Формула для нахождения теплоты: Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении

За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль . До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать – “Дж”

Калория – это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать – “кал”.

1 кал = 4,19 Дж.

Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

Удельная теплоемкость вещества – это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 0 C

Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*

Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг* 0 C. То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 0 C

Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 0 C потребуется другое количество теплоты.

Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 0 С до температуры 85 0 С. Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус. То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное

Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 0 С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.

Количество теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:

Q=c*m*(t 2 -t 1).

Задача 1 . Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 0 С

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 4200 Дж/кг* 0 С,

t 1 = 20 0 С,

t 2 = 50 0 С.

Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

Решение:

2 -t 1 ).

Подставляем значения:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Ответ: Q=63 кДж.

Задача 2. Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85 0 С?

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 920 Дж/кг* 0 С,

t 1 = 0 0 С,

t 2 = 85 0 С.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Подставляем значения:

Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 Дж = 39,1 кДж.

Ответ: Q= 39,1 кДж.

ТЕПЛООБМЕН.

1.Теплообмен.

Теплообмен или теплопередача – это процесс передачи внутренней энергии одного тела другому без совершения работы.

Существуют три вида теплообмена.

1) Теплопроводность – это теплообмен между телами при их непосредственном контакте.

2) Конвекция – это теплообмен, при котором перенос тепла осуществляется потоками газа или жидкости.

3) Излучение – это теплообмен посредством электромагнитного излучения.

2.Количество теплоты.

Количество теплоты – это мера изменения внутренней энергии тела при теплообмене. Обозначается буквой Q .

Единица измерения количества теплоты = 1 Дж.

Количество теплоты, полученное телом от другого тела в результате теплообмена, может тратиться на увеличение температуры (увеличение кинетической энергии молекул) или на изменение агрегатного состояния (увеличение потенциальной энергии).

3.Удельная теплоёмкость вещества.

Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m от температуры Т 1 до температуры Т 2 пропорционально массе тела m и разности температур (Т 2 – Т 1), т.е.

Q = cm (Т 2 – Т 1 ) = с m Δ Т,

с называется удельной теплоёмкостью вещества нагреваемого тела.

Удельная теплоёмкость вещества равна количеству теплоту, которое необходимо сообщить 1 кг вещества, чтобы нагреть его на 1 К.

Единица измерения удельной теплоёмкости =.

Значения теплоёмкости различных веществ можно найти в физических таблицах.

Точно такое же количество теплоты Q будет выделяться при охлаждении тела на ΔТ.

4.Удельная теплота парообразования.

Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар, пропорционально массе жидкости, т.е.

Q = Lm ,

где коэффициент пропорциональности L называется удельной теплотой парообразования.

Удельная теплота парообразования равна количеству теплоты, которое необходимо для превращения в пар 1 кг жидкости, находящейся при температуре кипения.

Единица измерения удельной теплоты парообразования .

При обратном процессе, конденсации пара, теплота выделяется в том же количестве, которое затрачено на парообразование.

5.Удельная теплота плавления.

Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для превращения твёрдого тела в жидкость, пропорционально массе тела, т.е.

Q = λ m ,

где коэффициент пропорциональности λ называется удельной теплотой плавления.

Удельная теплота плавления равна количеству теплоты, которое необходимо для превращения в жидкость твёрдого тела массой 1 кг при температуре плавления.

Единица измерения удельной теплоты плавления .

При обратном процессе, кристаллизации жидкости, теплота выделяется в том же количестве, которое затрачено на плавление.

6. Удельная теплота сгорания.

Опыт показывает, что количество теплоты, выделяемое при полном сгорании топлива, пропорционально массе топлива, т.е.

Q = q m ,

Где коэффициент пропорциональности q называется удельной теплотой сгорания.

Удельная теплота сгорания равна количеству теплоты, которое выделяется при полном сгорании 1 кг топлива.

Единица измерения удельной теплоты сгорания.

7.Уравнение теплового баланса.

В теплообмене участвуют два или более тела. Одни тела отдают теплоту, а другие принимают. Теплообмен происходит до тех пор, пока температуры тел не станут равными. По закону сохранения энергии, количество теплоты, которое отдаётся, равно количеству, которое принимается. На этом основании записывается уравнение теплового баланса.

Рассмотрим пример.

Тело массой m 1 , теплоёмкость которого с 1 , имеет температуру Т 1 , а тело массой m 2 , теплоёмкость которого с 2 , имеет температуру Т 2 . Причём Т 1 больше Т 2 . Эти тела приведены в соприкосновение. Опыт показывает, что холодное тело (m 2) начинает нагреваться, а горячее тело (m 1) – охлаждаться. Это говорит о том, что часть внутренней энергии горячего тела передаётся холодному, и температуры выравниваются. Обозначим конечную общую температуру θ.

Количество теплоты, переданной горячим телом холодному

Q передан. = c 1 m 1 (Т 1 – θ )

Количество теплоты, полученной холодным телом от горячего

Q получен. = c 2 m 2 (θ – Т 2 )

По закону сохранения энергии Q передан. = Q получен. , т.е.

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

Раскроем скобки и выразим значение общей установившейся температуры θ.

Значение температуры θ в данном случае получим в кельвинах.

Однако, так как в выражениях для Q передан. и Q получен. стоит разность двух температур, а она и в кельвинах, и в градусах Цельсия одинакова, то расчёт можно вести и в градусах Цельсия. Тогда

В этом случае значение температуры θ получим в градусах Цельсия.

Выравнивание температур в результате теплопроводности можно объяснить на основании молекулярно-кинетической теории как обмен кинетической энергией между молекулами при сталкивании в процессе теплового хаотического движения.

Этот пример можно проиллюстрировать графиком.

Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:

1. совершая над системой работу,
2. при помощи теплового взаимодействия.

Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем, что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии, которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому.

Определение

Теплотой называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой). Обозначается теплота, обычно буквой Q.

Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики. Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения.

Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно.

Формула расчета теплоты при изменении температуры

Элементарное количество теплоты обозначим как . Обратим внимание, что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом. Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы.

Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно:

где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как:

где – удельная теплоемкость тела, m – масса тела, – молярная теплоемкость, – молярная масса вещества, – число молей вещества.

Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты (), которое получает тело при увеличении его температуры на величину можно вычислить как:

где t 2 , t 1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности () в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах.

