигателями, где есть одно уравнение, которое я никогда полностью не понимал.Ситуация примерно такая: между двумя системами $ A $ и $ B $ работает тепловая машина с температурами $ T_A

Как мы знаем, существует один подвод тепла от системы $ B $ к рабочему веществу и один рабочий выход. В чем я сомневаюсь, так это в одном уравнении для тепловложения.

Предположим, для простоты, что $ B $ имеет постоянную теплоемкость $ C $, в этом случае имеется

$$ Q = C (T_B-T_A). $$

Это уравнение всегда меня озадачивало. Основная проблема заключается в том, что это теплопередача в процессе перевода системы $ B $ из начального состояния $ \ xi_1 $ с температурой $ T_B $ в конечное состояние $ \ xi_2 $ с температурой $ T_A.$

Как я всегда понимал, в тепловом двигателе рабочее вещество меняет свое состояние, а резервуары – нет.

Кроме того, если горячий резервуар охлаждается в одном цикле, то в следующем КПД будет другим, и все изменится.

У меня вопрос: почему в этом случае $ Q $ задается этой формулой? Как мы можем это получить, учитывая, что мы имеем дело с резервуарами в тепловом двигателе? И как мы можем понять эти изменения температуры резервуаров в тепловом двигателе? Для меня это действительно не имеет особого смысла.

РЕДАКТИРОВАТЬ : Все дело в том, что результат следует тривиально, если мы знаем следующие факты:

1. Система $ B $ находится в тепловом контакте только с рабочим телом;
2. За цикл система $ B $ переходит из состояния с температурой $ T_B $ в состояние с температурой $ T_A $.

Если эти две вещи верны, мы знаем, что тепло для системы $ B $ будет $ Q_B = C (T_A-T_B) $ и, следовательно, по закону сохранения энергии, если система $ B $ имеет только тепловой контакт с рабочим телом. , тепловложение составляет $ Q = C (T_B-T_A) $.

Первый факт очевиден. Проблема заключается во втором факте: я не понимаю, почему система $ B $ переходит из состояния с температурой $ T_B $ в состояние с температурой $ T_A $. Более того, мне кажется, что это повлияет на тепловую машину после первого цикла, так как температура изменилась.

Итак, почему система $ B $ переходит из состояния с температурой $ T_B $ в другое с температурой $ T_A $ за один цикл?

Тепло

Тепло – это передача тепловой энергии от одного объекта к другому из-за разницы температур.Тепло всегда течет от более теплых предметов к более холодным. Символом тепла в физике является Q, при этом положительные значения Q представляют тепло, текущее в объект, а отрицательные значения Q представляют тепло, исходящее из объекта.

Когда тепло поступает в объект или выходит из него, величина изменения температуры зависит от материала. Количество тепла, необходимое для изменения одного килограмма материала на один градус Цельсия (или один градус Кельвина), известно как удельная теплоемкость материала (или удельная теплоемкость), представленная символом C.

Взаимосвязь между теплотой и температурой определяется следующим уравнением, где Q – передаваемое тепло, m – масса объекта, C – удельная теплоемкость, а ΔT – изменение температуры (в градусах Цельсия или Кельвина).

Вопрос: Алмаз в форме полукэро (0,0001 кг) поглощает пять джоулей тепла. Насколько повышается температура алмаза?

Ответ:

Вопрос: Трехкилограммовый алюминиевый горшок наполнен пятью килограммами воды.Сколько тепла поглощает кастрюля и вода, когда и то, и другое нагревается от 25 ° C до 95 ° C?

Ответ: Используя таблицу удельных плавок, вы можете найти количество тепла, добавляемое к каждому элементу отдельно, а затем объединить их, чтобы получить общее количество тепла.

Таким образом, общее поглощенное тепло должно составлять 1,65 × 10 ⁶ Дж.

Вопрос: Два цельнометаллических блока помещаются в изотермический контейнер.Если между блоками существует чистый поток тепла, они должны иметь разные начальные температуры

2. точек плавления
3. удельная теплоемкость
4. теплоты плавления

Ответ: (1) поскольку тепло течет от более теплых объектов к более холодным объектам.

