Формула количество теплоты физика: 2. Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела

Содержание

8 класс. Расчет количества теплоты при нагревании или охлаждении тела

8 класс. Расчет количества теплоты при нагревании или охлаждении тела

Подробности
Просмотров: 294

Назад в “Оглавление” – смотреть

1. Что нужно знать, чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании или выделенное им при остывании?

Чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании или выделенное им при остывании, надо знать удельную теплоемкость вещества, массу тела, конечную и начальную температуру.

2. Как рассчитывают количество теплоты, сообщённое телу при его нагревании или выделяющееся при его охлаждении?

Чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость вещества умножить на массу тела и на разность между большей и меньшей его температурами:
Q = cm(t2-t1)
где с – удельная теплоемкость вещества (Дж/кг °С)

m – масса тела (кг)
(t2-t1) – разность конечной и начальной температур (°С)

Например:

Задача1
В железный котел массой 10 кг налита вода массой 20 кг.
Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?

Оба тела — и котел, и вода — будут нагреваться вместе.
Между ними происходит теплообмен, и их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100°С — 10°С=90°С.
Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми, ведь их массы и удельные теплоемкости различны.

Задача 2
Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25°С, и кипяток массой 0,2 кг.
Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С.
Вычислить, какое количество теплоты отдал кипяток при остывании и получила холодная вода при нагревании.
Сравнить эти количества теплоты.

4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды? Почему на практике эти энергии не равны?

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


То есть, если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Однако на практике обычно получается, что отданная горячей водой энергия больше энергии, полученной холодной водой.
Это объясняется тем, что часть энергии передается окружающему воздуху, а часть энергии — сосуду, в котором смешивали воду.
Равенство отданной и полученной энергий будет тем точнее, чем меньше потери энергии.

Назад в “Оглавление” – смотреть

ФИЗИКА: Задачи на количество теплоты – Ответы и решения (2022)

Задачина количество теплоты с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачина количество теплоты,
удельную теплоемкость».

Название величины
Обозначение
Единица измерения
Формула
Масса
m
кг
Температура
t
°С
Удельная теплоемкость
c
Дж/кг•°С
Количество теплоты
Q
Дж

1 г = 0,001 кг; 1 т = 1000 кг; 1 кДж = 1000 Дж; 1 МДж = 1000000 Дж

Физика 8 класс.

Все формулы КРУПНО на 4-х стр.

1 файл(ы) 4.29 MB

Скачать в формате PDF

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1. В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?

При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.

Задача № 2. Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. 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.

Задача № 3. Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?

Задача № 4. В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь

Задача № 5. На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?

Задача № 6. По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.

Задача № 7. Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?

Задача № 8. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?

Задача № 9. Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?

Задача № 10. Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?

Задача № 11. а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух?
б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)

Задача № 12. ОГЭ Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой mв = 300 г, а температура tв = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равнойΘ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды св = 4200 Дж/(кг К).

Задача № 13. В теплоизолированном сосуде сначала смешивают три порции воды 100 г, 200 г и 300 г с начальными температурами 20 °C, 70 °C и 50 °C соответственно. После установления теплового равновесия в сосуд добавляют новую порцию воды массой 400 г при температуре 20 °C. Определите конечную температуру в сосуде. Ответ дайте в °C, округлив до целого числа. Теплоёмкостью калориметра пренебрегите.

Решение.

Ответ: 39°С.

Задача № 14. (повышенной сложности) Стальной шарик радиусом 5 см, нагретый до температуры 500 ˚С, положили на лед, температура которого 0 ˚С. На какую глубину погрузится шарик в лед? (Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь.)

Дано: R = 0,05 м; t1 = 500 ˚С; t2 = 0 ˚С;
ρ1 (плотность стали) = 7800 кг/м3.;
ρ2 (плотность льда) = 900 кг/м3.
c (удельная теплоемкость стали) = 460 Дж/кг •˚С,
λ (удельная теплота плавления льда) = 3,3 • 105Дж/кг,

Найти: h – ?

Краткая теория для решения Задачина количество теплоты.

Конспект урока «Задачина количество теплоты».

Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»

Следующая тема:«ЗАДАЧИна сгорание топлива с решениями».

Удельная теплоемкость формула физика. Удельная теплоёмкость: расчет количества теплоты

Количество тепла, при получении которого температура тела повышается на один градус, называется теплоемкостью. Согласно этому определению.

Теплоемкость, отнесенная к единице массы, называется удельной теплоемкостью. Теплоемкость, отнесенная к одному молю, называется моляpной теплоемкостью.

Итак, теплоемкость опpеделяется чеpез понятие количества теплоты. Но последнее, как и pабота, зависит от пpоцесса. Значит и теплоемкость зависит от пpоцесса. Сообщать теплоту – нагpевать тело – можно пpи pазличных условиях. Однако пpи pазличных условиях на одно и то же увеличение темпеpатуpы тела потpебуется pазличное количество теплоты. Следовательно, тела можно хаpактеpизовать не одной теплоемкостью, а бесчисленным множеством (столько же, сколько можно пpидумать всевозможных пpоцессов, пpи котоpых пpоисходит теплопеpедача).

Однако на пpактике обычно пользуются опpеделением двух теплоемкостей: теплоемкости пpи постоянном объеме и теплоемкости пpи постоянном давлении.

Теплоемкость различается в зависимости от того, при каких условиях происходит нагревание тела – при постоянном объеме или при постоянном давлении.

Если нагревание тела происходит при постоянном объеме, т. е. dV = 0, то работа равна нулю. В этом случае передаваемое телу тепло идет только на изменение его внутренней энергии,

dQ = dE , и в этом случае теплоемкость равна изменению внутренней энергии при изменении температуры на 1 К, т. е.

.Поскольку для газа
, то
.Эта формула определяет теплоемкость 1 моля идеального газа, называемую молярной. При нагревании газа при постоянном давлении его объем меняется, сообщенное телу тепло идет не только на увеличение его внутренней энергии, но и на совершение работы, т.е.dQ = dE + PdV . Теплоемкость при постоянном давлении
.

Для идеального газа PV = RT и поэтому PdV = RdT .

Учитывая это, найдем

.Отношение
представляет собой величину, характерную для каждого газа и определяемую числом степеней свободы молекул газа. Измерение теплоемкости тела есть, таким образом, способ непосредственного измерения микроскопических характеристик составляющих его молекул.

Ф
ормулы для теплоемкости идеального газа приблизительно верно описывают эксперимент, причем, в основном, для одноатомных газов. Согласно формулам, полученным выше, теплоемкость не должна зависеть от температуры. На самом деле наблюдается картина, изображенная на рис., полученная опытным путем для двухатомного газа водорода. На участке 1 газ ведет себя как система частиц, обладающих лишь поступательными степенями свободы, на участке 2 возбуждается движение, связанное с вращательными степенями свободы и, наконец, на участке 3 появляются две колебательные степени свободы. Ступеньки на кривой хорошо согласуются с формулой (2.35), однако между ними теплоемкость растет с температурой, что соответствует как бы нецелому переменному числу степеней свободы.

Такое поведение теплоемкости указывает на недостаточность используемого нами представления об идеальном газе для описания реальных свойств вещества.

Связь молярной теплоёмкости с удельной теплоёмкостью С =M с, где с – удельная теплоёмкость

, М – молярная масса .Формула Майера.

Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера:

,где R – универсальная газовая постоянная, – молярная теплоемкость при постоянном давлении, – молярная теплоемкость при постоянном объёме.

Удельная теплоемкость


Теплоемкость – это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус.

Теплоемкость тела обозначается заглавной латинской буквой С.

От чего зависит теплоемкость тела? Прежде всего, от его массы. Ясно, что для нагрева, напри­мер, 1 килограмма воды потребуется больше тепла, чем для нагрева 200 граммов.

А от рода вещества? Проделаем опыт. Возьмем два одинаковых сосуда и, налив в один из них воду массой 400 г, а в другой – растительное масло массой 400 г, начнем их нагревать с помощью одинаковых горелок.

Наблюдая за показаниями термометров, мы увидим, что масло нагревается быстрее. Чтобы нагреть воду и масло до одной и той же температуры, воду следует нагревать доль­ше. Но чем дольше мы нагреваем воду, тем большее количество теплоты она получает от горелки.

Таким образом, для нагревания одной и той же массы разных веществ до одинаковой темпе­ратуры требуется разное количество теплоты. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела и, следовательно, его теплоемкость зависят от рода вещества, из которого состоит это тело.

Так, например, чтобы увеличить на 1 °С температуру воды массой 1 кг, требуется количество теплоты, равное 4200 Дж, а для нагревания на 1 °С такой же массы подсолнечного масла необхо­димо количество теплоты, равное 1700 Дж.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для нагревания 1 кг вещества на 1 °С, называется удельной теплоемкостью этого вещества.

У каждого вещества своя удельная теплоемкость, которая обозначается латинской буквой с и измеряется в джоулях на килограмм-градус (Дж/(кг·K)).

Удельная теплоемкость одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном) различна. Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(кг·K) , а удельная теплоемкость льда Дж/(кг·K) ; алюминий в твердом состоянии имеет удельную теплоемкость, равную 920 Дж/(кг·K) , а в жидком – Дж/(кг·K) .

Заметим, что вода имеет очень большую удельную теплоемкость. Поэтому вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из воздуха большое количество тепла. Благодаря этому в тех местах, которые расположены вблизи больших водоемов, лето не бывает таким жарким, как в местах, удаленных от воды.


Удельная теплоемкость твердых веществ

В таблице приведены средние значения удельной теплоемкости веществ в интервале температур от 0 до 10°С(если не указана другая температура)

05.04.2019, 01:42
Вещество Удельная теплоемкость, кДж/(кг·K)
Азот твердый(при t=-250 °С) 0,46
Бетон (при t=20 °С) 0,88
Бумага (при t=20 °С) 1,50
Воздух твердый (при t=-193 °С) 2,0
Графит
0,75
Дерево дуб
2,40
Дерево сосна, ель
2,70
Каменная соль
0,92
Камень
0,84
Кирпич (при t=0 °С) 0,88


Удельная теплоемкость жидкостей

Вещество Температура,°C
Бензин (Б-70)
20
2,05
Вода
1-100
4,19
Глицерин
0-100
2,43
Керосин 0-100
2,09
Масло машинное
0-100
1,67
Масло подсолнечное
20
1,76
Мед
20
2,43
Молоко
20
3,94
Нефть 0-100
1,67-2,09
Ртуть
0-300
0,138
Спирт
20
2,47
Эфир
18
3,34

Удельная теплоемкость металлов и сплавов


Вещество Температура,°C Удельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)
Алюминий
0-200
0,92
Вольфрам
0-1600
0,15
Железо
0-100
0,46
Железо
0-500
0,54
Золото
0-500
0,13
Иридий
0-1000
0,15
Магний
0-500
1,10
Медь
0-500
0,40
Никель
0-300
0,50
Олово
0-200
0,23
Платина
0-500
0,14
Свинец
0-300
0,14
Серебро
0-500
0,25
Сталь
50-300
0,50
Цинк
0-300
0,40
Чугун
0-200
0,54

Удельная теплоемкость расплавленных металлов и сжиженных сплавов


Вещество Температура,°C Удельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)
Азот
-200,4
2,01
Алюминий
660-1000
1,09
Водород
-257,4
7,41
Воздух
-193,0
1,97
Гелий
-269,0
4,19
Золото
1065-1300
0,14
Кислород
-200,3
1,63
Натрий
100
1,34
Олово
250
0,25
Свинец
327
0,16
Серебро
960-1300
0,29

Удельная теплоемкость газов и паров

при нормальном атмосферном давлении

Вещество Температура,°C Удельная теплоемкость,к Дж/(кг·K)
Азот
0-200
1,0
Водород
0-200
14,2
Водяной пар
100-500
2,0
Воздух
0-400
1,0
Гелий
0-600
5,2
Кислород
20-440
0,92
Оксид углерода(II)
26-200
1,0
Оксид углерода(IV) 0-600
1,0
Пары спирта
40-100
1,2
Хлор
13-200
0,50

Вода является одним из самых удивительных веществ. Несмотря на широкое распространение и повсеместное использование, она – настоящая загадка природы. Являясь одним из соединений кислорода, вода, казалось бы, должна иметь совсем низкими такие характеристики, как и замерзания, теплота парообразования и т. п. Но этого не происходит. Одна лишь теплоемкость воды, вопреки всему, чрезвычайно высока.

Вода способна поглощать огромное количество тепла, сама при этом практически не нагреваясь – в этом ее физическая особенность. воды выше теплоемкости песка примерно в пять раз, и в десять раз – железа. Поэтому вода является природным охладителем. Ее свойство накапливать большое количество энергии позволяет сглаживать колебания температуры на поверхности Земли и регулировать тепловой режим в рамках всей планеты, причем происходит это независимо от времени года.

Это уникальное свойство воды позволяет использовать ее в качестве охлаждающего вещества в промышленности и в быту. К тому же вода является общедоступным и сравнительно дешевым сырьем.

Что же понимается под теплоемкостью? Как известно из курса термодинамики, передача тепла происходит всегда от горячего к холодному телу. При этом речь идет о переходе определенного количества тепла, а температура обоих тел, являясь характеристикой их состояния, показывает направление этого обмена. В процессе металлического тела с водой равной массы при одинаковых исходных температурах металл меняет свою температуру в несколько раз больше воды.

Если принять за постулат основное утверждение термодинамики – из двух тел (изолированных от прочих), при теплообмене одно отдает, а другое получает равное количество тепла, то становится ясно, что у металла и воды совершенно разная теплоемкость.

Таким образом, теплоемкость воды (как и любого вещества) – это показатель, характеризующий способность данного вещества отдавать (или получать) какое-то при остывании (нагреве) на единицу температуры.

Удельной теплоемкостью вещества считается количество тепла, требуемое для того, чтобы нагреть единицу этого вещества (1 килограмм) на 1 градус.

Количество тепла, выделяемое или поглощаемое телом, равно произведению величин удельной теплоемкости, массы и разности температур. Измеряется оно в калориях. Одна калория – именно то количество тепла, которого достаточно, чтобы нагреть 1 г воды на 1 градус. Для сравнения: удельная теплоемкость воздуха – 0.24 кал/г ∙°С, алюминия – 0.22, железа – 0.11, ртути – 0.03.