Формула количества теплоты при фазовых переходах

Переход от одной фазы вещества в другую сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты, которая носит название теплоты фазового перехода.

Так, для перевода элемента вещества из состояния твердого тела в жидкость ему следует сообщить количество теплоты () равное:

где – удельная теплота плавления, dm – элемент массы тела. При этом следует учесть, что тело должно иметь температуру, равную температуре плавления рассматриваемого вещества. При кристаллизации происходит выделение тепла равного (4).

Количество теплоты (теплота испарения), которое необходимо для перевода жидкости в пар можно найти как:

где r – удельная теплота испарения. При конденсации пара теплота выделяется. Теплота испарения равна теплоте конденсации одинаковых масс вещества.

Единицы измерения количества теплоты

Основной единицей измерения количества теплоты в системе СИ является: [Q]=Дж

Внесистемная единица теплоты, которая часто встречается в технических расчетах. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 Дж.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какие объемы воды следует смешать, чтобы получить 200 л воды при температуре t=40С, если температура одной массы воды t 1 =10С, второй массы воды t 2 =60С?

Решение. Запишем уравнение теплового баланса в виде:

где Q=cmt – количество теплоты приготовленной после смешивания воды; Q 1 =cm 1 t 1 – количество теплоты части воды температурой t 1 и массой m 1 ; Q 2 =cm 2 t 2 – количество теплоты части воды температурой t 2 и массой m 2 .

Из уравнения (1.1) следует:

При объединении холодной (V 1) и горячей (V 2) частей воды в единый объем (V) можно принять то, что:

Так, мы получаем систему уравнений:

Решив ее получим:

Как записывается формула для вычисления энергии топлива

Всем известно, что в нашей жизни огромную роль играет использование топлива. Топливо применяют практически в любой отрасли современной промышленности. Особенно часто применяется топливо, полученное из нефти: бензин, керосин, соляр и другие. Также применяют горючие газы (метан и другие).

Откуда берется энергия у топлива

Известно, что молекулы состоят из атомов. Для того, чтобы разделить какую либо молекулу (например, молекулу воды) на составляющие её атомы, требуется затратить энергию (на преодоление сил притяжения атомов). Опыты показывают, что при соединении атомов в молекулу (это и происходит при сжигании топлива) энергия, напротив, выделяется.

Как известно, существует ещё и ядерное топливо, но мы не будем здесь говорить о нём.

При сгорании топлива выделяется энергия. Чаще всего это тепловая энергия. Опыты показывают, что количество выделившейся энергии прямо пропорционально количеству сгоревшего топлива.

Удельная теплота сгорания

Для расчёта этой энергии используют физическую величину, называемую удельная теплота сгорания топлива. Удельная теплота сгорания топлива показывает, какая энергия выделяется при сгорании единичной массы топлива.

Её обозначают латинской буквой q. В системе СИ единица измерения этой величины Дж/кг. Отметим, что каждое топливо имеет собственную удельную теплоту сгорания. Эта величина измерена практически для всех видов топлива и при решении задач определяется по таблицам.

Например, удельная теплота сгорания бензина 46 000 000 Дж/кг, керосина такая же, этилового спирта 27 000 000 Дж/кг. Нетрудно понять, что энергия, выделившаяся при сгорании топлива, равна произведению массы этого топлива и удельной теплоты сгорания топлива:

Q = q*m

Рассмотрим примеры

Рассмотрим пример. 10 граммов этилового спирта сгорело в спиртовке за 10 минут. Найдите мощность спиртовки.

Решение. Найдём количество теплоты, выделившееся при сгорании спирта:

Q = q*m; Q = 27 000 000 Дж/кг * 10 г = 27 000 000 Дж/кг * 0,01 кг = 270 000 Дж.

Найдём мощность спиртовки:

N = Q / t = 270 000 Дж / 10 мин = 270 000 Дж / 600 с = 450 Вт.

Рассмотрим более сложный пример.Алюминиевую кастрюлю массой m1, заполненную водой массой m2, нагрели с помощью примуса от температуры t1 до температуры t2 (00С
Предыдущая тема: Удельная теплоёмкость: расчет количества теплоты
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСтудент или преподаватель? Кого выбрать? — Nado5.ru

Все неприличные комментарии будут удаляться.

«Чтобы согреть других, свеча должна сгореть»

Цель: Изучить вопросы использования внутренней энергии топлива, выделения тепла при сгорании топлива.

Задачи урока:

• повторить и закрепить знания по пройденному материалу,;
• ввести понятие об энергии топлива, удельной теплоты сгорания топлива;
• продолжить развитие навыков решения расчётных задач.

• развивать аналитическое мышление;
• развивать умения работать с таблицами и делать выводы;
• развивать способности учащихся выдвигать гипотезы, аргументировать их, грамотно выражать свои мысли вслух;
• развивать наблюдательность и внимание.

• воспитывать бережное отношение к использованию топливных ресурсов;
• воспитывать интерес к предмету через показ связи изучаемого материала с реальной жизнью;
• воспитывать навыки коммуникативного общения.

Предметные результаты:

Обучающиеся должны знать:

• удельная теплота сгорания топлива — это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг;
• при сгорании топлива выделяется значительная энергия, которую используют в быту, промышленности, сельском хозяйстве, на электростанциях, в автомобильном транспорте;
• единицу измерения удельной теплоты сгорания топлива.

Обучающиеся должны уметь:

• объяснять процесс выделения энергии при сгорании топлива;
• пользоваться таблицей удельной теплоты сгорания топлива;
• сравнивать удельную теплоту сгорания топлива различных веществ и энергию, выделяющуюся при сгорании различных видов топлива.

Обучающиеся должны применять:

• формулу для вычисления энергии, которая выделилась при сгорании топлива.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Оборудование: свеча, тарелка, стакан, листок растения, сухое горючее, 2 спиртовки, бензин, спирт, 2 пробирки с водой.

Ход урока

1. Оргмомент.

Приветствие учащихся, проверка готовности к уроку.

Известно, что великий ученый М. В. Ломоносов ещё в 1744 г работал над трактатом «Размышления о причине теплоты и холода». Тепловые явления играют огромную роль в окружающем нас мире, в жизни человека, растений, животных, а также в технике.

Давайте проверим, насколько хорошо вы усвоили эти знания.

2. Мотивация к учебной деятельности.