Тепло может передаваться от одного объекта к другому тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Проводимость – это передача тепла по объекту за счет столкновения частиц, составляющих объект. Когда вы вставляете железный стержень в огонь, его конец нагревается, но со временем частицы, составляющие железный стержень рядом с огнем, перемещаются быстрее, сталкиваясь с другими частицами в железе, ускоряя их и т. Д. и так далее, что приводит к теплопередаче по всей длине железного стержня, пока конец, который вы держите подальше от огня, не станет очень горячим!

Конвекция , с другой стороны, является результатом перемещения энергичных (нагретых) частиц из одного места в другое.Отличный пример – конвекционная печь. В конвекционной печи молекулы воздуха нагреваются около горелки или электрического элемента, а затем циркулируют по всей духовке, передавая тепло по всему объему духовки.

Излучение – это передача тепла посредством электромагнитных волн. Подумайте о костре или костре холодным вечером. Когда вы хотите согреться, вы кладете руки перед собой, позволяя им поглощать максимальное количество электромагнитных волн (в основном инфракрасных), исходящих от огня, делая вас красивыми и вкусными!

Если более внимательно рассматривать теплопроводность, то скорость теплопередачи (H), измеряемая в Джоулях в секунду или ваттах, зависит от величины разницы температур на объекте (ΔT), площади поперечного сечения объекта. (A), длина объекта (L) и теплопроводность материала (k).Теплопроводность обычно предоставляется вам в задаче, или вы можете найти ее в таблице теплопроводности.

Вопрос: Найдите скорость теплопередачи через стеклянное окно толщиной 5 мм и площадью поперечного сечения 0,4 м ² , если внутренняя температура составляет 300 К, а внешняя температура – 250 К.

Ответ:

Вопрос: Один конец 1.Стержень из нержавеющей стали длиной 5 метров помещается в огонь 850K. Радиус поперечного сечения стержня составляет 1 см, а холодный конец стержня имеет температуру 300К. Рассчитайте скорость теплопередачи через стержень.

Ответ: Для решения этой проблемы необходимо сначала найти площадь поперечного сечения стержня.

Затем рассчитайте теплопередачу через стержень.

Расчет

с теплопередачей на примерах

Расчеты теплопередачи

Теорема сохранения энергии также применяется к теплопередаче.В изолированной системе заданное тепло всегда равно отведенному теплу или изменение тепла в системе равно нулю. Если два объекта с разной температурой соприкасаются, между ними начинается теплопередача. Подаваемое количество тепла равно количеству отведенного тепла. Первый объект имеет массу м 1 , температуру t 1 и удельную теплоемкость c 1 , второй объект имеет массу m 2 , температуру t 2 и удельная теплоемкость c 2 .

Пример: Найдите конечную температуру смеси, если две чашки воды массой m1 = 150 г и m2 = 250 г и температурами T1 = 30 ºC и T2 = 75 ºC смешаны в изолированной системе, в которой нет тепла потерянный. (вода = 1 ккал / гºC)

Пример: Температура железного блока снижается с 85 ºC до 25 ºC.Если масса блока составляет 1,2 кг, рассчитайте потери тепла блоком. (ciron = 0,115 ккал / г ºC)

Пример: График, приведенный ниже, показывает взаимосвязь между заданным теплом и изменением температуры трех веществ, имеющих одинаковую массу. Сравните удельную теплоемкость этих веществ.

Поскольку массы этих веществ равны, B имеет наибольшую удельную теплоемкость, потому что при одинаковом количестве тепла изменение температуры B ниже, чем у двух других веществ.Более того, A имеет минимальную удельную теплоемкость, потому что изменение его температуры при том же количестве тепла больше, чем у других. Наконец, удельная теплоемкость C находится между A и B. Таким образом;

c B > c C > c A

Исследования температуры нагрева и теплового расширения и растворы

Теплопередача <Предыдущая		Далее> Изменение фазы / состояния (фазовый переход)

НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Введение

Когда ток течет по проводнику, в проводнике генерируется тепловая энергия.Нагревательный эффект электрического тока зависит от трех факторов:

• Сопротивление R проводника. Чем выше сопротивление, тем больше тепла.
• Время t, в течение которого течет ток. Чем больше время, тем больше выделяется тепла
• Количество тока I. Чем выше ток, тем больше выделяется тепла.