Теплоемкость воды не является константой. С ростом температуры от 0 до 40 градусов она незначительно снижается (от 1,0074 до 0,9980), тогда как у всех остальных веществ в процессе нагревания эта характеристика растет. Кроме того, она может понижаться с ростом давления (на глубине).

Как известно, вода имеет три агрегатных состояния – жидкое, твердое (лед) и газообразное (пар). При этом удельная теплоемкость льда примерно в 2 раза ниже, чем у воды. В этом – основное отличие воды от других веществ, величины удельной теплоемкости которых в твердом и расплавленном состоянии не меняются. В чем же тут секрет?

Дело в том, что лед имеет кристаллическую структуру, которая при нагревании разрушается не сразу. Вода содержит небольшие частицы льда, состоящие из нескольких молекул и именуемые ассоциатами. При нагревании воды часть расходуется на разрушение водородных связей в этих образованиях. Этим и объясняется необычайно высокая теплоемкость воды. Полностью связи между ее молекулами разрушаются только при переходе воды в пар.

Удельная теплоемкость при температуре 100° С почти не отличается от таковой у льда при 0° С. Это еще раз подтверждает правильность данного объяснения. Теплоемкость пара, как и теплоемкость льда, в настоящее время изучены гораздо лучше, чем воды, в отношении которой ученые до сих пор не пришли к единому мнению.

Удельная теплоёмкость – это энергия, которая требуется для увеличения температуры 1 грамма чистого вещества на 1°. Параметр зависит от его химического состава и агрегатного состояния: газообразное, жидкое или твёрдое тело. После его открытия начался новый виток развития термодинамики, науки о переходных процессах энергии, которые касаются теплоты и функционирования системы.

Как правило, удельная теплоёмкость и основы термодинамики используются при изготовлении радиаторов и систем, предназначенных для охлаждения автомобилей, а также в химии, ядерной инженерии и аэродинамике. Если вы хотите узнать, как рассчитывается удельная теплоёмкость, то ознакомьтесь с предложенной статьёй.

Перед тем, как приступить к непосредственному расчёту параметра следует ознакомиться с формулой и её компонентами.

Формула для расчёта удельной теплоёмкости имеет следующий вид:

Знание величин и их символических обозначений, использующихся при расчёте, крайне важно. Однако необходимо не только знать их визуальный вид, но и чётко представлять значение каждого из них. Расчёт удельной теплоёмкости вещества представлен следующими компонентами:

ΔT – символ, означающий постепенное изменение температуры вещества. Символ «Δ» произносится как дельта.

ΔT = t2–t1, где

  • t1 – первичная температура;
  • t2 – конечная температура после изменения.

m – масса вещества используемого при нагреве (гр).

Q – количество теплоты (Дж/J)

На основании Цр можно вывести и другие уравнения:

  • Q = m*цp*ΔT – количество теплоты;
  • m = Q/цр*(t2 — t1) – массы вещества;
  • t1 = t2–(Q/цp*m) – первичной температуры;
  • t2 = t1+(Q/цp*m) – конечной температуры.

Инструкция по расчёту параметра

  1. Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
  2. Выписать исходные данные.
  3. Подставить их в формулу.
  4. Провести расчёт и получим результат.

В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.

Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:

Выписываем исходные данные:

  • Q = 35 тыс. Дж;
  • m = 480 г;
  • ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.

Берём формулу, подставляем значения и решаем:

с=Q/(m*∆T)=35тыс. Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.

Расчёт

Выполним расчёт C P воды и олова при следующих условиях:

  • m = 500 грамм;
  • t1 =24ºC и t2 = 80ºC – для воды;
  • t1 =20ºC и t2 =180ºC – для олова;
  • Q = 28 тыс. Дж.

Для начала определяем ΔT для воды и олова соответственно:

  • ΔТв = t2–t1 = 80–24 = 56ºC
  • ΔТо = t2–t1 = 180–20 =160ºC

Затем находим удельную теплоёмкость:

  1. с=Q/(m*ΔТв)= 28 тыс. Дж/(500 г *56ºC) = 28 тыс.Дж/(28 тыс.г*ºC) = 1 Дж/г*ºC.
  2. с=Q/(m*ΔТо)=28тыс.Дж/(500 гр*160ºC)=28 тыс.Дж/(80 тыс.г*ºC)=0,35 Дж/г*ºC.

Таким образом, удельная теплоемкость воды составила 1 Дж/г *ºC, а олова 0,35 Дж/г*ºC. Отсюда можно сделать вывод о том, что при равном значении подводимого тепла в 28 тыс. Дж олово нагрется быстрее воды, поскольку его теплоёмкость меньше.

Теплоёмкостью обладают не только газы, жидкости и твёрдые тела, но и продукты питания.

Как рассчитать теплоемкость продуктов питания

При расчёте емкости питания уравнение примет следующий вид:

с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), где:

  • w – количество воды в продукте;
  • p – количество белков в продукте;
  • f – процентное содержание жиров;
  • c – процентное содержание углеводов;
  • a – процентное содержание неорганических компонентов.

Определим теплоемкость плавленого сливочного сыра Viola . Для этого выписываем нужные значения из состава продукта (масса 140 грамм):

  • вода – 35 г;
  • белки – 12,9 г;
  • жиры – 25,8 г;
  • углеводы – 6,96 г;
  • неорганические компоненты – 21 г.

Затем находим с:

  • с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12,9)+(1.928*25,8) + (1.547*6,96)+(0.908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 кДж /кг*ºC.

Всегда помните, что:

  • процесс нагревания металла проходит быстрее, чем у воды, так как он обладает C P в 2,5 раза меньше;
  • по возможности преобразуйте полученные результаты в более высокий порядок, если позволяют условия;
  • в целях проверки результатов можно воспользоваться интернетом и посмотреть с для расчётного вещества;
  • при равных экспериментальных условиях более значительные температурные изменения будут наблюдаться у материалов с низкой удельной теплоёмкостью.

Количество энергии, которое необходимо сообщить 1 г какого либо вещества, чтобы повысить его температуру на 1°С. По определению, для того чтобы повысить температуру 1 г воды на 1°С, требуется 4,18 Дж. Экологический энциклопедический словарь.… … Экологический словарь

удельная теплоёмкость – — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN specific heatSH …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ – физ. величина, измеряемая количеством теплоты, необходимым для нагревания 1 кг вещества на 1 К (см.). Единица удельной темплоёмкости в СИ (см.) на килограмм кельвин (Дж кг∙К)) … Большая политехническая энциклопедия

удельная теплоёмкость – savitoji šiluminė talpa statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat capacity per unit mass; massic heat capacity; specific heat capacity vok. Eigenwärme, f; spezifische Wärme, f; spezifische Wärmekapazität, f rus. массовая теплоёмкость, f;… … Fizikos terminų žodynas

См. Теплоёмкость … Большая советская энциклопедия

удельная теплоёмкость – удельная теплота … Cловарь химических синонимов I

удельная теплоёмкость газа – — Тематики нефтегазовая промышленность EN gas specific heat … Справочник технического переводчика

удельная теплоёмкость нефти – — Тематики нефтегазовая промышленность EN oil specific heat … Справочник технического переводчика

удельная теплоёмкость при постоянном давлении – — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN specific heat at constant pressurecpconstant pressure specific heat … Справочник технического переводчика

удельная теплоёмкость при постоянном объёме – — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN specific heat at constant volumeconstant volume specific heatCv … Справочник технического переводчика

Книги

  • Физические и геологические основы изучения движения вод в глубоких горизонтах , Трушкин В. В.. В целом книга посвящена закону авторегулирования температуры воды с вмещающим телом, открытому автором в 1991 г. В начале книги проведен обзор состояния изученностипроблемы движения глубоких…

формул и примеров нагрева и температуры | Как рассчитать изменение температуры — видео и расшифровка урока

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость имеет решающее значение в соотношении между теплотой и температурой. Формула для удельной теплоемкости может быть записана как

$$c = \frac{Q}{m\Delta T} $$

Обратите внимание, что это просто измененная формула теплоты. Удельная теплоемкость определяется как количество тепла в джоулях, необходимое для повышения температуры одного грамма материала на один кельвин.{-1} {/экв}

Скрытая теплота

Скрытая теплота – это энергия, поглощаемая или выделяемая веществом при изменении его фазы. Скрытая теплота, связанная с плавлением твердого тела или с замерзанием жидкости, известна как скрытая теплота плавления . \circ {/eq}C, пока вся вода не испарится.Температура не продолжает повышаться, даже если добавляется тепловая энергия. Это потому, что энергия поглощается в виде скрытой теплоты парообразования.

Котел с кипящей водой.

Кривая нагрева

Кривая нагрева представляет собой графическое представление изменения температуры при добавлении тепла. Пример кривой нагрева показан на диаграмме ниже.

Диаграмма кривой нагрева, показывающая, как добавленное тепло изменяет температуру.

Кривая отопления имеет несколько важных особенностей. Он начинается с нуля, и по мере добавления тепла температура увеличивается. Далее следует горизонтальная часть или плато. Это означает, что тепло добавляется, но температура остается постоянной. Плато соответствует температуре плавления вещества, при которой присоединенное тепло поглощается в виде скрытой теплоты плавления.

После того, как вещество полностью перешло из твердого состояния в жидкое, температура жидкости начинает повышаться.В конце концов, жидкость начнет кипеть. В этот момент температура остается постоянной, так как тепло поглощается в виде скрытой теплоты парообразования. Таким образом, второе плато соответствует температуре кипения вещества. Когда вся жидкость превратится в газ, температура снова начнет повышаться.

Как рассчитать изменение температуры

После понимания разницы между теплом и температурой важно понять, как рассчитать изменение температуры.\circ {/eq}С? Формула:

$$Q =mc\Delta T $$

Подстановка известных значений в это уравнение дает:

$$Q =(0,25)(4,184)(29-85) $$

Следовательно,

$$Q =-58,6 кДж $$

Изменение формулы теплоты также можно использовать, когда происходят фазовые переходы. Она представлена ​​как сумма скрытой и удельной теплоемкости, так что

$$Q_{tot} = mc\Delta T+ml $$

Итак, какая тепловая энергия требуется для повышения температуры 0,1 кг воды от -12 {экв} ^ \ circ {/экв} C до 112 {экв} ^ \ circ {/экв} C? Для этого необходима удельная теплоемкость льда, воды и пара, а также скрытая теплота плавления и парообразования. 3)+(2,093)(112-100)) $$

Следовательно, общая добавленная тепловая энергия равна:

$$Q_{tot} = 307 кДж $$

Некоторые реакции поглощают или выделяют энергию, что изменяет температура. Эндотермические реакции – это те, которые поглощают тепло, тогда как экзотермические реакции выделяют тепло. Таяние кубиков льда и испарение жидкой воды являются примерами эндотермических реакций. В обоих случаях тепловая энергия поглощается в виде скрытой теплоты. И наоборот, замораживание воды в кубики льда является экзотермической реакцией.

Резюме урока

Тепло и температура , термины, часто используемые взаимозаменяемо, на самом деле описывают две разные величины. Тепло – это энергия, передаваемая от горячего объекта к холодному. Температура – ​​это мера тепла или холода объекта. Эти две величины связаны уравнением удельной теплоемкости, которое задается как {eq}Q=mc\Delta T {/eq}; и уравнение скрытой теплоты в виде {eq}Q=ml {/eq}. Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия. Скрытая теплота — это теплота, необходимая веществу для фазового перехода. При переходе от твердого тела к жидкости это называется скрытой теплотой плавления , а при переходе от жидкости к газу — скрытой теплотой парообразования . Кривая нагрева представляет собой график, описывающий изменение температуры при добавлении тепла. Существуют обстоятельства, при которых теплота добавляется, но температура не меняется, а именно при точках плавления и точках кипения . В этих точках тепло поглощается как скрытое тепло, поэтому график выглядит как горизонтальное плато.

Суммарная добавленная или удаленная энергия при заданном изменении температуры рассчитывается по формуле

{экв}Q_{tot}=mc\Delta T + ml {/экв}.

Удельная теплоемкость – обзор

2.31.2.2.1 Линейное сканирование

Наиболее распространенным режимом работы ДСК является нагрев или охлаждение с постоянной скоростью. Основным результатом такого эксперимента является график зависимости скорости теплового потока от времени. Если известна температура положения образца, то данные также могут быть представлены в виде зависимости скорости теплового потока от температуры.(Следует знать, что обычно измеряется температура вблизи образца, а не температура самого образца.) Типичный пример показан на рис. 2 .

Рисунок 2. Температурный профиль и измеренная скорость теплового потока для (а) пустых кювет, (б) сапфирового калибровочного стандарта (31,3 мг) и (в) исходно аморфного ПЭЭК (29 мг). Скорость нагрева β = 20 К мин -1 .

Данные PerkinElmer Pyris Diamond DSC. Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал.хим. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Из кривых теплового потока, показанных на Рисунок 2 , удельная теплоемкость c p (T) может быть получена следующим образом

[8]cp(T)=cp,sapphire(T) msapphireβmsampleβΦsample(T)−Φempty(T)Φsapphire(T)−Φempty(T)=K(T)Φsample(T)−Φempty(T)msampleβ

с

K(T)=cp,sapphire(T)msapphireβΦsapphire (T)−Φпусто(T)

, где K ( T ) — калибровочный коэффициент, зависящий от температуры, который можно сохранить для использования в будущем. Здесь все измерения собираются с одинаковой скоростью сканирования. Изотермы в начале и в конце сканирования используются для поправки на небольшие изменения тепловых потерь между измерениями пустого стекла, сапфира и образца путем выравнивания этих частей кривых. Небольшие изменения потерь неизбежны, поскольку тепловые свойства, например теплопроводность, образцов различны. С другой стороны, проверка расхода тепла на изотермах позволяет проверить правильность размещения и термоконтактов всех частей измерительной системы, перемещаемых при смене образцов.Особенно высокотемпературная изотерма не должна сильно различаться между последовательными измерениями.