Есть ли у вас вопросы по домашнему заданию? Давайте проверим, как вы справились с ним:

• двое учащихся представляют решение домашних задач на доске.

1) Определите абсолютную влажность воздуха в кладовке объемом 10 м 3 , если в нем содержится водяной пар массой 0,12 кг.

2) Давление водяного пара в воздухе равно 0,96 кПа, относительная влажность воздуха 60 %. Чему равно давление насыщенного водяного пара при той же температуре?

• 1 ученик (Дима) на доске заполняет схему;

задание: подпишите около каждой стрелки название процессов и формулу для расчета количества теплоты в каждом из них

• А пока ребята работают у доски, мы с вами выполним другое задание.

Посмотрите на текст, изображенный на слайде, и найдите в нем физические ошибки, которые допустил автор (предложите правильный ответ):

1) В яркий солнечный день ребята отправились в поход. Чтобы было не так жарко, ребята оделись в темные костюмы. К вечеру стало свежо, но после купания стало теплее. Ребята налили себе горячий чай в железные кружки и с удовольствием пили его, не обжигаясь. Было очень здорово.

Ответ: темное больше поглощает тепла; при испарении температура тела понижается; теплопроводность металлов больше, поэтому он нагревается сильнее.

2) Проснувшись раньше обычного, Вася сразу вспомнил, что на восемь утра договорился с Толей идти на речку смотреть ледоход. Вася выбежал на улицу, Толя был уже там. «Вот погодка сегодня! – вместо приветствия восхищённо произнёс он. – Солнце какое, а температура с утра -2 градуса по Цельсию.» «Нет, -4», возразил Вася. Мальчики заспорили, потом сообразили, в чём дело. «У меня термометр на ветру, а у тебя в укромном месте, поэтому твой и показывает больше», – догадался Толя. И ребята побежали, шлёпая по лужам.

Ответ: при наличии ветра испарение происходит интенсивнее, поэтому первый термометр должен показывать температуру ниже; при температуре ниже 00С вода замерзает.

Молодцы, все ошибки нашли верно.

Давайте проверим правильность решения задач (ученики, решавшие задачи, комментируют свое решение).

А теперь давайте проверим, как Дима справился со своим заданием.

Все ли фазовые переходы Дима назвал верно? А что произойдет, если в пламя поместить деревянную палочку? (Она будет гореть)

Вы верно заметили, что происходит процесс горения.

Наверное, вы уже догадались, о чем мы сегодня с вами будем говорить (выдвигают гипотезы).

Как вы думаете, на какие вопросы мы сможем ответить в конце урока?

• понять физический смысл процесса сгорания;
• узнать, от чего зависит количество теплоты, выделяющееся при сгорании;
• выяснить применение данного процесса в жизни, в быту и т.д.

3. Новый материал.

Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.

Опыт №1. Свеча закреплена на дне тарелки с помощью пластилина. Зажжём свечу, затем закроем её банкой. Несколько мгновений спустя пламя свечи погаснет.

Создаётся проблемная ситуация, при решение которой учащиеся делают вывод: свеча горит при наличии кислорода.

Вопросы к классу:

— Чем сопровождается процесс горения?

— Почему свеча гаснет? Каковы условия, при которых идет процесс горения?

— За счёт чего выделяется энергия?

Для этого вспомним строение вещества.

— Из чего состоит вещество? (из молекул, молекулы из атомов)

— Какими видами энергии обладает молекула? (кинетической и потенциальной)

— А можно ли молекулу разделить на атомы? (да)

Чтобы разделить молекулы на атомы, необходимо преодолеть силы притяжения атомов, а значит, совершить работу, то есть затратить энергию.

При соединении атомов в молекулу энергия, наоборот, выделяется. Такое соединение атомов в молекулы происходит и при сжигании топлива. Обычное топливо содержит углерод. Вы верно определили, что без доступа воздуха горение невозможно. При горении атомы углерода соединяются с атомами кислорода, которые содержатся в воздухе, при этом образуется молекула углекислого газа и выделяется энергия в виде тепла.

А теперь давайте проведем опыт и посмотрим одновременное горение нескольких видов топлива: бензина, сухого горючего, спирта и парафина (Опыт №2).

Что общего и чем отличается горение каждого вида топлива?

Да, при сгорании любых веществ образуются другие вещества-продукты сгорания. Например ,при сгорании дров остается зола и выделяется углекислый ,угарный и другие газы.

Но, главное предназначение топлива – давать тепло!

Давайте рассмотрим еще один опыт.

Опыт №3: (на двух одинаковых спиртовках: одна заполнена бензином, другая спиртом, нагревается одинаковое количество воды).

Вопросы по опыту:

— За счет какой энергии нагревается вода?

— А как определить количество теплоты, которое пошло на нагревание воды?

— В каком случае вода быстрее закипела?

— Какой вывод можно сделать из опыта?

— Какое топливо, спирт или бензин, выделило больше тепла при полном сгорании? (бензин больше тепла, чем спирт).

Учитель: Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива, обозначается буквой q. Единица измерения Дж/кг.

Удельную теплоту сгорания определяют на опыте довольно сложными приборами.

Результаты опытных данных приведены в таблице учебника (стр.128) .

Давайте поработаем с этой таблицей.

Вопросы по таблице:

1. Чему равна удельная теплота сгорания бензина? (44 МДж/кг)
2. Что это означает? (Это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 44 МДж энергии).
3. У какого вещества наименьшая удельная теплота сгорания? (дрова).
4. Какое топливо при сгорании дает больше всего количества теплоты? (водород, т.к. его удельная теплота сгорания больше остальных).
5. Сколько выделяется количества теплоты при сгорании 2 кг спирта? Как вы это определили?
6. Что же нужно знать, чтобы рассчитать количество теплоты, выделяющееся при сгорании?

Делают вывод, что для нахождения количества теплоты нужно знать не только удельную теплоту сгорания топлива, но и его массу.

Значит, общее количество теплоты Q (Дж), выделяемое при полном сгорании m (кг) топлива, вычисляется по формуле: Q = q · m

Запишем в тетрадь.

А как найти из этой формулы массу сгораемого топлива?

Выразите из формулы удельную теплоту сгорания. (Можно вызвать ученика к доске для записи формул)

Физкультминутка

Мы устали. Давайте немного разомнемся. Выпрямите спину. Расправьте плечи. Я буду называть топливо, а вы если считаете, что оно твердое, опускаете голову вниз, если жидкое, то поднимаете руки вверх, а если газообразное — тянете руки вперед.