Следовательно, эффект нагрева, создаваемый электрическим током I через проводник сопротивления R в течение некоторого времени, t определяется как H = I ² Rt.Это уравнение называется уравнением Джоуля электрического нагрева.

Электроэнергия и мощность

Работа, выполняемая при проталкивании заряда по электрической цепи, определяется выражением w.d = VIt

.

Так что мощность, P = w.d / t = VI

Электроэнергия, потребляемая электроприбором, определяется как P = VI = I ² R = V ² / R

Пример

1. Электрическая лампочка имеет маркировку 100 Вт, 240 В.Вычислить:

а) Ток через нить накала при нормальной работе лампы
б) Сопротивление нити накала лампы.

Решение

1. I = P / V = ​​100/240 = 0,4167A
2. R = P / I ² = 100 / 0,4167 ² = 576,04 Ом или R = V ² / P = 240 ² /100 = 576 Ом

1. Найдите энергию, рассеиваемую за 5 минут электрической лампочкой с нитью накала 500 Ом, подключенной к источнику питания 240 В.{ ANS. 34,560J }

Решение

E = Pt = V2 / R * t = (240 ² * 5 * 60) / 500 = 34,560 Дж

1. Для нагрева воды используется погружной нагреватель мощностью 2,5 кВт. Вычислить:

1. Рабочее напряжение нагревателя при его сопротивлении 24 Ом
2. Электрическая энергия, преобразованная в тепловую за 2 часа.

{ ANS. 244,9488 В, 1,8 * 10 ⁷ Дж }

Решение

1. P = VI = I ² R

I = (2500/24) ^1/2 = 10.2062A

В = ИК = 10,2062 * 24 = 244,9488 В

1. E = VIt = Pt = 2500 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ J

ИЛИ E = VIt = 244,9488 * 10,2062 * 2 * 60 * 60 = 1,8 * 10 ⁷ Дж

Электрическая лампочка имеет маркировку 100W, 240V. Вычислить:
Ток через нить накала
Сопротивление нити накала лампы.

Решение

P = VI I = P / V = ​​100/240 = 0,4167 A
Согласно закону Ома, V = IR R = V / I = 240 / 0,4167 = 575,95 Ом

Применение нагревающего эффекта электрического тока

Большинство бытовых электроприборов таким образом преобразуют электрическую энергию в тепло.К ним относятся лампы накаливания, электрический нагреватель, электрический утюг, электрический чайник и т. Д.

В осветительных приборах

1. Лампы накаливания – изготовлены из вольфрамовой проволоки, заключенной в стеклянную колбу, из которой удален воздух. Это потому, что воздух окисляет нить. Нить нагревается до высокой температуры и становится раскаленной добела. Вольфрам используется из-за его высокой температуры плавления; 3400 ⁰ Колба заполнена неактивным газом, например. аргон или азот при низком давлении, что снижает испарение вольфрамовой проволоки.Однако одним из недостатков инертного газа является то, что он вызывает конвекционные токи, которые охлаждают нить накала. Эта проблема сводится к минимуму за счет наматывания проволоки таким образом, чтобы она занимала меньшую площадь, что снижает потери тепла за счет конвекции.
2. Люминесцентные лампы – эти лампы более эффективны по сравнению с лампами накаливания и служат намного дольше. У них есть пары ртути в стеклянной трубке, которая при включении испускает ультрафиолетовое излучение. Это излучение заставляет порошок в трубке светиться (флуоресцировать) i.е. излучает видимый свет. Из разных порошков получаются разные цвета. Обратите внимание, что люминесцентные лампы дороги в установке, но их эксплуатационные расходы намного меньше.

В электронагревателе

1. Электрические плиты – электрические плиты раскалены докрасна, и произведенная тепловая энергия поглощается кастрюлей за счет теплопроводности.
2. Электрические обогреватели – лучистые обогреватели становятся красными при температуре около 900 ⁰ C, а испускаемое излучение направляется в комнату с помощью полированных отражателей.
3. Электрические чайники – нагревательный элемент размещается внизу чайника так, чтобы нагреваемая жидкость покрывала его. Затем тепло поглощается водой и распределяется по всей жидкости за счет конвекции.
4. Электрические утюги – когда через нагревательный элемент протекает ток, выделяемая тепловая энергия передается на основание из тяжелого металла, повышая его температуру.