Удельная теплоемкость является наиболее полезной величиной, доступной с помощью ДСК, поскольку она напрямую связана со свойствами образца и, согласно уравнениям [1]–[5], непосредственно связана со стабильностью и порядком. Тем не менее, часто представляется только скорость теплового потока, полученная при измерении одного образца. Есть несколько причин, по которым это не должно быть представлено:

1.

Каждый график теплового потока должен указывать эндотермическое или экзотермическое направление, поскольку направление графика не стандартизировано.

2.

Кривые, измеренные при разных скоростях сканирования, нелегко сравнивать.

3.

Если не разделить на массу образца, кривые для разных образцов нельзя сравнивать.

4.

Если измерения пустой чаши не вычитаются, кривые могут быть кривыми, и построение базовой линии для интегрирования пиков может быть затруднено.

5.

Если калибровочный коэффициент теплового потока K ( T ) зависит от температуры, полученная теплота плавления и другие подобные параметры могут быть ошибочными.

Выполнение поправок (3)–(5) дает удельную теплоемкость согласно уравнению [8]. Поскольку большинство программных пакетов ДСК включают определение удельной теплоемкости по уравнению [8], настоятельно рекомендуется определять удельную теплоемкость, а не представлять кривые теплового потока. Хотя предпочтительнее представлять данные об удельной теплоемкости, могут быть причины не делать этого. Нормализация кривой теплового потока по скорости сканирования и массе образца может привести к «псевдо измерениям c p », которые можно использовать для определения зависящей от температуры кристалличности и других величин, как показано в ссылке 8.Но есть еще один очень сильный аргумент в пользу представления удельной теплоемкости, а не «псевдо c p » или скорости теплового потока. Для более чем 200 полимеров данные об удельной теплоемкости от 0 до 1000 К доступны в банке данных ATHAS (ATHAS-DB). 36 Данные можно использовать для сравнения измеренных данных в стеклообразном или жидком состоянии с рекомендуемыми значениями. Это позволяет легко проверить качество измеренных данных, хотя следует иметь в виду, что точность рекомендуемых данных банка данных составляет всего около 6%. На рис. 3 показана удельная теплоемкость (согласно уравнению [8]), рассчитанная по данным, показанным на рис. 2 .

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости от температуры для исходно аморфного образца PEEK. Данные с Рисунок 2 . Справочные данные (прямые линии) для полностью аморфного (жидкого) и кристаллического (твердого) ПЭЭК доступны в базе данных ATHAS-DB. 36

Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал. хим. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Более подробное обсуждение оценки кривых, показанных в Рис. 3 , дано в ссылке 35.

Помимо сканирующих измерений при нагреве, ДСК позволяет проводить охлаждение в широком диапазоне скоростей охлаждения. В зависимости от прибора и интересующего температурного диапазона может быть достигнута скорость охлаждения до 750 К мин -1 (HyperDSC™ PerkinElmer, США). 20,37–39 Но, как правило, диапазон температур для контролируемого охлаждения при самых высоких скоростях ограничен.Измерения, проводимые в широком диапазоне скоростей нагрева или охлаждения, требуют оптимизации условий эксперимента. Масса образца должна масштабироваться обратно пропорционально скорости сканирования. При низких скоростях, когда тепловая задержка не является проблемой, масса образца должна быть высокой, чтобы иметь хорошее отношение сигнал/шум. При высоких скоростях, когда сигналы велики, масса образца должна быть небольшой, чтобы свести к минимуму тепловой поток к образцу, который пропорционален скорости и вызывает тепловую задержку. Были тщательно изучены проблемы, связанные с тепловой задержкой, температурной калибровкой и воспроизводимостью в экспериментах по быстрому сканированию ДСК, и были даны адекватные рекомендации. 37,40,41 На рис. 4 показаны кривые охлаждения в диапазоне кристаллизации полиэтилена низкой плотности (ПЭ). При скоростях выше 200 К мин -1 управляемое охлаждение до 100°C было невозможно из-за ограниченной охлаждающей способности используемого механического промежуточного охладителя. Если необходимы более высокие скорости охлаждения, необходимо использовать жидкий азот. Для более низких скоростей сканирования, показанных на рис. 4 , масса образца должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить хорошее отношение сигнал/шум.При более высоких скоростях большой образец (4 мг) вызывает некоторое термическое отставание, как обсуждалось в учебниках и ссылках 37, 40 и 42. Это также видно по уширению пика кристаллизации при 20 К мин –1  по сравнению с с образцом 0,4 мг при той же скорости охлаждения. Данные, показанные на рис. 4 , предоставляют информацию о кинетике кристаллизации и могут быть проанализированы с использованием различных кинетических моделей. 43–48

Рис. 4. Кривые охлаждения в области кристаллизации ПЭ низкой плотности.Образцы имеют массу 4 мг в алюминиевом противне на 25 мг для скоростей охлаждения до -20 К мин -1 и массы 0,4 мг в алюминиевой фольге на 2 мг для более высоких скоростей охлаждения. Теплоемкость отложена вниз.

Данные PerkinElmer Pyris 1 DSC. Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал. хим. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Как показано на рис. 4 , DSC имеет широкий динамический диапазон, который может быть расширен как минимум на 1 порядок в сторону более низких скоростей; таким образом, он покрывает 3 порядка.Расширение на несколько порядков в сторону более высоких скоростей обсуждается в разделе 2.31.3.2. Возможность достаточно быстрого охлаждения образца позволяет исследовать структурообразование в далеко неравновесных ситуациях, таких как «квази»-изотермическая кристаллизация при глубоком переохлаждении.

Расчет теплообмена в замкнутой системе

В физике можно рассчитать, сколько тепловой энергии требуется, чтобы поднять объект определенной массы на определенную температуру — все, что вам нужно, это удельная теплоемкость объекта.

При заданной температуре разные материалы могут удерживать разное количество тепловой энергии. Например, если вы нагреете картофель, он сможет удерживать тепло дольше (о чем может свидетельствовать ваш язык), чем более легкий материал, такой как сладкая вата. Почему? Потому что картофель сохраняет больше тепловой энергии при заданном изменении температуры; следовательно, для охлаждения картофеля требуется больше тепла, чем необходимо для охлаждения сладкой ваты. Мера того, сколько теплоты требуется для повышения температуры тела данной массы на заданное число градусов, называется его удельной теплоемкостью .

Предположим, вы видите, как кто-то варит кофе. Вы отмеряете ровно 1,0 кг заваренного кофе в кастрюле, а затем переходите к реальным измерениям. Вы узнаете, что вам нужно 4186 джоулей тепловой энергии, чтобы поднять температуру кофе на 1 градус Цельсия, но вам нужно всего 840 джоулей, чтобы поднять 1,0 кг стекла на 1 градус Цельсия; кофе и стекло имеют разную удельную теплоемкость. Тепловая энергия переходит в нагреваемое вещество, которое сохраняет ее как внутреннюю энергию до тех пор, пока она снова не вытечет наружу.( Примечание: Если вам нужно 4186 джоулей, чтобы поднять 1,0 кг кофе на 1 градус Цельсия, вам потребуется вдвое больше, 8372 джоуля, чтобы поднять 2,0 кг кофе на 1 градус Цельсия или поднять 1,0 кг кофе на 2 градусов Цельсия. )

Следующее уравнение связывает количество тепла, необходимое для повышения температуры объекта, с изменением температуры и количеством задействованной массы:

Здесь Q — количество тепловой энергии, переданной объекту (измеряется в джоулях, если используется система МКС, или метр-килограмм-секунда), м — масса объекта,

(измеряется в градусах Цельсия или Кельвина), а c — это константа, называемая удельной теплоемкостью , , которая измеряется в джоулях на килограмм-градус Цельсия,

Обычно физики рассчитывают удельную теплоемкость путем экспериментов, поэтому большинство задач дают вам c или отсылают вас к таблице значений удельной теплоемкости для различных материалов.

Вы можете использовать уравнение теплопроводности, чтобы узнать, как изменяется температура, когда вы смешиваете жидкости с разными температурами. Предположим, у вас в чашке 45 граммов кофе, но он остыл, пока вы вычисляли удельную теплоту кофе. Вы звоните своему хозяину. Кофе 45 градусов по Цельсию, но тебе нравится при 65 градусах по Цельсию. Хозяин встает, чтобы налить еще. «Одну минутку», — говорите вы. «Кофе в кофейнике имеет температуру 95 градусов по Цельсию. Подождите, пока я точно посчитаю, сколько вам нужно налить.

Следующее уравнение представляет потери тепла новой массой кофе, м 1 :

А вот и тепло, полученное существующим кофе, массой м 2 :

Если предположить, что у вас есть суперизолирующая кофейная кружка, никакая энергия не выходит из системы наружу, и, поскольку энергия не может быть создана или уничтожена, энергия сохраняется внутри такой закрытой системы; следовательно, тепло, потерянное новым кофе, равно теплу, полученному существующим кофе, поэтому

Следовательно, можно сказать следующее:

см см 1 ( T T T T 1,0 ) = – см 2 ( T T 2,0 )

Разделив обе части на удельную теплоту кофе, c и подставив числа, вы получите следующее:

Вам нужно 0. 03 килограмма или 30 граммов. Удовлетворенный, вы откладываете калькулятор и говорите: «Дайте мне ровно 30 граммов этого кофе».

1.4 Теплопередача, удельная теплоемкость и калориметрия – общая физика с использованием исчисления I

OpenStax и Паула Эррера-Сиклоди

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объяснять явления, связанные с теплом как формой передачи энергии
  • Решение задач, связанных с теплопередачей

В предыдущих главах мы видели, что энергия является одним из фундаментальных понятий физики. Тепло — это тип передачи энергии, вызванный разницей температур, который может изменить температуру объекта. Как мы узнали ранее в этой главе, теплопередача — это перемещение энергии из одного места или материала в другое в результате разницы температур. Теплопередача имеет основополагающее значение для таких повседневных действий, как отопление дома и приготовление пищи, а также для многих промышленных процессов. Он также формирует основу для тем в оставшейся части этой главы.

Мы также вводим понятие внутренней энергии, которая может быть увеличена или уменьшена за счет передачи тепла.Обсудим еще один способ изменения внутренней энергии системы, а именно совершение над ней работы. Таким образом, мы начинаем изучение взаимосвязи теплоты и работы, лежащей в основе двигателей и холодильников и центральной темы (и происхождения названия) термодинамики.

Тепловая система имеет внутреннюю энергию (также называемую тепловой энергией), которая представляет собой сумму механических энергий ее молекул. Внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре. Как мы видели ранее в этой главе, если два объекта с разными температурами соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта к более холодному до тех пор, пока тела не достигнут теплового равновесия (то есть они не будут иметь одинаковую температуру).Ни один из объектов не совершает никакой работы, потому что никакая сила не действует на расстоянии (как мы обсуждали в разделе «Работа и кинетическая энергия»). Эти наблюдения показывают, что тепло передается спонтанно из-за разницы температур. На рис. 1.9 показан пример передачи тепла.

 

 

Рисунок 1.9 (a) Здесь безалкогольный напиток имеет более высокую температуру, чем лед, поэтому они не находятся в тепловом равновесии. (b) Когда безалкогольному напитку и льду дают возможность взаимодействовать, тепло передается от напитка ко льду из-за разницы температур до тех пор, пока они не достигнут одной и той же температуры, T’ , достигая равновесия.Фактически, поскольку безалкогольный напиток и лед находятся в контакте с окружающим воздухом и скамейкой, конечная равновесная температура будет такой же, как и температура окружающей среды.

Значение слова «тепло» в физике отличается от его обычного значения. Например, в разговоре мы можем сказать «жара была невыносимой», но в физике мы бы сказали, что температура была высокой. Тепло — это форма потока энергии, а температура — нет. Между прочим, люди чувствительны к тепловому потоку , а не к температуре. \circ\text{C}[/латекс]. Поскольку массу чаще всего указывают в килограммах, удобно использовать килокалории. Как ни странно, пищевые калории (иногда называемые «большими калориями», сокращенно Cal) на самом деле являются килокалориями, и этот факт нелегко определить по маркировке на упаковке.

Также можно изменить температуру вещества, совершая работу, которая передает энергию в систему или из нее. Это осознание помогло установить, что тепло является формой энергии. Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) провел множество экспериментов, чтобы установить механический эквивалент теплоты работу, необходимую для получения тех же эффектов, что и передача тепла .\circ\text{C}[/латекс].)

На рис. 1.10 показана одна из самых известных экспериментальных установок Джоуля для демонстрации того, что работа и теплота могут производить одинаковые эффекты, и для измерения механического эквивалента теплоты. Это помогло установить принцип сохранения энергии. Гравитационная потенциальная энергия ( U ) была преобразована в кинетическую энергию ( K ), а затем рандомизирована за счет вязкости и турбулентности в увеличенную среднюю кинетическую энергию атомов и молекул в системе, что привело к повышению температуры.Вклад Джоуля в термодинамику был настолько значителен, что его именем была названа единица измерения энергии в системе СИ.

 

Рис. 1.10 Эксперимент Джоуля установил эквивалентность теплоты и работы. По мере того, как массы опускались, они заставляли лопасти совершать работу, [латекс]W=mgh[/латекс], на воде. Результатом было повышение температуры [латекс] {\ дельта} Т [/латекс], измеренное термометром. Джоуль обнаружил, что [латекс] {\ Delta} T [/ латекс] пропорционален W, и, таким образом, определил механический эквивалент тепла.

Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи дает тот же результат, что и увеличение ее за счет совершения работы. Поэтому, хотя система имеет вполне определенную внутреннюю энергию, мы не можем сказать, что она имеет определенное «теплосодержание» или «содержание работы». Четко определенная величина, которая зависит только от текущего состояния системы, а не от истории этой системы, называется переменной состояния. Температура и внутренняя энергия являются переменными состояния. Подводя итог этому абзацу, теплота и работа не являются переменными состояния .

Между прочим, увеличение внутренней энергии системы не обязательно приводит к увеличению ее температуры. Как мы увидим в следующем разделе, температура не меняется при переходе вещества из одной фазы в другую. Примером может служить таяние льда, которое может быть достигнуто за счет добавления тепла или выполнения работы трения, например, когда кубик льда трется о шероховатую поверхность.