Природный газ – газообразное.

Коксовальный газ – газообразное.

Молодцы! Самый внимательный и спортивный у нас… Садитесь.

Учитель: Ребята! Давайте подумаем над вопросом: «Процесс сгорания человеку друг или враг?»

Опыт №4. Повторим опыт с горящей свечей, но теперь рядом со свечей положим листок растения.

Посмотрите, что произошло с растением рядом с пламенем свечи?

Т.о. при использовании топлива не нужно забывать и про вред продуктов сгорания для живых организмов.

4. Закрепление.

Ребята, а скажите мне пожалуйста, а что для нас с вами является топливом? В человеческом организме роль горючего играет пища. Разные виды пищи, как и разные виды топлива, содержат различный запас энергии. (Показать таблицу на компьютере “Удельная теплота сгорания пищевых продуктов”).

Удельная теплота сгорания топлива q, МДж/кг

Для расчёта этой энергии используют физическую величину, называемую удельная теплота сгорания топлива. Удельная теплота сгорания топлива показывает, какая энергия выделяется при сгорании единичной массы топлива.

Её обозначают латинской буквой q. В системе СИ единица измерения этой величины Дж/кг. Отметим, что каждое топливо имеет собственную удельную теплоту сгорания. Эта величина измерена практически для всех видов топлива и при решении задач определяется по таблицам.

Например, удельная теплота сгорания бензина 46 000 000 Дж/кг, керосина такая же, этилового спирта 27 000 000 Дж/кг. Нетрудно понять, что энергия, выделившаяся при сгорании топлива, равна произведению массы этого топлива и удельной теплоты сгорания топлива:

Задачи на расчет количества теплоты с решениями

Есть тут те, кто хочет научиться решать задачи и щелкать их, как орешки? Наш совет: практикуйтесь с различными заданиями побольше! А мы поможем и в этой статье дадим вам несколько примеров решения задач на тему «расчет количества теплоты».

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы не только решать задачи, но и просто быть в курсе актуальных новостей студенческой жизни.

Задачи на количество теплоты

Для начала, запомним, что количество теплоты обозначается буквой Q. Кроме того, не забываем держать под рукой общую памятку по решению физических задач и список полезных формул. Но сначала, конечно же, читаем теорию в старых советских учебниках или в нашем отдельном материале по термодинамике.

Задача №1. Нахождение количества теплоты

Условие

Водород массой 20 г был нагрет на 100 градусов Цельсия при постоянном давлении. Найти количество теплоты, переданное газу.

Решение

Будем использовать первое начало термодинамики, согласно которому:

Изменение внутренней энергии дельта U вычисляется по формуле (газ считаем двухатомным):

Работа газа при изобарном процессе равна:

Теперь можно вычислить количество теплоты:

Ответ: 29085 Дж.

Задача №2. Количество теплоты, пример цикла Карно

Условие

В ходе цикла Карно рабочее вещество совершает работу, равную 113333 Дж. Температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 450 К и 280 К. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя в ходе цикла?

Решение

По определению, КПД цикла Карно:

Можно записать:

Ответ: 300 кДж.

Задача №3. Расчет количества теплоты, теплоемкость

Условие

Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 4 литров воды в алюминиевой кастрюле массой 500 г от 30 градусов Цельсия до кипения.

Решение

Это типичная задача на вычисление количества теплоты. Искомое количество теплоты складывается из количества теплоты для нагревания кастрюли и количества теплоты, которое пойдет на нагревание воды. Запишем уравнение теплового баланса:

Запишем выражения для количества теплоты и массы воды:

Вычислим, пользуясь табличными значениями для теплоемкостей:

Ответ: 1380,8 кДж

Задача №4.

Условие

Вычислить молярные теплоёмкости газа, масса киломоля которого равна M = 30 г/моль, а отношение теплоёмкостей (Cp/Cv) = γ = 1,4.

Решение

Молярная теплоёмкость газа при p = const находится из уравнения Майера:

Молярная теплоёмкость газа при V = const находится из выражения:

Первое выражение можно переписать в виде:

Здесь R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/(К* моль).

Ответ: 29,085 Дж/(К*моль); 20,775 Дж/(К*моль).

Задача №5. Количество теплоты

Условие

На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648 кДж теплоты?

Решение

Это простая задача, которая решается в одно действие:

Ответ: 100 градусов Цельсия.

Кстати! Для всех наших читателей действует скидка 10% на решение задач по физике на количество теплоты и любые другие виды работ.

Вопросы по теме «количество теплоты»

Вопрос 1. В чем измеряется количество теплоты?

Ответ. В системе СИ единицей измерения количества теплоты является 1 Джоуль.

Существуют также внесистемные и широко применяемые единицы измерения количества теплоты:

• калория;
• килокалория.

1 калория равна 4,19 Дж.

Объясним на примере, как рассчитывают количество теплоты. Допустим, есть брусок из какого-то вещества, который нагревают от температуры Т1 до температуры Т2. Количество теплоты, которое для этого нужно, можно определить по формуле:

Здесь с – удельная теплоемкость вещества

Вопрос 2. Что такое теплоемкость?

Ответ. По определению:

Теплоемкость – это скалярная физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты нужно сообщить телу, чтобы нагреть его на один градус.

Удельная теплоемкость – это теплоемкость, отнесенная к единице массы. Именно значения удельной теплоемкости указаны в таблицах. Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(К*кг). Это значит, что для нагрева одного килограмма воды на один градус понадобится 4200 Джоулей.

Вопрос 3. Какие есть единицы измерения температуры?

Ответ. В системе СИ температура измеряется в Кельвинах. В быту мы привыкли к шкале Цельсия, которая наряду со шкалой Кельвина применяется в системе СИ. Также широко известна температурная шкала Фаренгейта, используемая в Англии и США.

Связь между температурой в Кельвинах и Цельсиях можно выразить формулой:

Температура кипения воды по шкале Фаренгейта равна 212 градусам, а лед тает при 32 градусах по Фаренгейту. Один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур.

Вопрос 4. Дайте определение температуры:

Ответ. Температура – это физическая величина, характеристика термодинамической системы, описывающая степень нагретости тел.

Вопрос 5. Какие виды теплопередачи вы знаете?