Мы уже отмечали, что теплообмен часто вызывает изменение температуры. Эксперименты показывают, что без фазового перехода и работы, совершаемой над системой или системой, переданное тепло обычно прямо пропорционально изменению температуры и массе системы в хорошем приближении.(Ниже мы покажем, как поступать в ситуациях, когда аппроксимация недействительна. ) Константа пропорциональности зависит от вещества и его фазы, которая может быть газом, жидкостью или твердым телом. Мы опускаем обсуждение четвертой фазы, плазмы, потому что, хотя это самая распространенная фаза во Вселенной, она редка и недолговечна на Земле.

Мы можем понять экспериментальные факты, заметив, что переданное тепло есть изменение внутренней энергии, которая представляет собой полную энергию молекул.В типичных условиях полная кинетическая энергия молекул [латекс]К_\текст{общая}[/латекс] представляет собой постоянную долю внутренней энергии (по причинам и с исключениями, которые мы увидим в следующей главе). Средняя кинетическая энергия молекулы [латекс]К_\текст{аве}[/латекс] пропорциональна абсолютной температуре. Следовательно, изменение внутренней энергии системы обычно пропорционально изменению температуры и количеству молекул N . Математически [латекс]{\Delta}U \propto \Delta K_\text{total} = N K_\text{ave} \propto N{\Delta}T[/latex] Зависимость от вещества в значительной степени возникает из-за различные массы атомов и молекул. Мы рассматриваем его теплоемкость с точки зрения массы, но, как мы увидим в следующей главе, в некоторых случаях теплоемкость на молекулу одинакова для разных веществ. Зависимость от вещества и фазы возникает также из-за различий в потенциальной энергии, связанных с взаимодействиями между атомами и молекулами.

Практическая аппроксимация взаимосвязи между теплопередачей и изменением температуры:

Q=mcΔT, Q=mcΔT,

, где Q — обозначение теплопередачи («количество теплоты»), m — масса вещества, а [латекс] {\Delta}T[/латекс] — изменение температуры.{\ circ} C) [/латекс]. (Напомним, что изменение температуры [латекс]{\Delta}T[/латекс] одинаково в единицах Кельвина и градусах Цельсия.)

Значения удельной теплоемкости, как правило, должны быть измерены, поскольку не существует простого способа их точного расчета. В таблице 1.3 приведены репрезентативные значения удельной теплоемкости для различных веществ. Из этой таблицы мы видим, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в 10 раз больше, чем у железа, значит, для повышения температуры воды на заданную величину требуется в пять раз больше теплоты, чем для стекла, и в 10 раз столько же, сколько и для железа. \circ \text{C}[/латекс]) 3500 0.\circ \text{C}[/латекс]) 2090 0,50 Железо, сталь 452 0,108 Свинец 128 0,0305 Серебро 235 0,0562 Дерево 1700 0,40 Жидкости Бензол 1740 0,415 Этанол 2450 0.\circ\text{C})[/латекс] 4186 1.000 Газы Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242) Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523) Углекислый газ 638 (833) 0,152 (0,199) Азот 739 (1040) 0,177 (0,248) Кислород 651 (913) 0. \circ\text{C})[/латекс] 1520 (2020) 0,363 (0,482)

В общем случае удельная теплоемкость также зависит от температуры. Таким образом, точное определение c для вещества должно быть дано в терминах бесконечно малого изменения температуры. Для этого заметим, что [latex]c = \frac{1}{m}\frac{{\Delta}Q}{{\Delta}T}[/latex] и заменим [latex]\Delta[/latex ] с д :

c=1mdQdT.c=1mdQdT.

За исключением газов, зависимость удельной теплоемкости большинства веществ от температуры и объема при нормальных температурах слабая.\circ\text{C}[/латекс]. а) Какое количество тепла потребуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (b) кастрюли и (c) воды?

Стратегия
Можно предположить, что кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и сковороды повышается на одинаковую величину. Воспользуемся уравнением теплообмена при заданном изменении температуры и массы воды и алюминия. Удельные теплоемкости воды и алюминия приведены в табл. 1.{3}[/latex], 1 л воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 л воды равна [latex]m_w = {0,250} \text{ кг}[/latex].

  • Рассчитайте теплоту, переданную воде. Используйте удельную теплоемкость воды из таблицы 1.3:
    Qw=mwcwΔT=(0,250 кг)(4186 Дж/кг°C)(60,0°C)=62,8 кДж. Qw=mwcwΔT=(0,250 кг)(4186 Дж/кг°C) (60,0°С)=62,8 кДж.
  • Рассчитайте тепло, переданное алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия из таблицы 1.3:
    QAl=mA1cA1ΔT=(0,500 кг)(900 Дж/кг°C)(60,0°C)=27,0 кДж.QAl=mA1cA1ΔT=(0,0.500 кг)(900 Дж/кг°С)(60,0°С)=27,0 кДж.
  • Найдите общее переданное тепло:
    QTotal=QW+QAl=89,8 кДж. QTotal=QW+QAl=89,8 кДж.
  • Значение
    В этом примере тепло, переданное контейнеру, составляет значительную долю от общего количества переданного тепла. Хотя масса кастрюли в два раза больше массы 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, чем для алюминиевой кастрюли.

    Пример 1.6 иллюстрирует повышение температуры, вызванное выполнением работы. (Результат такой же, как если бы такое же количество энергии было добавлено с помощью паяльной лампы, а не механически.)

    Вычисление увеличения температуры по работе, проделанной над веществом
    Тормоза грузовых автомобилей, используемые для контроля скорости на спуске, выполняют работу, преобразуя потенциальную энергию гравитации в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала (рис. 1.11). Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика.Поскольку масса грузовика намного больше, чем масса тормозного материала, поглощающего энергию, повышение температуры может происходить слишком быстро для передачи достаточного количества тепла от тормозов в окружающую среду; другими словами, тормоза могут перегреться.

    Рисунок 1.11 Дымящиеся тормоза на тормозной тележке являются видимым свидетельством механического эквивалента тепла. \circ {C}[/латекс], если материал сохраняет 10% энергии от 10000-килограммовый грузовик снижается 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

    Стратегия
    Мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию (Mgh), которую теряет весь грузовик при спуске, приравниваем ее к увеличению внутренней энергии тормозов, а затем находим повышение температуры только в тормозном материале.

    Решение
    Сначала рассчитаем изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика под уклон:

    Mgh=(10 000 кг)(9,80 м/с2)(75,0 м)=7.35×106 Дж·м·ч=(10 000 кг)(9,80 м/с2)(75,0 м)=7,35×106 Дж.

    Поскольку кинетическая энергия грузовика не меняется, закон сохранения энергии говорит нам о том, что потерянная потенциальная энергия рассеивается, и мы предполагаем, что 10% ее передается внутренней энергии тормозов, поэтому примем [латекс]Q = Mgh/ 10[/латекс]. Затем мы вычисляем изменение температуры от переданного тепла, используя

    ΔT=Qmc, ΔT=Qmc,

    , где м — масса тормозного материала. Вставьте данные значения, чтобы найти

    ΔТ=7.35×105 Дж(10 кг)(800 Дж/кг°С)=92°С. ΔT=7,35×105 Дж(10 кг)(800 Дж/кг°С)=92°С.

    Значение
    Если бы грузовик некоторое время находился в движении, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, очень сильно повысит температуру тормозного материала, поэтому этот метод нецелесообразен. Вместо этого грузовик будет использовать технику торможения двигателем. Другая идея лежит в основе новейших технологий гибридных и электрических автомобилей, в которых механическая энергия (кинетическая и гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию в аккумуляторе. Этот процесс называется рекуперативным торможением.

    В обычной задаче объекты с разной температурой соприкасаются друг с другом, но изолированы от всего остального, и им позволяют прийти в равновесие. Контейнер, предотвращающий передачу тепла внутрь или наружу, называется калориметром , а использование калориметра для проведения измерений (обычно теплоты или удельной теплоемкости) называется калориметрией .

    Мы будем использовать термин «калориметрическая задача» для обозначения любой задачи, в которой рассматриваемые объекты термически изолированы от своего окружения.Важной идеей при решении задач калориметрии является то, что при теплообмене между объектами, изолированными от их окружения, тепло, получаемое более холодным объектом, должно равняться теплу, теряемому более горячим объектом, из-за сохранения энергии:

    Qхолодная+Qгорячая=0.Qхолодная+Qгорячая=0.

    Мы выражаем эту идею, написав, что сумма теплот равна нулю, потому что полученное тепло обычно считается положительным; потерянное тепло, отрицательный.

    Расчет конечной температуры в калориметрии
    Предположим, вы наливаете 0.\circ\text{C}[/латекс]. Предположим, что передача тепла чему-либо еще не происходит: кастрюля помещается на изолированную подушку, и передачей тепла воздуху пренебрегают в течение короткого времени, необходимого для достижения равновесия. Таким образом, это проблема калориметрии, хотя изолирующий контейнер не указан. \circ\text{C}) .\circ\text{C}[/латекс]? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает меньшее изменение температуры при заданной теплопередаче. Большому водоему, такому как озеро, требуется большое количество тепла, чтобы заметно повысить его температуру. Это объясняет, почему температура озера остается относительно постоянной в течение дня даже при больших изменениях температуры воздуха. Однако температура воды меняется в течение более длительного времени (например, с лета на зиму).3[/латекс]. Константа 321 K называется температурой Дебая NaCl, [латекс]{\Theta}_\text{D}[/latex], и формула хорошо работает, когда [латекс]T 0,04{\Theta}_\text {D}[/латекс]. Используя эту формулу, сколько тепла потребуется, чтобы поднять температуру 24,0 г NaCl с 5 до 15 К? Раствор

    Поскольку теплоемкость зависит от температуры, нам нужно использовать уравнение

    [латекс]c = \frac{1}{m}\frac{dQ}{dT} . {T_2} cdT .{15K} = 30,2 Дж .[/латекс]

    Значение
    Если бы мы использовали уравнение [латекс]Q=mc{\Delta}T[/латекс] и удельную теплоемкость соли при комнатной температуре, [латекс]880\текст{Дж/кг} \cdot \ text{K}[/latex], мы получили бы совсем другое значение.

     

    Количество теплоты и теплопередача

     

     

     


     

    Количество теплоты и теплопередача

     

    Следующий текст используется только для обучения, исследований, научных исследований, использования в образовательных и информационных целях в соответствии с принципами добросовестного использования.

    Мы благодарим авторов текстов и исходный веб-сайт, которые дают нам возможность поделиться своими знаниями

    Физика

     

     

    Тепло – это форма энергии , которая может вызвать повышение температуры при ее добавлении или понижение температуры при ее изъятии.

     

    Удельная теплоемкость* вещества – это тепловая энергия, необходимая для изменения одного килограмма вещества на один кельвин.
    Символ для удельной теплоемкости равен c.


    Его единица измерения: Джоуль на килограмм на кельвин (Дж кг-1 К-1).

    Изменение тепловой энергии = (масса) (удельная теплоемкость) (изменение температуры)

    rq (обозначает изменение температуры) произносится как «дельта тета»*
    См. рабочие задачи 1–4 на стр. 160/161, затем попробуйте ответить на вопросы 4–11 на стр. 162.

    Нагреватели для хранения

    • В электронагревателе кирпичи с высокой удельной теплоемкостью нагреваются в течение ночи за счет пропускания электрического тока через нагревательную спираль в кирпичах. Кирпичи окружены изоляцией.
    • Кирпичи топят ночью, когда электричество дешевле.
    • Система закрыта, но имеет крышку, которую можно открыть для отвода тепла при необходимости.
    • В течение дня кирпичи медленно отдают свое тепло, тем самым обогревая помещение.
    • Поскольку кирпичи обладают высокой удельной теплоемкостью, они могут поглощать большое количество тепла без значительного повышения температуры, поэтому не возвращаются в окружающую среду.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Скрытая теплота


    График зависимости температуры от времени для воды: Кривая скрытого тепла:*
    В точках плавления и кипения поглощаемая энергия используется для изменения состояния вещества, а не для повышения температуры.
    Как только все вещество изменило свое состояние, температура снова начинает расти.

     

    Удельная латентная способность плавления (lf) вещества – это количество тепловой энергии, необходимое для превращения 1 кг вещества из твердого состояния в жидкое без изменения температуры.

     

    Удельная латентная способность испарения (lv) вещества – это количество тепловой энергии, необходимое для превращения 1 кг вещества из жидкости в газ без изменения температуры.

     

    Единицей удельной скрытой теплоты является Джоуль на килограмм (Джкг-1).
    Обратите внимание, что в этой единице измерения нет ссылки на Кельвин.
    Это потому, что нет изменения температуры.

     

    Формула для скрытой теплоты
    Теплота, необходимая для изменения состояния = масса × удельная скрытая теплота

     

     

    Тепловой насос — это устройство, которое извлекает имеющееся тепло из одной области и передает его в другую для обогрева или охлаждения внутреннего пространства.
    Примеры:                                         1. Холодильник*                     2. Потение*.

     

    Теплообмен*
    Три метода теплопередачи:        1. Теплопроводность             2. Конвекция             3. Излучение

    1. Проводимость – это движение тепловой энергии через вещество путем передачи молекулярной вибрации от молекулы к молекуле без какого-либо общего движения вещества.
    Ожидается, что вы сможете продемонстрировать, как сравнивать скорости проводимости через различные твердые тела (Junior Cert)

    .

    Значение U*
    Коэффициент теплопередачи дома является мерой скорости потери тепла в окружающую среду.

    U-значения используются в бытовых ситуациях, чтобы дать представление о том, насколько хорошо материал (крыша, стены, плитка и т. д.) пропускает (проводит) тепло через себя.
    U-значения являются мерой проводимости вещества, т.е.е. структура, которая является хорошим изолятором, имеет низкое U-значение.
    Значение U конструкции представляет собой количество тепловой энергии, проводимой в секунду через 1 квадратный метр этой конструкции, когда между ее концами поддерживается разница температур в 10°C.

    2. Конвекция — это передача тепла через жидкость посредством циркулирующих потоков жидкости, вызванных теплом.
    Поскольку горячая вода расширяется, она имеет меньшую плотность, чем более холодная вода, и поэтому поднимается вверх.
    Этот принцип используется в системах горячего водоснабжения и отопления.

    3. Излучение — это перенос тепловой энергии из одного места в другое в виде электромагнитных волн.

     

    Выходной сертификат Обязательные эксперименты:
    Измерение удельной теплоемкости воды
    Измерение удельной скрытой теплоты плавления льда
    Измерение удельной скрытой теплоты испарения воды

    ЭТО ВСЕ ЛЮДИ!!

     

    Выпускной сертификационный курс по физике

    Содержание

    Глубина обработки

    Деятельность

    СТС

     

     

     

     

    Теплота как форма энергии, вызывающая повышение температуры при добавлении или понижение температуры при ее отводе.

     

     

    КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА

     

     

     

    1. Теплоемкость, удельная теплоемкость

    Определения и единицы.

    Соответствующие расчеты.

    Накопительные нагреватели.

    2. Скрытая теплоемкость, удельная скрытая теплоемкость.

    Определения и единицы.

    Соответствующие расчеты.

    Тепловой насос, напр. холодильник, пот.

    ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

     

     

     

    1. Проводка

    Качественное сравнение скоростей проводимости через твердые тела.

    Простые эксперименты.

    Коэффициент теплопередачи; использовать в бытовых ситуациях.

    2. Конвекция

     

    Простые эксперименты.

    Бытовые системы горячего водоснабжения и отопления.

    3.Радиация

    Солнечное излучение.

    Простые эксперименты.

    Повседневные примеры.
    Солнечное отопление.

    ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ ВОДЫ

    АППАРАТЫ
    Электропитание, джоульметр, нагревательный змеевик, калориметр, термометр, электронные весы.

    ДИАГРАММА

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    ПРОЦЕДУРА

    • Найдите массу воды, сначала измерив массу пустого калориметра, затем массу калориметра с водой и вычтя одно из другого.
    • Установите прибор, как показано на схеме (с источником питания, подключенным к джоульметру).
    • Запишите начальную температуру воды (мы предполагаем, что это та же температура, что и на калориметре).
    • Включите питание и подождите, пока температура воды поднимется примерно на 10 градусов.
    • Отключите питание.
    • Запишите показания джоульметра и конечную температуру воды (и калориметра).
    • Рассчитайте удельную теплоемкость воды (cwater), используя уравнение:

     

    Подведенная энергия = (mcΔθ)кал + (mcΔθ)вода

    , где Δθ — изменение температуры, а ccal известна.
    ******************************************************* ****************
    РЕЗУЛЬТАТЫ
    Масса калориметра:
    Масса калориметра + вода:
    Масса воды:
    Начальная температура воды (и калориметр):
    Конечная температура воды (и калориметр):
    Изменение температуры Δθ:
    Показание джоульметра:

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ
    Теоретическое значение удельной теплоемкости воды = 4200 Дж·кг–1·К–1.Мы получили ответ 7.
    Заключение? Мне нужно начать копировать свои ответы у кого-то другого.

    ИСТОЧНИКИ ОШИБКИ

    • Тепло может передаваться или отдаваться окружающей среде.
    • Если используется ртутный термометр, он может быть точным только до ближайшего градуса.

    МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

    • Убедитесь, что нагревательный элемент покрыт водой во избежание потери тепловой энергии.
    • Убедитесь, что калориметр хорошо изолирован, чтобы избежать потери тепловой энергии.
    • Перемешивайте воду на протяжении всего эксперимента, чтобы показания термометра отражали подведенное тепло.
    • Используйте чувствительный термометр с делениями 0,1 или 0,2 градуса. Ошибка 1 град. в 10 большая ошибка в процентах.
    • Убедитесь, что температура в помещении находится посередине между начальной и конечной температурами воды.

    ПРИМЕЧАНИЕ
    Чего вам не говорят в учебнике, так это того, что все эти «тепловые» эксперименты заведомо неточны из-за потери тепла.Лично я считаю, что все в пределах 33% от правильного значения — это здорово. Но тогда я никогда не был хорош в физике.

    ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА

    АППАРАТ : Лед, вода, калориметр, футеровка, мензурки, кухонная бумага, термометр и электронные весы.

    ДИАГРАММА:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    ПРОЦЕДУРА

    • Поместите несколько кубиков льда в стакан с водой и продолжайте измерять температуру с помощью термометра, пока смесь льда и воды не достигнет 0 °C.
    • Найдите массу калориметра.
    • Наполните калориметр водой наполовину.
    • Найдите общую массу калориметра и водяного льда. Массу воды можно рассчитать вычитанием.
    • Найдите массу стакана и его содержимого. Массу льда можно рассчитать вычитанием.
    • Запишите начальную температуру (θнач) калориметра плюс вода.
    • Растолочь немного льда и тщательно высушить его промокательной бумагой или фильтровальной бумагой.
    • Добавьте кусочки сухого колотого льда в калориметр. Делайте это до тех пор, пока температура воды не упадет примерно на 10 °C.
    • Запишите самую низкую достигнутую температуру (θfinal)
    • Используйте приведенную ниже формулу для расчета значения скрытой теплоты плавления льда.

    РЕЗУЛЬТАТЫ
    Масса калориметра:
    Масса калориметра плюс вода:
    Комнатная температура:
    Температура льда:
    Начальная температура воды (θнач. ):
    Конечная температура воды (θfinal):
    Масса калориметра плюс вода плюс лед:

    РАСЧЕТЫ
    Повышение температуры льда (θΔталого льда) = θконечная – 0 °C.. . . . . . . . . .
    Падение температуры калориметра (Δθcal) = θначальное – θконечное. . . . . . . . . . . .
    Падение температуры воды (Δθвода) = θначальная – θконечная. . . . . . . . . . . .
    Масса воды:
    Масса льда:
    Теперь у нас есть
    Тепло, потерянное калориметром + тепло, потерянное водой = теплота, полученная при превращении льда в воду + теплота, полученная талым льдом

    (mcΔθ)cal       +         (mcΔθ)вода   =        (мл)лед                        +         +        

     

    ЗАКЛЮЧЕНИЕ
    Теоретическое значение удельной скрытой теплоты плавления льда равно 3.3 × 105 Дж кг-1. Мы получили значение 7, поэтому очевидно, что либо теория дерьмовая, либо мне нужен новый партнер по лаборатории.

    МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ

    • Перед добавлением в калориметр убедитесь, что лед высох (промакните его папиросной бумагой).
    • В начале эксперимента используйте подогретую воду (примерно на 10 градусов выше комнатной температуры), чтобы в среднем тепло не отдавалось и не отводилось от окружающей среды. Это также помогает льду таять быстрее, ускоряя эксп.
    • Используйте калориметр с хорошей изоляцией, чтобы избежать потери или поступления тепла в окружающую среду.
    • Хорошо перемешайте и запишите самую низкую температуру, когда весь лед растает.

    ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ СКРЫТОЙ ТЕПЛОТЫ ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ

    АППАРАТ
    Калориметр, химический стакан, коническая колба, конденсатоотводчик, штатив для реторты, источник тепла, термометр, электронные весы.

    СХЕМА

     

     

     

     

    ПРОЦЕДУРА

    • Найдите массу калориметра.
    • Наполните калориметр водой наполовину.
    • Найдите массу воды плюс калориметр и вычитанием найдите массу воды.
    • Запишите температуру калориметра плюс исходная θвода
    • Кипятите воду в колбе до тех пор, пока из напорной трубки не пойдет пар.
    • Дайте сухому пару пройти в воду в калориметре до тех пор, пока температура не поднимется примерно на 20 °C, затем извлеките из воды трубку подачи пара.
    • Запишите конечную температуру θfinal калориметра плюс вода плюс конденсированный пар.
    • Найдите массу калориметра плюс вода плюс сконденсировавшийся пар и путем вычитания найдите массу сконденсированного пара.

    РЕЗУЛЬТАТЫ
    Масса калориметра……………………………..=
    Масса калориметра плюс холодная вода……………………………….=
    Начальная температура воды…………………=
    Температура пара……………………. …….=
    Конечная температура воды …………………. =
    Конечная масса парового калориметра плюс вода плюс пар ……………………………….. =

    РАСЧЕТЫ
    Масса холодной воды……………………………..=
    Масса пара …………………………………………=
    Δθконденсированный_пар = . . . . . . . .
    Δθкал = .. . . . . . . . . . . .
    Δθвода = . . . . . . . . . .
    Энергия, потерянная паром + энергия, потерянная при охлаждении сконденсированного пара = энергия, полученная калориметром + энергия, полученная водой
    mlsteam                        +          mcΔθcondensed_steam         =         mcΔθcal                 +          mcΔθwater

    ВЫВОД:
    Теоретическое значение скрытой теплоты парообразования воды равно 2,26·106 Дж/кг; мы получили ответ 7.Поэтому мы делаем вывод, что этот эксперимент отстой.

    МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ:

    • Убедитесь, что в воду калориметра попадает только пар (не вода). Используйте «пароуловитель» (на самом деле он задерживает воду), если он доступен
    • .
    • Используйте наклонную изолированную трубу в качестве альтернативной трубы подачи сухого пара. Это избавляет от необходимости использовать конденсатоотводчик.
    • Если воду в калориметре сначала охладить до температуры на 10 °C ниже комнатной, а затем нагреть до температуры на 10 °C выше комнатной, теплопритоки и теплопотери примерно компенсируют друг друга.
    • Используйте калориметр с хорошей изоляцией, чтобы избежать потери или поступления тепла в окружающую среду
    • Тщательно перемешайте и запишите максимальную температуру, когда пар перестанет пузыриться в воде.

     

    Дополнительный кредит


    * Удельная теплоемкость


    Неважно, нагревается объект с 20 до 30 градусов или с 920 до 930 градусов; каждый из них представляет собой увеличение на 10°С, поэтому в обоих случаях требуется одинаковое количество тепловой энергии.
    В принципе, если вещество имеет высокую s.h.c. для изменения его температуры требуется много тепла.

    Если для повышения температуры объекта на 10 °С (1 К) требуется определенное количество тепла, такое же количество тепла будет выделено, если объект охладится на 10 °С.

    Помните, что разница температур в 1 К соответствует разнице температур в 10°С.

    * r q : произносится как «дельта тета»
    Символ r используется во многих контекстах для обозначения «изменения».На самом деле выражение dy/dx является сокращением от
    . ру/р х ; «изменение у, деленное на изменение х». Это соответствует наклону линии, где y находится на вертикальной оси. Формула y2 — y1 / x2 —x1 — это просто более громоздкий способ записи того же самого. Конечно, легко вычислить наклон, когда у вас есть только прямая линия. Но как быть, если вместо прямой у вас есть кривая, и вы хотите найти наклон кривой (в определенной точке)?
    Вот где проявился гений Ньютона. Он изобрел «дифференциацию» и связанные с ней правила, чтобы мы могли вычислить это. Дифференциация вместе со своей сестрой «Интеграция» объединяются, чтобы сформировать область математики, называемую «Исчисление».
    Примерно в то же время, когда к этому пришел Ньютон, другой математик по имени Лейбтниц открыл его независимо, но в других обозначениях. Когда Ньютон узнал об этом, он обвинил Лейбтница в краже его идей и бросил сердиться.Хуже того, именно Лейбтниц использовал обозначение ry/r x. Ньютон считался слишком громоздким. Вы все еще можете встретить его в некоторых местах. Он использовал f’(x) и f’’(x) для обозначения дифференциации первого и второго порядка.

    *График зависимости температуры от времени для воды: Кривая скрытого тепла
    Пояснение
    Если у вас есть глыба льда с температурой -50 С и нагрейте ее, вы заметите, что во время таяния талая вода не поднимется выше 00 С, пока весь лед не растает.Добавляемое тепло не вызывает повышения температуры — отсюда и термин «скрытое тепло» («скрытое тепло»).
    Только когда весь лед превратится в воду, температура снова начнет повышаться.
    Точно так же, когда вода достигает точки кипения при 1000°С, вода, которая сначала превращается в водяной пар, не поднимется выше 1000°С, пока полностью не превратится в водяной пар.

    Никто никогда не спрашивал меня почему это должно быть так, что не является поводом для беспокойства, но просто показывает, что мы действительно учим студентов не думать самостоятельно.
    В любом случае, чтобы понять смысл кривой, я думаю, что это должно означать, что лед поглощает тепло лучше, чем вода, что объясняет, почему весь лед превращается в воду до того, как вода нагревается, и аналогично в точке вода/пар.
    Теперь это просто вызывает дополнительный вопрос; почему лед поглощает тепло быстрее, чем вода?
    Это, в свою очередь, возвращает нас к нашим определениям теплоемкости.
    Почему одно вещество имеет другую удельную теплоемкость, чем другое?
    Я предполагаю, что это должно означать, что силы между молекулами воды на стадии льда меньше, чем силы между ними на стадии воды.
    Но разве не интересно, что мы, учителя физики, создаем впечатление, что то, что вы читаете в книге, — это все, что есть, тогда как на самом деле эти вопросы служат только для того, чтобы открыть дверь на совершенно новый и более глубокий уровень понимания.
    Неудивительно, что студенты уходят от физики в классе.
    А может это только я.

    Да, кстати, все (я имею в виду все) учебники, которые дают эту диаграмму, удобно опускают упоминание о том, что добиться этого на практике практически невозможно.. Предполагается, что вся энергия уходит в воду; отсутствие потерь энергии на проводимость, конвекцию или излучение; что вода испаряется только при кипении, и это давление поддерживается постоянным.

    *Холодильник
    Знаете ли вы, что если вы оставите холодильник открытым, он не охладит комнату?
    Это связано с тем, что все тепло, которое он удаляет, просто передается в заднюю часть холодильника, где оно выталкивается в комнату.

     

    *Потоотделение и скрытое тепло
    Причина, по которой мы потеем, заключается в том, чтобы охладиться — все это знают, но как это работает?
    Это не очевидно, но мы являемся относительно большим источником тепла, и когда капля воды образуется на нашей коже, она может отбирать тепло у кожи и в результате нагреваться, а затем испаряться, превращаясь в газ.
    Но так как вода имеет довольно высокие значения shc и lh, одна капля на самом деле может поглотить много тепла.
    Например, один грамм пота, испаряющийся с вашего тела, удаляет 2410 джоулей тепловой энергии.
    Так почему бы тебе не простудиться в бассейне?»