Ответ. Есть следующие виды теплопередачи:

1. Теплопроводность – переход теплоты от более нагретых участков твердых тел к более холодным.
2. Конвекция – передача теплоты потоками газа или жидкости.
3. Излучение – теплота передается посредством электромагнитных волн.

Кстати, если у вас есть какой-то вопрос, вы всегда можете задать его в комментариях или обратиться за помощью к специалистам профессионального студенческого сервиса, которые всегда смогут вычислить удельную теплоемкость и рассчитать количество теплоты при теплообмене. 

8 класс. Конспект урока №07/07.

Физика.

8 класс.

Урок №07/07.

Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела

или выделяемого им при охлаждении.

Цель урока. Вывести формулу для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Демонстрация. Устройство калориметра.

Содержание нового материала. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Единицы количества теплоты. Устройство и применение калориметра.

Планируемые результаты обучения.

Метапредметные: овладеть регулятивными универсальными учебными действиями при решении задач на нахождение количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении; развивать монологическую и диалогическую речь; применять теоретические знания о количестве теплоты при решении задач; оценивать результаты своих действий; излагать информацию в словесной и символической форме; работать в парах.

Личностные: осознать необходимость самостоятельного приобретения знаний о количестве теплоты и практической значимости изученного материала; сформировать познавательный интерес; развивать творческие способности и практические умения при нахождении количества теплоты, уважительное отношение друг к другу, к учителю.

Общие предметные: применять знания об удельной теплоемкости при решении задач на расчет количества теплоты; обнаруживать зависимость изменения внутренней энергии нагревающих тел и внутренней энергии остывающих тел при теплообмене; кратко и чётко отвечать на вопросы; объяснять полученные результаты и делать выводы; использовать знания для объяснения принципа работы калориметра при решении практических задач.

Частные предметные: объяснять явление теплообмена, рассчитывать количество теплоты; использовать знания о количестве теплоты в повседневной жизни.

Ход урока.

1. Опрос.

1. Что понимают под внутренней энергией тела?

(Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

)

2. Каким образом можно изменить внутреннюю энергию тела?

(1. Путём совершения механической работы.

2. Путём теплопередачи.)

3. Что такое количество теплоты?

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

4. Что понимают под удельной теплоёмкостью вещества?

(Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура изменилась на 1°C, называется удельной теплоёмкостью вещества.)

5. Удельная теплоёмкость растительного масла равна 700Дж/(кг•°С). Что это означает?

(Для нагревания растительного масла массой 1кг на 1°C, необходимо количество теплоты, равное 700Дж.)

(При охлаждении растительного масла массой 1кг на 1°C, выделится количество теплоты, равное 700Дж.)

2. Упражнение 7.

1. Удельная теплоёмкость свинца равна . Что это означает?

(Для нагревания свинца массой 1кг на 1°C, необходимо количество теплоты, равное 140Дж.)

(При охлаждении свинца массой 1кг на 1°C, выделится количество теплоты, равное 140Дж.)

2. Для нагревания 1кг золота на 1°С требуется 130Дж. Какова удельная теплоёмкость золота?

)

3. Изучение нового материала.

1. Учащимся известно, что количество теплоты, необходимое для нагревания (или выделяющееся при остывании тела), зависит от массы тела, разности температур и рода вещества, из которого изготовлено тело. Вывод формулы следует сделать на примере.

После проведённых рассуждений можно дать задание одному из учащихся подставить данные в формулу и рассчитать количество теплоты.

2. Далее для закрепления материала учащиеся в парах анализируют примеры решения задач из учебника, один из учеников у доски (по желанию) записывает её условие и объясняет решение.

Притер 1.

В железный котёл массой 5кг налита вода массой 10кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10°С до 100°С?

Пример 2.

Смешали воду массой 0,8кг, имеющую температуру 25°С, и воду при температуре 100°С массой 0,2кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40°С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

При смешивании горячей и холодной воды происходит теплообмен не только с холодной водой, но и с окружающей средой — сосудом, подставкой, термометром, воздухом. На практике не всю внутреннюю энергию, отдаваемую горячей водой, получает холодная. Чтобы устранить такие потери или свести их хотя бы к минимуму, применяют специальный прибор — калориметр (от лат. color — тепло и meter — измерять).

Учитель знакомит учащихся с этим прибором, принципом его действия, основными элементами и способом использования в предстоящей лабораторной работе.

Калориметр состоит из двух сосудов, разделённых воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.

Вывод:

«Количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны между собой.

Если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.»

4. Закрепление материала.

1. Что такое «количество теплоты»?

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

2. В каких единицах выражают количество теплоты?

[Q]=1Дж

3. От чего зависит количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении?

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от разности температур тела.

Q~(°t₂-°t₁)

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от его массы.

Q~m

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от того, из какого вещества оно состоит, то есть от рода вещества.

Q~c

4. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Q=cm(°t₂-°t₁)

5. Для чего служит калориметр?

Калориметр состоит из двух сосудов, разделённых воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.

5. Домашнее задание.

§9.

Упражнение 8.

Подготовиться к лабораторной работе 1 (тетрадь для лабораторных работ).

Глава 14. Термодинамика

Изучение энергетических превращений в молекулярных системах составляет содержание термодинамики. Для решения задач на термодинамику необходимо знать определения внутренней энергии, количества теплоты, теплоемкости и ряда других величин. Необходимо также понимать и уметь использовать в простейших случаях первый закон термодинамики как балансовое соотношение, описывающее процессы превращения энергии из одних форм в другие. Также нужно знать основные свойства процессов перехода вещества из одних агрегатных состояний в другие. Рассмотрим эти вопросы.

Внутренней энергией тела называется сумма кинетической энергии молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Для жидкостей и твердых тел из-за сильного взаимодействия молекул друг с другом вычислить внутреннюю энергию не удается. Внутреннюю энергию можно вычислить только для идеальных газов, в которых можно пренебречь энергией взаимодействия молекул друг с другом и считать, что внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий молекул. Для одноатомного газа (т.е. газа, каждая молекула которого состоит из одного атома) внутренняя энергия определяется соотношением

где — количество вещества газа (число молей), — универсальная газовая постоянная, — абсолютная температура. Заметим, что с помощью закона Клапейрона-Менделеева формула (14.1) может быть преобразована к виду

где — давление, — объем газа.