    Кстати говоря, почему после выхода из бассейна кажется таким холодным?

    Почему попадание под ливень может привести к простуде или, что еще хуже, к пневмонии?

    Нанесите ложку духов на руку – что вы заметите и почему?

    Окуните термометр в (теплые) духи или оберните термометр пропитанной спиртом тряпкой. Что просходит?
    Почему вода является очень хорошим веществом для огнетушителей?
    Почему ожог паром более опасен, чем ожог кипятком, даже если оба имеют одинаковую температуру (1000 С)?

    *Теплопередача
    Проводимость
    Вы встаете пописать среди ночи.
    По пути в ванную вы проходите по разным этажам, состоящим из (i) керамической плитки, (ii) дерева и (iii) шерстяного ковра.Теперь все три этажа имеют одинаковую температуру (комнатную температуру), так почему же они кажутся разной температуры?

    Конвекция
    Наполните шарик водой, нагрейте его сначала спичкой, затем зажигалкой. Удивительно, но шарик не лопнул.
    Почему?
    Несмотря на то, что пластик, из которого сделан воздушный шар, не считается хорошим проводником, он очень тонкий (эксперимент лучше всего работает, когда воздушный шар наполнен, что приводит к растяжению кожи), и тепло быстро отводится от точки. контакт за счет конвекции.Этому способствует и относительно большая удельная теплоемкость воды; он может принять очень большое количество тепла, прежде чем станет очень горячим.
    В конце концов, однако, в воздушном шаре появляются крошечные отверстия, и вода вытекает.
    Демонстрацию лучше всего проводить над тазом на случай, если возникнут проблемы с баллоном.
    А вот над головой школьника гораздо веселее.

    Радиация
    У нас есть 18-футовые «Солнечные шары», которые очень красиво поднимаются в солнечный день (должно быть очень мало ветра).Черный материал поглощает тепло, а воздух внутри нагревается, расширяется, и, поскольку система теперь менее плотная, чем окружающий воздух, она идет вверх!

    Термос использует принципы проводимости, конвекции и излучения, чтобы жидкость внутри не остывает (или даже не нагревается)
    Сможете ли вы определить роль каждого из них?

    *U-значение
    Так почему же буква «У»?
    По-видимому, это сокращение от термина «удельная скорость тепловых потерь».
    По-видимому, значение «tog value» для волокон имеет противоположное значение: чем выше значение U, тем хуже изолятор.

    Экзаменационные вопросы

    Удельная теплоемкость меди = 390 Дж кг–1 К–1; Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг–1 К–1
    Удельная скрытая теплота плавления льда 3,3·105 Дж кг-1

    Что такое тепло?

    • [ПР 2003] [ПР 2004] [ПР 2005] [ПР 2006] [ПР 2007] [ПР 2008] [ПР 2009]

    Назовите два способа передачи тепла.

    Что понимается под проводимостью?

    Объясните, как тепло передается в твердом теле.

    Опишите эксперимент, показывающий, как разные твердые тела проводят тепло с разной скоростью.

    Почему трубы в солнечной панели обычно сделаны из меди?

    Объясните термин «значение U».

    Каков эффект увеличения коэффициента теплопередачи конструкции?

    Коэффициент теплопередачи дома является мерой скорости потери тепла в окружающую среду.
    Укажите два способа снижения U-ценности дома.

    • [ПР 2006]

    В накопительном электронагревателе кирпичи с высокой удельной теплоемкостью нагреваются в течение ночи за счет пропускания электрического тока через нагревательную спираль в кирпичах. Кирпичи окружены изоляцией.
    Почему изоляция используется для окружения кирпичей?

    Назовите материал, который можно использовать в качестве изоляции в накопительном нагревателе.

    Что такое конвекция?

    Опишите эксперимент по демонстрации конвекции в жидкости.

    Почему нагревательный элемент электрочайника находится у дна?

    Объясните, как накопительный обогреватель нагревает воздух в помещении.

    Почему теплая вода поднимается вверх по солнечной панели?

    Электрический тостер нагревает хлеб за счет конвекции и излучения.
    В чем разница между конвекцией и излучением как средством теплопередачи?

    Почему трубы в солнечной панели обычно окрашены в черный цвет?

    • [2006][2004] [2002 ПР][2008 ПР]

    Определение удельной теплоемкости.

    Определить удельную скрытую теплоту.

    Накопительные обогреватели имеют большую теплоемкость. Объяснить, почему.

    Почему у спортсменки снижается температура при потоотделении?

    Объясните, почему снег тает медленно, когда дневная температура поднимается выше 0 °C.

    • [ПР 2006]
    • Общая масса кирпичей в накопительном нагревателе составляет 80 кг, а их удельная теплоемкость составляет 1500 Дж кг–1·К–1.

    За десятичасовой период температура кирпичей поднялась с 15 oC до 300 oC.
    Вычислите энергию, полученную кирпичами.

    • Рассчитать мощность нагревательного змеевика.

    Сколько энергии требуется для повышения температуры 500 литров воды с 20 0С до 50 0С?
    (удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг–1 К–1; плотность воды = 1000 кг м–3; 1 литр = 10–3 м3)

    • [ПР 2002]
    • Электрический чайник содержит 1,5 кг воды. Удельная теплоемкость воды 4180 Дж кг-1 К-1.

    Рассчитайте количество энергии, необходимое для повышения температуры воды с 15 0С до 100 0С.

    • Чайнику требуется 4 минуты, чтобы нагреть воду с 15 0С до 100 0С. Рассчитайте мощность чайника.

    (Предположим, что вся подаваемая энергия используется для нагрева воды).

    • [2006]
    • В электрочайник помещают 400 г воды температурой 15°С. Мощность чайника 3.0 кВт. Вычислите энергию, необходимую для повышения температуры воды до 100°С.
    • Рассчитайте энергию, выделяемую чайником в секунду.
    • Рассчитайте наименьшее время, необходимое для нагрева воды до 100 oC.
    • В реальности время нагрева воды будет больше. Объяснить, почему.

     

    Кастрюлю с 500 г воды при температуре 20 °С ставят на конфорку электрической плиты мощностью 2 кВт до тех пор, пока она не достигнет температуры 100 °С.

    • Рассчитать повышение температуры воды.
    • Рассчитайте энергию, необходимую для нагрева воды до 100 °C.
    • Рассчитайте количество энергии, которое кольцо вырабатывает каждую секунду.
    • Рассчитайте время, за которое вода нагреется до 100 °C.
    • [2004]
    • 500 г воды при температуре 15 0С помещают в морозильную камеру.

    Морозильная камера имеет номинальную мощность 100 Вт и КПД 80%.
    Рассчитайте энергию, необходимую для превращения воды в лед при температуре –20 °С.

    • Сколько энергии каждую секунду удаляется из воздуха в морозильной камере?
    • За какое время вода достигнет температуры –20 oC?
    • Испарение жидкости в закрытой трубе внутри морозильной камеры охлаждает воздух в морозильной камере. Затем пар перекачивается по трубе наружу из морозильной камеры, где снова конденсируется.

    Объясните, как этот процесс охлаждает воздух в морозильной камере.

    • Морозильная камера вызывает повышение температуры в помещении. Объяснить, почему.

     

    Прочитайте следующий отрывок и ответьте на сопутствующие вопросы.
    Солнце является основным источником «зеленой» энергии. В Ирландии солнечные системы отопления и геотермальные системы используются для получения энергии от солнца.
    Существует два основных типа систем солнечного отопления: плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками.

    Плоский коллектор обычно представляет собой алюминиевую коробку со стеклянной крышкой сверху и черненой пластиной снизу. Медная труба укладывается на дно ящика, как шланг на землю; вода проходит по трубе и передает поглощенное тепло в систему горячего водоснабжения.

    В вакуумном трубчатом коллекторе каждая трубка состоит из вакуумированной двустенной посеребренной стеклянной трубки, внутри которой находится полая медная трубка, содержащая жидкость. Жидкость внутри медной трубки испаряется и расширяется в нагревательный наконечник.Там пар сжижается, а выделяющееся скрытое тепло передается с помощью теплообменника в систему горячего водоснабжения. Конденсированная жидкость возвращается в медную трубу, и цикл повторяется.
    В системе геотермального отопления тепловой насос используется для извлечения солнечной энергии, хранящейся в земле, и передачи ее в систему горячего водоснабжения.

      • Почему почернело дно плоского коллектора?
      • Жидкость в вакуумном солнечном коллекторе имеет большую удельную теплоту парообразования.Объяснить, почему.
      • Как солнечная энергия улавливается солнечным коллектором с вакуумными трубками?
      • Опишите с точки зрения теплопередачи работу теплового насоса.
      • Преимущество геотермальной системы отопления над системой солнечного отопления.

     

    • [ПР 2010]

    На схеме показана система солнечного отопления.

    • Как солнечная энергия передается солнечному коллектору?
    • Почему солнечный коллектор обычно окрашен в черный цвет?
    • Как передается тепло от солнечной панели к баку с горячей водой?
    • Нагревательный змеевик для бака горячей воды расположен внизу, объясните, почему.
    • Укажите преимущества и недостатки системы солнечного отопления.

     

     

     

     

    Обязательные эксперименты

    В отчете об эксперименте по измерению удельной теплоемкости вещества (например, воды или металла) студент написал следующее.
    «Я собрал аппаратуру, необходимую для эксперимента.
    В ходе эксперимента я провел ряд измерений массы и температуры.
    Я использовал эти измерения для расчета удельной теплоемкости вещества».

    • Нарисуйте маркированную схему используемого аппарата.
    • Какие измерения массы провел студент во время эксперимента?
    • Какие измерения температуры проводил студент во время эксперимента?
    • Приведите формулу для расчета удельной теплоемкости вещества.
    • Назовите одну меру предосторожности, которую принял ученик, чтобы получить точный результат.

    Студент провел эксперимент по измерению удельной скрытой теплоты плавления льда.
    Ниже приводится выдержка из ее доклада.
    «В своем эксперименте я приготовил лед при температуре 0°C и добавил его в теплую воду в калориметре. Я подождал, пока весь лед растает, прежде чем провести дополнительные измерения.
    Я использовал свои измерения, чтобы рассчитать удельную скрытую теплоту плавления льда».

    • Нарисуйте маркированную схему аппарата, использованного в эксперименте.
    • Какие измерения провел студент в ходе эксперимента?
    • Как ученик подготовил лед для эксперимента?
    • Откуда ученик узнал, что температура льда 0 0С?
    • Почему ученик использовал теплую воду в эксперименте?

    В отчете об эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты плавления льда студент написал следующее.
    «Лед при 0°С добавляли в воду в калориметре.
    Когда лед растаял, были проведены измерения.
    Затем была рассчитана удельная скрытая теплота плавления льда».

    • Нарисуйте маркированную схему используемого аппарата.
    • Какие измерения провел учащийся, прежде чем добавить лед в воду?
    • Что ученик сделал со льдом, прежде чем добавить его в воду?
    • Как ученик нашел массу льда?
    • Назовите одну меру предосторожности, которую принял ученик, чтобы получить точный результат.

    В эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты плавления льда теплую воду помещали в медный калориметр. В теплую воду добавляли высушенный тающий лед и регистрировали следующие данные.
    Масса калориметра 60,5 г
    Масса калориметра + вода 118,8 г
    Температура теплой воды 30,5 oC
    Масса льда 15,1 г
    Температура воды после добавления льда 10,2 oC

    • Объясните, почему использовалась теплая вода.
    • Для чего использовался сухой лед?
    • Почему использовался тающий лед?
    • Опишите, как была найдена масса льда.
    • Какой должна быть приблизительная комнатная температура, чтобы свести к минимуму ошибку эксперимента?
    • Рассчитайте энергию, потерянную калориметром и теплой водой.
    • Рассчитайте удельную скрытую теплоту плавления льда.

     


    масса калориметра 55.7 г

    масса калориметра + вода 101,2 г

    масса меди + калориметр + вода 131,4 г

    начальная температура воды 16,5 oC

    температура горячей меди 99,5 oC

    конечная температура воды 21,0 oC

    Удельную теплоемкость воды определяли, добавляя горячую медь в воду в медном калориметре.
    Это был не тот метод, который использовало бы большинство студентов для проведения эксперимента, поэтому появление его на бумаге вызвало большое раздражение. Тем не менее, это делает различие между теми студентами, которые понимают основные принципы, и теми, кто только что выучил формулу.
    Были записаны следующие данные.

    • Опишите, как нагревалась медь и как измерялась ее температура.
    • Используя данные, рассчитайте потери энергии горячей медью
    • Используя данные, рассчитайте удельную теплоемкость воды.
    • Укажите две меры предосторожности, которые были приняты для минимизации потерь тепла в окружающую среду.
    • Объясните, почему добавление большей массы меди повысит точность эксперимента.

    В эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты плавления льда теплую воду помещали в алюминиевый калориметр. В воду добавляли измельченный сухой лед.
    Были получены следующие результаты.
    Масса калориметра………………………………..= 77,2 г
    Масса воды…………………………………………………………. ..= 92,5 г
    Начальная температура воды……………………………..= 29,4 0С
    Температура льда …………………………………………= 0 0C
    Масса льда…………………………………………………………. ……= 19,2 г
    Конечная температура воды……………………………..= 13,2 0С
    Комнатная температура была 21 0С.

    • В чем преимущество наличия комнатной температуры примерно на полпути между начальной температурой воды и конечной температурой воды?
    • Опишите, как была найдена масса льда.
    • Рассчитать значение удельной скрытой теплоты плавления льда
    • Принятое значение удельной скрытой теплоты плавления льда равно 3,3 · 105 Дж кг-1; предложите две причины, по которым ваш ответ не соответствует этому значению.
    • [ПР 2005]

    В отчете об эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты испарения воды студент написал следующее.
    «Пар при 100 oC добавляли в холодную воду в калориметре.
    Когда пар сконденсировался, были проведены измерения.
    Затем была рассчитана удельная скрытая теплота парообразования воды».