Внутренняя энергия тела может измениться при теплообмене, когда молекулы тела сталкиваются с более быстрыми или более медленными молекулами других тел и получают от них или отдают им энергию, или в процессе совершения механической работы над этим телом внешними силами. В связи с эти вводят следующие определения. Количеством теплоты, переданным некоторому телу, называют энергию, переданную этому телу в процессе хаотических столкновений молекул. Процесс передачи энергии в виде теплоты называют процессом теплопередачи. Если внешние силы не совершают над телом работы, для процесса теплопередачи справедливо следующее балансовое соотношение

где — изменение внутренней энергии тела, — количество переданной этому телу теплоты. Поскольку изменение внутренней энергии тела может быть и положительным , и отрицательным , из закона (14.3) следует, что количеству теплоты следует придать алгебраический смысл: если энергия передается телу, количество переданной этому телу теплоты нужно считать положительным , если забирается — отрицательным .

Внутренняя энергия тела изменяется при сжатии тела, трении и ряде других механических процессах. В этом случае на изменение внутренней энергии расходуется работа , совершаемая над телом внешними силами

(конечно, здесь подразумевается, что работа не расходуется на энергию движения тела как целого, а только на изменение внутреннего движения, т.е. все перемещения тела как целого или его макроскопических частей должны происходить бесконечно медленно). Очевидно, работа внешних сил положительна, если эти силы сжимают тело и его объем уменьшается, и отрицательна — если объем тела увеличивается. В первом случае, как это следует из (14.4), внутренняя энергия тела возрастает (), во втором убывает ().

Одновременно с внешними силами при сжатии или расширении тел совершают работу и сами эти тела. Рассмотрим, например, газ, находящийся в цилиндрическом сосуде и отделенный от атмосферы поршнем (см. рисунок). И при сжатии, и при расширении газа силы, действующие на поршень со стороны газа, совершают над ним работу (в первом случае отрицательную, во втором положительную). При этом, поскольку поршень перемещается бесконечно медленно, силы, действующие на него со стороны газа и внешние силы практически равны друг другу как при сжатии, так и при расширении газа (в противном случае в балансе энергии необходимо было учитывать кинетическую энергию, приобретенную поршнем). Поэтому работа, совершенная газом и внешними силами над газом равны по величине, но отличаютсязнаком¹. Очевидно, работа газа положительна, если газ расширяется, и отрицательна, если газ сжимается.

При решении задач на термодинамику следует помнить одно важное свойство работы газа, которое во многих случаях позволяет ее легко вычислить. Работа газа в некотором процессе численно равна площади фигуры под графиком зависимости давления от объема в этом процессе. В частности в изобарическом процессе при давлении , в котором объем газа изменился от значения до значения , газ совершает работу (см. рисунок; площадь графика, соответствующая работе, выделена):

где — количество вещества газа, — изменение температуры в рассматриваемом процессе.

Если газ участвует в процессе, в котором одновременно имеет место и теплообмен, и совершается работа, то справедливо соотношение

которое называется первым законом термодинамики (здесь — работа газа).

Закон (14.6) позволяет найти одну из входящих в него величин, если заданы две других. Если задается только одна из величин, входящих в закон (14.6), но как-то определяется процесс, происходящий с газом, то две остальные величины могут быть определены. Например, в изохорическом процессе не совершается работа, поэтому

В изотермическом процессе не меняется внутренняя энергия газа, поэтому

В адиабатическом процессе (процессе без теплообмена с окружающей средой) , поэтому

В изобарическом процессе есть связь между изменением внутренней энергии газа и его работой. Из формул (14.1) и (14.5) заключаем, что работа одноатомного идеального газа и изменение его внутренней энергии в изобарическом процессе связаны соотношением

Для характеристики процессов нагрева-остывания тела вводят понятие теплоемкости тела , которая определяется как

где — количество теплоты, сообщенное телу в некотором процессе, — изменение его температуры в этом процессе. Подчеркнем, что и в формуле (14.11) не независимы, а связаны друг с другом: — это то изменение температуры, которое происходит благодаря сообщению телу количества теплоты . Поэтому теплоемкость (14.11) не зависит от и , а зависит от свойств тела и происходящего с ним процесса.

Если тело однородно, то его теплоемкость пропорциональна его массе . Поэтому отношение является характеристикой вещества тела и называется его удельной теплоемкостью. Удельная теплоемкость представляет собой экспериментально измеряемую (табличную) характеристику веществ. Из определения удельной теплоемкости следует, что если телу массой , изготовленному из вещества с удельной теплоемкостью , сообщить количество теплоты , то будет справедливо соотношение

где — изменение температуры тела.

Приведем теперь решения данных в первой части задач.

В задаче 14.1.1 внутренняя энергии газа увеличится согласно формуле (14.1) — ответ 1.

Для ответа на вопрос задачи 14.1.2 удобно использовать формулу для внутренней энергии газа в виде (14.2). По этой формуле находим, что внутренняя энергия увеличилась в 3/2 раза (ответ 2). Обратим внимание читателя, что причина изменения давления и объема может быть любой — ответ от этого не зависит. Может измениться или температура газа, или количество вещества, или и то и другое одновременно.

Поскольку температура и количество вещества газа не изменялись в рассматриваемом в задаче 14.1.3 процессе, внутренняя энергия газа не изменилась (ответ 3).

В задаче 14.1.4 следует воспользоваться определением теплоемкости (14.11). Для этого рассмотрим, например, ин-тервал времени , выделенный жирным на оси времени (см. рисунок). За этот интервал оба тела получили одинаковое количество теплоты , поскольку нагреватели одинаковы. Изменение температур тел и можно определить по графику — эти величины отмечены фигурными скобками на оси температур. Поскольку из формулы (14.11) заключаем, что — ответ 2.

В задаче 14.1.5 следует воспользоваться определением удельной теплоемкости. По формуле (14.12) находим

(ответ 1).

Для совершения работы необходимо механическое движение. Поскольку объем газа в задаче 14.1.6 не меняется, механическое движение отсутствует, работа газа равна нулю (ответ 4).

Применяя к рассматриваемому в задаче 14.1.7 процессу первый закон термодинамики (14.6) и учитывая, что в изохорическом процессе работа газа равна нулю, заключаем, что (ответ 3).

В изотермическом процессе не меняется внутренняя энергия идеального газа. Поэтому , и работа , совершенная над газом, определяется соотношением (14.4), (14.6): (задача 14.1.8 — ответ 2).

Адиабатический процесс происходит без теплообмена с окружающими телами: . Поэтому из первого закона термодинамики (14.6) получаем в задаче 14.1.9 для работы газа (ответ 2).

Применяя первый закон термодинамики (14.6) к процессу, происходящему с газом в задаче 14.1.10, найдем, что внутренняя энергия газа увеличилась на 10 Дж (ответ 2).

Для решения задачи 14.2.1 можно использовать то обстоятельство, что работа газа численно равна площади фигуры, ограниченной графиком зависимости давления от объема и осью объемов. Из рисунка следует, что наибольшей является площадь под графиком процесса 1. Поэтому бóльшую работу газ совершает в процессе 1 (ответ 1).

В задаче 14.2.2 следует применить ко всем трем процессам, графики которых даны на рисунке к решению предыдущей задачи, первый закон термодинамики (14.6) . Учитывая, что начальная и конечная температура газа во всех трех процессах одинакова, и, следовательно, одинаковы изменения внутренней энергии газа , а работа наибольшая в процессе 1 (см. решение предыдущей задачи), заключаем, что газ получил большее количество теплоты в процессе 1 (ответ 1).

Работа газа положительна, если газ расширяется. Для доказательства этого утверждения представим газ в сосуде, ограниченном подвижным поршнем. Если газ расширяется, то и перемещение поршня и сила, действующая на него со стороны газа, направлены одинаково, поэтому работа газа положительна. При сжатии газа его работа отрицательна. Поэтому в задаче 14.2.3 работа газа положительна в процессе 3 (ответ 3).

Так как графики процессов 1–2 и 3–4 в задаче 14.2.4 — прямые, проходящие через начало координат, эти процессы — изохорические, и газ не совершает в них работу. А поскольку изменение внутренней энергии газа в этих процессах одинаково, то одинаковы и количества теплоты, сообщенные газу в этих процессах (ответ 3).

Задача 14.2.5 аналогична предыдущей. Рассматриваемый процесс — изохорический, поэтому изменение внутренней энергии газа равно сообщенному количеству теплоты = 100 кДж (ответ 2).

Вычисляя площадь под графиком процесса в задаче 14.2.6, находим работу газа (ответ 2).

В условии задачи 14.2.7 дано количество теплоты , которое забрали у газа. Первый закон термодинамики, в который входит эта величина, имеет вид

где — работа, совершенная над газом в рассматриваемом процессе. Подставляя в эту формулу данные в условии величины, находим = –5 Дж (ответ 1).

Чтобы понять, расширялся или сжимался газ в рассматриваемом в задаче 14.2.8 процессе, из первого закона термодинамики найдем работу газа: если она окажется положительной, газ расширялся, если отрицательной — сжимался. Из закона (14.6) находим

Поэтому газ сжимался (ответ 1).

Чтобы найти долю количества теплоты, которая пошла на увеличение внутренне энергии газа в изобарическом процессе (задача 14.2.9) воспользуемся формулой (14.5) для работы газа в этом процессе . Поскольку изменение внутренней энергии одноатомного идеального газа равно , заключаем, что изменение внутренней энергии газа составляет 3/2 от его работы. Поэтому 2/5 количества теплоты, сообщенного газу в изобарическом процессе тратится на работу, 3/5 — на изменение внутренней энергии газа (ответ 3).

Чтобы найти теплоемкость газа в изотермическом процессе (задача 14.2.10), применим к этому процессу определение теплоемкости (14.11)

Поскольку в изотермическом процессе при ненулевом количестве сообщенной теплоты, то теплоемкость газа равна бесконечности. Это означает следующее — в изотермическом процессе газу сообщают теплоту, а он не нагревается, что и означает бесконечную теплоемкость газа (теплота расходуется только на совершение работы).

Удельная теплоемкость – Концепция – Видео по химии от Brightstorm

Хорошо, давайте поговорим об удельной теплоемкости, которую мы будем обозначать буквой c. Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия или 1 Кельвин. Причина, по которой они могут быть заменены местами, заключается в том, что они имеют одинаковые значения приращения, которые они могут переключать. Итак, когда мы говорим о тепле, мы на самом деле измеряем тепло и энергию, и давайте поговорим о числах, которые вы на самом деле будете видеть в единицах измерения, поэтому мы измеряем энергию в калориях или джоулях.Итак, 1 калория равна 4,184 джоулей, но это не та калория, которую вы видите на этикетке продукта, это на самом деле калория с заглавной буквой C, что на самом деле 1 килограмм калорий, а это – тысяча калорий или 4 184 джоулей. Итак, понимая, что означают эти числа, когда говорят о тепле, давайте вернемся к разговору об удельной теплоемкости, которая измеряется в джоулях на грамм градусов Цельсия.

Давайте поговорим об удельной теплоемкости воды, вода имеет удельную теплоемкость 4,184 джоулей на грамм градусов Цельсия и что это значит? Это означает, что на каждый грамм воды, которую вы хотите поднять на 1 градус по Цельсию, требуется 4.184 джоулей энергии. На самом деле это относительно много по сравнению с остальными данными в этой таблице и с большинством веществ. Это потому, что для нагрева воды требуется много энергии, если вы думаете о том, когда вы кипятите воду на плите или о чем-то, что на самом деле требуется много времени и много тепла, чтобы она действительно поднялась, перешла из жидкого состояния в до достижения газообразного состояния. Удельная теплоемкость льда на самом деле различается для каждого состояния вещества, поэтому для повышения температуры льда потребуется всего 2 секунды.03 джоулей тепла, чтобы поднять 1 грамм вещества на 1 градус Цельсия.

Точно так же и с паром, для этого требуется всего 2,01, поэтому для повышения температуры льда или пара требуется вдвое меньше энергии по сравнению с водой. Алюминий также относительно высок по сравнению с другими металлами. Металлы обычно имеют очень низкую удельную теплоемкость. Но алюминий на самом деле довольно высокий – 0,897 джоулей на грамм градуса Цельсия, поэтому, чем ниже значение, тем легче ему нагреться. Хорошо, когда мы используем это в настоящих формулах и на самом деле говорим о количестве необходимого тепла или о том, насколько изменилась температура или какая масса нам нужна для определенных веществ.Итак, мы собираемся использовать эту формулу, q равно mc delta t или q равно m cad. q означает, когда мы говорим о тепле, является символом тепла и обычно измеряется в джоулях, может быть измерено в килоджоулях или калориях, которые не имеют значения, но это q представляет количество необходимого тепла или требуемого тепла или энергия.