    • Нарисуйте маркированную схему используемого аппарата.
    • Перечислите два измерения, которые провел учащийся перед добавлением пара в воду.
    • Как ученик нашел массу пара, добавленного в воду?
    • Как учащийся добился того, чтобы в калориметр добавлялся только пар, а не горячая вода?
    • Назовите одну меру предосторожности, которую принял учащийся для предотвращения потерь тепла из калориметра.

    В эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты испарения воды холодная вода была помещена в медный калориметр. Пар пропускали в холодную воду до тех пор, пока не было достигнуто подходящее повышение температуры.
    Были получены следующие результаты:
    Масса калориметра………………….. ………… = 73,4 г
    Масса холодной воды……………………………..= 67,5 г
    Начальная температура воды………………… = 10 °С
    Температура пара……………………… = 100 °C
    Масса добавленного пара ……………………………….. = 1,1 г
    Конечная температура воды …………………. = 19 °C

    • Опишите, как была найдена масса пара.
    • Используя данные, рассчитайте значение удельной скрытой теплоты парообразования воды.
    • Почему повышение температуры является наименее точным значением?
    • Укажите два способа повышения точности этого значения.

     

    В эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты испарения воды студент использовал медный калориметр, содержащий воду, и чувствительный термометр. Воду охлаждали ниже комнатной температуры перед добавлением в нее сухого пара. Были записаны следующие измерения.
    Масса медного калориметра = 34,6 г
    Исходная масса калориметра и воды = 96,4 г
    Масса добавленного сухого пара = 1,2 г
    Начальная температура калориметра и охлажденной воды = 8. 2°С
    Конечная температура калориметра и воды = 20,0 °C

    • Каким образом вода охлаждалась до температуры ниже комнатной?
    • Как сушили паром?
    • Опишите, как определялась масса пара.
    • Почему был использован чувствительный термометр?
    • Используя данные, рассчитайте удельную скрытую теплоту парообразования воды.

    В эксперименте по измерению удельной скрытой теплоты испарения воды холодная вода была помещена в изолированный медный калориметр.В калориметр добавляли сухой пар. Были записаны следующие данные.
    Масса калориметра = 50,5 г
    Масса калориметра + вода = 91,2 г
    Начальная температура воды = 10 oC
    Температура пара = 100 oC
    Масса калориметра + вода + пар = 92,3 г
    Конечная температура воды = 25 oC

    • Рассчитайте значение удельной скрытой теплоты парообразования воды.
    • Почему использовался сухой пар?
    • Как сушили паром?
    • Для обеспечения точности использовался термометр с низкой теплоемкостью. Объяснить, почему.

    Экзаменационные растворы

    Удельная теплоемкость меди = 390 Дж кг–1 К–1; Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг–1 К–1
    Удельная скрытая теплота плавления льда 3,3·105 Дж кг-1

    • Теплота является формой энергии
    • Проводимость, конвекция и излучение.
    • Теплопроводность — это движение тепловой энергии через вещество путем передачи молекулярной вибрации от молекулы к молекуле без какого-либо общего движения вещества.

    • Атомы соприкасаются / соприкасаются, поэтому тепло/энергия передается от одного к другому посредством вибрации (без движения атомов).
    • Аппарат: См. схему. 4 разных металла расположены, как показано на рисунке. Воткните вертикальную спичку в лужицу с воском на другом конце.

    Процедура: Зажгите свечу под серединой.
    Наблюдение: напр. воск тает и спички падают на разные стержни в разное время.

    • Хороший проводник тепла.
    • Коэффициент теплопередачи дома является мерой скорости потери тепла в окружающую среду.
    • Означает, что теплопроводность конструкции повышена.
    • Стекловолокно на чердаке, изоляция полой стены, двойное остекление, ковры
    • Для предотвращения потери тепла.
    • Стекловолокно/минеральная вата/вата.
    • Конвекция — это передача тепла через жидкость посредством циркулирующих потоков жидкости, вызванных теплом.
    • Аппарат: см. схему с контейнером, водой, красителем, источником тепла.

    Процедура: добавьте краситель в жидкость и нагрейте.
    Наблюдение: конвекционный поток становится видимым.

    • Потому что горячая вода поднимается.
    • Обогреватель нагревает воздух, находящийся рядом с ним. Затем этот горячий воздух поднимается вверх и заменяется холодным воздухом. Затем этот процесс повторяется.
    • Вода расширяется при нагревании и поэтому имеет меньшую плотность и замещается водой с большей плотностью (холодная вода).Это конвекция.
    • Для конвекции нужна среда, а для излучения нет.
    • Черный хорошо поглощает излучение.
    • Удельная теплоемкость вещества – это тепловая энергия, необходимая для изменения одного килограмма вещества на один кельвин.
    • Удельная латентность вещества – это количество тепловой энергии, необходимое для изменения состояния 1 кг вещества без изменения температуры.
    • Они нагреваются только ночью, но должны медленно выделять энергию в течение дня.
    • При испарении вода забирает у тела тепловую энергию.
    • Скрытая теплота снега/льда (энергия, необходимая для изменения состояния) (очень) велика
    •  
    • Q = mcΔθ             Þ        Q = (80)(1500)(285) = 34 200 000 Дж = 34,2 МДж
    • P = Вт/т     Þ        P = 34 200 000 / (10×60×60) = 950 Вт
    • Плотность = масса/объем     Þ масса = (плотность)(объем)   Þ m = (1000)(500 × 10–3) = 500 кг.

    E = mcrq = (500)(4200)(30) = 6,3 × 107 Дж
    (удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг–1 К–1; плотность воды = 1000 кг м–3; 1 литр = 10–3 м3)

    •  
    • Q = mcΔθ Þ        Q = 1,5 × 4180 × 85    =          532 950 Дж.
    • P=Вт/т        Þ P = 532 950/240     Þ P = 2221 Вт.
    •  
    • E = м с Δθ

    Е = (0,40)(4200)(85) = 1,428 × 105 Дж

    • 3000 Дж в секунду = 3000 Вт
    • Затраченное время = 1.428 × 105/3000 = 47,6 с
    • Энергия будет уходить в окружающую среду.

     

     

    Кастрюлю с 500 г воды при температуре 20 °С ставят на конфорку электрической плиты мощностью 2 кВт до тех пор, пока она не достигнет температуры 100 °С.

    • 100 – 20 = 80 °C
    • Q = м cΔθ = 0,5 × 4200 × 80 = 168 000 Дж
    • 2 кВт = 2000 Вт = 2000 Дж в секунду.
    • P = W/t      Þ t = W/P       Þ t = 168 000/2000 = 84 с.
    •  
    • Охлаждение от 15°С до 0°С: Q = mcΔθ   = (0,5)(4200)(15) = 31500 Дж

    Изменение состояния: Q = мл = (0,5)(3,3 × 105) = 165000 Дж
    Охлаждение льда от 0 oC до -20 oC: Q = (0,5)(2100)(20)  =21000 Дж
    Общая требуемая энергия = Qt = Q1 + Q2 + Q3 = 217500 = 2,2 × 105 Дж

    • КПД 80 % ⇒ 80 Вт ⇒ 80 Дж (в секунду)
    • Мощность = Q ÷ время

    t = (217500 ÷ 80) = 2700 с

    • Для этого изменения состояния требуется энергия (скрытая теплота), которая берется из морозильной камеры, и это снижает температуру.
    • Конденсация (из пара в жидкость) с выделением скрытой теплоты
    •  
    • Темные поверхности хорошо поглощают тепло/энергию/излучение
    • Чтобы много энергии поглощалось (и затем высвобождалось) на кг в теплообменнике при изменении состояния.
    • Посеребренные стены предотвращают излучение, а эвакуированные стены предотвращают теплопроводность и конвекцию
    • Энергия берется из одного места (что делает его холоднее), позволяя жидкости перейти в газообразное состояние.

    Затем в другом месте газ конденсируется в жидкость, отдавая тепло в другое место, делая его более горячим.

    • Геотермальная система работает постоянно, а солнечная система отопления работает только в солнечные дни.
    •  
    • Излучение/лучи
    •  (черные поверхности) лучше поглощают (тепло/излучение)
    • По проточной/перекачиваемой воде (через коллектор и нагревательный змеевик).
    • Вода нагревается за счет конвекции/подъема горячей воды и т.п.
    • Снижение затрат, неограниченный запас, отсутствие загрязнения и т. д.

    Требуется солнце, требуется резервное копирование, дорогая установка и т. д.

    Обязательные эксперименты

    •  
    • См. схему.
    • Масса калориметра, масса калориметра + вода,
    • Начальная температура воды, конечная температура воды.
    • Подведенная энергия = (mcΔθ)cal + (mcΔθ)вода, где Δθ — изменение температуры, а ccal известно.
    • G Отставание, используйте чувствительный термометр, убедитесь, что нагревательный змеевик полностью погружен в жидкость, перемешайте жидкость, сильное изменение температуры и т. д.
    •  
    • См. схему
    • Масса калориметра

    Масса калориметра и теплой воды
    Масса калориметра, теплой воды и льда
    Температура воды до
    Температура воды и талого льда после

    • Он был измельчен, а затем высушен.
    • С помощью тающего льда.
    • Таким образом, потери тепла в окружающую среду, когда температура системы выше комнатной, уравновешиваются теплом, поступающим из окружающей среды, когда температура системы ниже комнатной.

     

     

    •  
    • См. схему
    • Масса калориметра, масса воды, масса калориметра + вода, масса льда, температура воды
    • Лед был расколот и высушен.
    • (масса калориметра + вода + лед) – (масса калориметра + вода )
    • Изоляция, раздавить, высушить, повторить и взять среднее значение, использовать много льда, быстро перемещать лед.

     

    •  
    • Ускорить таяние льда / чтобы растопить большую массу льда / (концепция) уравновешивания потерь энергии до и после эксперимента.
    • Чтобы удалить всю воду/талый лед // талый лед уже получил бы скрытую теплоту // поэтому добавляется только лед // чтобы не добавлялась вода
    • Тающий лед находится при 0 oC.
    • Конечная масса калориметра + содержимое минус масса калориметра + вода.
    • 20 0C / середина между начальной и конечной температурами (воды в калориметре)
    • {потеря энергии = } ( mc Δθ) кал + ( mc Δθ) теплая вода

    = (0,0605)(390)(20,3) + (0,0583)(4200)(20,3)
    = 5449,6365 / 5449,6 Дж

    • {Энергия, получаемая льдом и растаявшим льдом =}

    ( мл )лед + ( mc Δθ )талый лед / (0.0151) л + (0,0151)(4200)(10,2) / 0,0151 л + 646,884
    (приравнять:) 0,0151 л + 646,884 = 5449,6365
    л = 3,181 × 105 ≈ 3,2 × 105 Дж кг–1

    •  
    • Его нагревали с помощью электроплитки, а температуру измеряли с помощью термометра.
    • E = м с Δθ

    E = (3,02 × 10-2)(390)(78,5) = 924,6 Дж

    • Тепло, потерянное горячей медью = тепло, полученное калориметром + вода

    924. 57 = (0,0557)(390)(4,5) + (0,0455)(вп)(4,5)
    Þ 924,57 = 97,75 + 0,2048 вв
    cw = 4,04 × 103 Дж кг-1 К-1

    • Изолировать калориметр / использовать крышку / быстро перемещать медные детали / использовать холодную воду (температура ниже комнатной) / полировать калориметр / термометр с низкой теплоемкостью
    • Большая масса меди приведет к большему изменению температуры и, следовательно, меньшей процентной ошибке.
    •  
    • Тепло, отводимое в окружающую среду, когда температура системы выше комнатной, нейтрализует тепло, поступающее из окружающей среды, когда температура системы ниже комнатной.
    • Конечная масса (калориметр + вода + лед) – начальная масса (калориметр + вода)
    • mc Δθ Al + mc Δθ вода       =   mlice +mc Δθ талый лед

    Падение температуры = 16,2 oC
    Ans = 3,2 × 105 Дж кг-1

    • Термометр недостаточно чувствителен, отсутствие изоляции, отсутствие перемешивания, потеря/приток тепла в окружающую среду, слишком долгое время для таяния льда, потускнение внутренней части калориметра, разбрызгивание, теплоемкость термометра

    •  
    • См. схему.
    • Масса калориметра, масса воды, масса калориметра + вода, начальная температура воды, начальная температура пара.
    • Конечная масса воды + калориметр минус начальная масса воды + калориметр.
    • Дайте пару стечь некоторое время перед тем, как погрузить его в воду, наклоните нагнетательную трубку обратно к парогенератору, используйте конденсатоотводчик.
    • Утеплитель, изоляция, крышка, быстро провести замеры.

     

     

     

    •  
    • Конечная масса (калориметр + вода + сконденсированный пар) – Исходная масса (калориметр + вода)
    • (мл) пар    + (mc∆ϑ) пар   = (mc∆ϑ) вода   + (mc∆ϑ) кал                

    ∆ϑвода = 90°С, ∆ϑкал= 90°С
    ∆ϑ) пара = 810C
    Ответ = 2,2 × 106 Дж кг-1

    • Читать только до одной значащей цифры {концепция значащих цифр отсутствует в учебном плане и не должна была задаваться вопросом. С тех пор он не появлялся.]
    • Используйте цифровой термометр, используйте больше пара, используйте меньше воды, изоляцию, крышку, перемешивание, конденсатоотводчик
    •  
    • В воду добавлен лед / вода взята из холодильника
    • С помощью конденсатоотводчика (или убедитесь, что подающая трубка наклонена вверх)
    • Конечная масса калориметра плюс содержимое – исходная масса калориметра и содержимого
    • Для большей точности/для уменьшения (%) погрешности/больше значащих цифр/e.грамм. считывать до 0,1 oC
    • мс = 1,2×10-3 кг

    mw = 6,18 × 10-2 кг
    Δθs = 80 (К) и
    Δθw (= Δθcu) = 11,8 (К)
    [тепло, потерянное паром = тепло, полученное водой и калориметром]
    (мл)s + ( mc Δθ)s = ( mc Δθ)w + ( mc Δθ)cu
    (1,2×10-3)l + (1,2×10-3)(4180)(80) = (6,18×10-2)(4180)(11,8) + (3,46×10-2)(11,8)(390)
    (1,2×10-3)л + 401,3 = 3048,2 + 159. 2
    l = 2,34 × 106 Дж кг-1

    •  
    • mslw + mscwΔθs = mwcwΔθw+ mcccΔθc

    Δθs = 75 0C и Δθw (= Δθc) = 15 0C
    (0,0011) lw + (0,0011)(4200)(75) = (0,0407)(4200)(15) + (0,0505)(390)(15)
    [(0,0011) лв + 346,5 = 2564,1 + 295,425]
    lw = 2,28 × 106 Дж кг-1

    • Расчеты предполагают, что добавляется только пар, а не вода.
    • Использовать конденсатоотводчик/изолированную нагнетательную трубку/наклонную нагнетательную трубку/сначала обеспечить свободный выход пара
    • Он поглощает мало тепла из системы в калориметре, и в расчетах предполагается, что термометру не передается никакая энергия.