м – это наш символ массы, который обычно измеряется в граммах, c – наша удельная теплоемкость этого конкретного вещества, а дельта t – это изменение, которое может быть снова, оно может быть в градусах Кельвина или градусах Цельсия, это не имеет значения. потому что это изменение тепла.Теперь поговорим о том, как это влияет на диаграмму фазового перехода. Хорошо, это диаграмма фазового перехода для воды, позвольте мне ее записать. Хорошо, обратите внимание, если вы посмотрите на наклон изменения энергии при повышении температуры твердого тела по сравнению с жидкостью. Обратите внимание, твердое тело имеет более крутой наклон, чем жидкость, это потому, что жидкость требует больше энергии для повышения температуры на грамм, чем твердое тело или газ. На самом деле они более крутые, чем для жидкости, поэтому это также влияет на диаграмму фазового перехода, и это из-за удельной теплоемкости.

Давайте вместе решим проблему и выясним, как это на самом деле влияет на другие вещи. Итак, у нас есть архитектор, и он действительно заинтересован в устойчивой энергетике. Таким образом, архитектор проектирует дом, который частично нагревается солнечной энергией, тепло от солнца будет накапливаться в солнечном пруду, как и в другом бассейне. Итак, у нас есть пруд, с которым мы имеем дело. Он состоит из 14 500 килограммов гранитной породы, а внутри он содержит 22 500 килограммов воды.Хорошо вместе, гранит и вода поглощают тепло днем ​​и выделяют его ночью, а затем ночью отдают тепло в дом, нагревая его ночью. Архитектор обнаружил, что температура солнечного пруда повышается на 22 градуса по Цельсию днем ​​и опускается до 22 градусов по Цельсию ночью. Итак, сколько энергии он выделяет и поглощает в течение дня? Итак, давайте подчеркнем то, что у нас есть, информацию, которая у нас есть.

Давайте начнем с воды, так как у нас есть 2 вещества – гранит и вода, количество энергии, которое на самом деле требуется, общее количество энергии будет равно q гранита плюс q h3O плюс, причем q, как мы знаем, равно mc delta t.Хорошо, давайте сначала займемся водой, хорошо, колодец, колодец, вода, у нас есть масса 22 500 килограммов, и мы хотим, чтобы она была в граммах. Итак, мы сделаем это 2,25 раза по 10 до седьмого грамма, хорошо. C воды или удельная теплоемкость воды составляет 4,184 джоулей на грамм градусов Цельсия. Причина, по которой я хотел это даже в граммах и не мог использовать килограммы, заключается в том, что в моей единице удельной теплоемкости были граммы. Итак, я хочу убедиться, что эти единицы одинаковые, хорошо. Итак, мы собираемся, мы знаем, что это меняет температуру, она увеличивает и понижает температуру на 22 градуса по Цельсию.Итак, у нас изменение температуры составляет 22 градуса по Цельсию.

Хорошо, когда я умножаю все это вместе, я получаю количество энергии, которое требуется или которое поглощается водой солнечного пруда [IB], находящейся в солнечном пруду. Итак, мы умножаем их вместе и получаем 2,1 умножить на 10 до девятых джоулей, и причина в том, что снова удельная теплоемкость измеряется в джоулях или q измеряется в джоулях. Хорошо, давайте поговорим о q для гранита, потому что бассейн состоит из воды и гранита. Масса воды 14, извините, масса гранита 14 500 кг, что составляет 1.45 раз по 10 до седьмого грамма. Q для гранита, если вы посмотрите на нашу таблицу, составляет 0,803 и снова изменяется на 22 градуса по Цельсию. И я просто не ставлю единицы, потому что хочу сэкономить место. Хорошо, когда я умножаю все это вместе, я получаю 2,4, извините, это неправда, мне очень жаль, что я получаю 2,6 умножить на 10 до восьмых джоулей. Итак, общее количество энергии, которое получает этот реальный солнечный бассейн, и это за день, равно 2. Мы собираемся сложить это в 2,4 раза умножить на 10 до девятых джоулей энергии.Так что это на самом деле экономит нам много энергии, когда мы имеем дело, когда мы на самом деле собираемся обогреть или охладить наш дом. Таким образом, мы экономим много денег на устойчивой энергии, используя солнечный бассейн. Таким образом, удельная теплоемкость на самом деле говорит нам о многом, и она уникальна для каждого конкретного вещества, и это количество энергии, необходимое для подъема 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия.

Онлайн-калькулятор: Количество тепла

Начнем с пары определений:

• Тепло – это количество энергии, перетекающее от одного тела материи к другому самопроизвольно из-за разницы температур или любым другим способом, кроме работы или передачи материи.Исторически для измерения тепла использовалось много единиц энергии. Единицей измерения в Международной системе единиц (СИ) является джоуль (Дж).
• Теплоемкость или теплоемкость – это измеримая физическая величина, равная отношению тепла, добавленного (или удаленного) к объекту, к результирующему изменению температуры. Удельная теплоемкость, часто называемая просто , удельная теплоемкость – это теплоемкость на единицу массы материала.

Из этого определения имеем следующую формулу для удельной теплоемкости:
,
где c – удельная теплоемкость,
Q – тепло, добавленное или отведенное к телу,
m – масса тела,
ΔT – изменение температуры.

На теплоемкость могут влиять многие переменные состояния, которые описывают исследуемую термодинамическую систему. К ним относятся начальная и конечная температура, а также давление и объем системы до и после добавления тепла. Таким образом, приведенная ниже формула будет несколько более правильной:

Однако в школьных задачах мы обычно используем постоянную удельную теплоемкость при стандартном давлении. Таким образом, взаимосвязь между теплом и изменением температуры обычно выражается в форме, показанной ниже:

Обратите внимание, что это соотношение не применяется, если происходит фазовое изменение, потому что тепло, добавленное или удаленное во время фазового перехода, не изменяет температуру.

Калькулятор ниже может найти пропущенное значение в приведенной выше формуле, если указаны все остальные значения. Он может найти добавленное или отведенное тепло, удельную теплоемкость, массу, начальную или конечную температуру:

Количество тепла