     

     

    Источник: http://www.thephysicsteacher.ie/LC%20Physics/Student%20Notes/15.%20Heat.doc

    Ссылка на веб-сайт: http://www.thephysicsteacher.ie

    Автор: не указан в исходном документе вышеуказанного текста

    Если вы являетесь автором приведенного выше текста и не согласны делиться своими знаниями в целях обучения, исследований, стипендий (для добросовестного использования, как указано в законе об авторских правах США), отправьте нам электронное письмо, и мы удалим ваши текст быстро.

     

    Количество теплоты и теплопередача

     

     

    Количество теплоты и теплопередача

     

    Главная страница

     

     

     

     

    Количество теплоты и теплопередача

     

    Это правильное место, где можно найти ответы на ваши вопросы, такие как:

    Кто? Какой ? Когда ? Где ? Почему ? Который ? Как ? Что означает количество теплоты и теплопередачи? В чем смысл количества теплоты и теплопередачи?

     


     

     

     

    Количество тепла и примечания к физике теплопередачи

     


     

     

     

    Аланпедия. ком с 1998 год за годом новые сайты и инновации

    Главная страница Отказ от ответственности Свяжитесь с нами

     

    Формула удельной теплоемкости – уравнение, вывод, примеры и часто задаваемые вопросы

    При обсуждении термических свойств материалов удельная теплоемкость – это понятие, которое обсуждается и осознается очень немногими. Мы используем концепцию удельной теплоемкости, чтобы понять, сколько тепла нужно подать, чтобы поднять температуру объекта на градус Кельвина или Цельсия.Количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, называется удельной теплоемкостью. Другими словами, удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры рассматриваемого материала или вещества.

    В этой статье мы обсудим, что такое удельная теплоемкость, какова формула удельной теплоемкости вместе с небольшим выводом и решим численные задачи.

    Уравнение удельной теплоемкости

    В нашей повседневной жизни мы могли бы заметить, что если рассматривать нагревание или кипячение воды в двух сосудах разного объема, то количество теплоты, необходимое для кипячения воды в определенное время, будет полностью зависеть от объем воды.Другими словами, если один сосуд содержит больше воды, чем другой сосуд, то время, которое потребуется сосуду большего объема, будет больше, чем другому сосуду. Это означает, что количество тепла, необходимое для повышения температуры любого данного вещества, различно и зависит от объема вещества. Это конкретное количество тепла, необходимое для изменения температуры, известно как удельная теплоемкость или удельная теплоемкость.

    Мы знаем, что термин «удельная теплоемкость» в термодинамике означает отношение количества тепла, необходимого для повышения температуры вещества на один градус Цельсия, к количеству тепла, необходимому для повышения температуры эквивалентной массы жидкости (скажем, воды). ) на один градус Цельсия.В то же время мы используем термин «удельная теплоемкость» по более традиционной причине для определения количества тепла в калориях, необходимого для повышения температуры одного грамма материала на один градус Цельсия.

    Проще говоря, уравнение удельной теплоемкости или формула удельной теплоемкости представляет собой отношение количества теплоты, необходимого для повышения температуры вещества на один градус Цельсия, к количеству теплоты, необходимому для повышения температуры равного количества воды на один градус Цельсия при комнатной температуре.

    Термин «удельная теплоемкость» обычно используется, когда речь идет о чем-то конкретном, например, о повышении температуры определенного вещества. Сейчас обычно все путаются между удельной теплоемкостью и теплоемкостью.

    Теплоемкость – это отношение количества теплоты, необходимого для изменения температуры на один градус Цельсия, тогда как удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для повышения температуры вещества, а не только для изменения или изменения температуры вещества. материал.Здесь важно отметить один важный момент: когда мы рассматриваем конкретное количество массы, мы склонны использовать слова «удельная теплоемкость» или «удельная теплоемкость». Удельная теплоемкость большинства термодинамических систем непостоянна и зависит от физических величин, таких как давление, объем и температура.

    Вывод

    Теперь давайте посмотрим на формулу удельной теплоемкости, которая обозначается буквой С. Согласно определению удельной теплоемкости мы видели, что она прямо пропорциональна изменению температуры (в частности повышение температуры).Мы знаем, что количество требуемой теплоты (Q) прямо пропорционально изменению температуры, поэтому мы пишем:

    ⇒ Q ∝ ΔT ……(1)

    Где,

    ΔT – изменение или повышение температуры

    Кроме того, мы знаем, что удельная теплоемкость также прямо пропорциональна массе рассматриваемого вещества, поэтому мы получаем:

    ⇒ Q ∝ m ……. {0}\]с ……..(3)

     

    Где,

    ΔQ – количество полученного или потерянного тепла в джоулях

    ΔT – изменение или повышение температуры в градусах Цельсия

    m – масса вещества в кг

    Уравнение (3) известно как уравнение удельной теплоемкости или формула удельной теплоемкости в физике и используется для решения примеров удельной теплоемкости и для оценки удельной теплоемкости вещества в реальной жизни. Удельная теплоемкость вещества будет варьироваться в зависимости от типа вещества.

    Примеры удельной теплоемкости

    Теперь давайте рассмотрим несколько конкретных примеров теплоемкости, которые помогут нам лучше понять концепцию удельной теплоемкости и уравнение удельной теплоемкости или формулу удельной теплоемкости.

    1) Если для повышения температуры 50 г вещества с 3000°С до 4000°С требуется 968 Дж тепла. Затем рассчитайте удельную теплоемкость вещества.

    Решение:

    Дано необходимое количество теплоты = Q = 960 Дж

    Масса вещества = m = 50 г

    Изменение температуры = ΔT = T2 – T1 = 40 – 30 = 100C 

    Теперь , нас просят определить удельную теплоемкость вещества.Мы знаем, что удельная теплоемкость или удельная теплоемкость определяется уравнением:

    ⇒  C = \[\frac{Q}{m \Delta T}\]

    Где,

    Q – количество необходимого тепла

    ΔT – Изменение или повышение температуры

    m – Масса вещества

    Подставляя нужные значения в приведенное выше уравнение, получаем:

    ⇒ C = \[\frac{Q}{m \Delta T }\] = \[\frac{968}{50 \times 10}\]

     = 96850×10

    ⇒ C = 1,936 Дж/г 0c

    Следовательно, удельная теплоемкость вещества равна 1.94 Дж/г 0с.

    2) Рассчитайте количество тепла, необходимое для нагревания 6 кг воды с 400°С до 800°С? (Удельная теплоемкость воды = 4,2 X 103 Дж/кг·0с)

    Решение:

    Дано, масса воды = m = 6 кг

    Изменение температуры = ΔT = T2 – T1 = 80 – 40 = 400c

    Удельная теплоемкость воды = C = 4,2 x 103 Дж/кг0с

    Теперь наша цель — определить количество теплоты, необходимое для повышения температуры 6 кг воды с 4000°С до 8000°С. Таким образом, мы знаем, что требуемое количество определяется уравнением:

    ⇒ Q = CmΔT

    Где,

    Кл – Удельная теплоемкость вещества

    ΔT – Изменение или повышение температуры

    м – Температура масса вещества

    Подставляя необходимые значения в приведенное выше выражение:

    ⇒ Q = CmΔT = (4,2 x 103) (6) (40)

    ⇒ Q = 10,08 x 105 Дж

    ⇒ Q = 10,08 x 105 Дж

    Следовательно, количество теплоты, необходимое для нагревания 6 кг воды с 4000°C до 8000°C, составляет 1008 кДж.

    Калькулятор правил смесей

    30 ноября 2017 г.

    Примечание. Это сообщение в блоге, описывающее использование калькулятора правил смесей.
    Если вы хотите использовать калькулятор, нажмите кнопку ниже.

    Использование калькулятора

    Калькулятор правил расчета смесей , недавно выпущенный компанией Thermtest Inc. , является бесценным инструментом для оценки удельной теплоемкости смесей, содержащих любое количество материалов. Используя массу и удельную теплоемкость каждого компонента, Калькулятор правил смесей рассчитывает удельную теплоемкость всего образца.Помимо калькулятора правил смесей, на веб-сайте Thermtest можно найти базу данных материалов, включающую удельную теплоемкость более 1000 материалов. В следующем посте рассматривается теория калькулятора правил смесей, способы его использования и представлены примеры из реальной жизни, демонстрирующие его полезность.

    Содержание

    1. Как работает правило смесей?
    2. Улучшает ли добавление соли в воду время закипания?
    3. Зачем смешивать антифриз и воду?
    4. Почему трескается асфальт?
    5. Почему бетон трескается и деформируется?
    6. Заключительные мысли
    7. Каталожные номера

    Масса каждого отдельного компонента эквивалентна общей массе смеси, которую теоретически можно разделить на отдельные части.{\circ}\mathrm{C}\) – единица температура в градусах Цельсия.Следовательно, удельная теплоемкость — это количество энергии, необходимое для нагревания одного килограмма материала на один градус. Другими словами, удельная теплоемкость представляет собой способность материала накапливать энергию. Далее, как мы можем использовать правило смесей для расчета удельной теплоемкости?

    Нарушение правила смешения

    Соответственно, первый шаг к определению удельной теплоемкости смеси состоит в том, чтобы связать каждый компонент смеси с помощью первого закона термодинамики.Примечательно, что первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Примечательно, что этот принцип может быть связан со следующим уравнением баланса энергии, где « Q » относится к полной энергии смеси в единицах джоулей.

    \[Q_{смесь}=Q_{1}+Q_{2}\]

    Рис. 1. Простое представление уравнения энергетического баланса применительно к смесям.

    Где ‘\(Q\)’ равно:

    \[{Q}={m}\cdot{C}_{p}\cdot\Delta{T}\]

    Далее, для расчета полной энергии смеси (\(Q\)), необходимо умножить удельную теплоемкость (\(C_{p}\)) на фактическую массу (\(m\)) и разность температур (\(\Delta{T}\)) каждого материала в растворе.Общая энергия смеси является произведением этих материалов, при условии, что энергия не теряется и не приобретается в процессе смешивания. Кроме того, предполагается, что изменение температуры является равномерным. Итак, «\(\Delta{T}\)» можно исключить из следующего уравнения, которое представляет собой комбинацию двух предыдущих уравнений энергии.

    \[m_{смесь}\cdot{C}_{{p}\,смесь}\cdot\Delta{T} =\cdots\]

    Наконец, правило смесей для удельной теплоемкости может быть получено путем некоторой перестановки, чтобы получить окончательное уравнение:

    \[C_{p\,смесь}=\Big(\frac{m_{1}}{m_{смесь}}\Big)C_{p\,1}+\Big(\frac{m_{2}} {m_{смесь}}\Big)C_{p\,2}\]

    Это уравнение можно скорректировать для аппроксимации удельной теплоемкости смеси с бесконечным числом компонентов, когда известны масса и удельная теплоемкость каждого материала, а также масса смеси.При добавлении каждого нового материала к уравнению энергетического баланса получается следующее уравнение:

    \[C_{p\,смесь}=\Big(\frac{m_{1}}{m_{смесь}}\Big)C_{p\,1}+\Big(\frac{m_{2}} {m_{смесь}}\Big)C_{p\,2}+\Big(\frac{m_{3}}{m_{смесь}}\Big)C_{p\,3}+\Big(\frac {m_{4}}{m_{смесь}}\Big)C_{p\,4} \]

    Калькулятор правил смесей использует приведенное выше уравнение для аппроксимации удельной теплоемкости смеси. Кроме того, массу каждого материала можно заменить объемом.

    Как пользоваться калькулятором правил смесей

    Этап 1
    1. Выберите количество материалов в смеси, которую вы хотите рассчитать.
    2. В раскрывающемся списке выберите « Mass » или « Volume ».
    3. Выберите свои единицы из второго раскрывающегося списка.
    4. Нажмите «Продолжить», чтобы перейти к следующему шагу.

    Шаг 1 – Начальная установка для расчета удельной теплоемкости смеси.

    Этап 2
    1. Выберите материал из нашей базы данных материалов, нажав «Выбрать материал»
    2. Используйте окно поиска в правом верхнем углу, чтобы сузить свой выбор.
    3. Нажмите на название материала, который хотите загрузить.
    4. Кроме того, вы можете вручную ввести название материала и термическое сопротивление.
    5. Введите значение массы или объема материала.
    6. Повторить для каждого материала.
    7. Выберите «Рассчитать», чтобы просмотреть результаты.

    Шаг 2 – Введите название, тепловое сопротивление и массу или объем каждого материала.

    Для использования калькулятора сначала выберите количество компонентов в смеси.Затем введите их соответствующие массы или объемы и их удельные теплоемкости. Как только это будет завершено, калькулятор произведет оценку удельной теплоемкости. Соответственно, удельная теплоемкость, используемая для расчета, может быть выбрана из базы данных материалов Thermtest , как упоминалось ранее. В дополнение к удельной теплоемкости база данных материалов также включает значения теплопроводности, температуропроводности, температуроэффузии и плотности материала.В следующих примерах показаны приложения, в которых может быть полезен калькулятор правил смесей.

    Влияет ли добавление соли в воду на время кипячения?

    Распространенный миф, который большинство людей считает правдой, — это добавление соли в воду в надежде сократить время кипения смеси. Калькулятор правил смесей можно использовать для демонстрации того, как добавление соли повлияет на удельную теплоемкость и, следовательно, на температуру кипения раствора. Как упоминалось ранее, удельная теплоемкость определяет, насколько быстро материал будет нагреваться.Для этого примера представьте, что 0,1 кг NaCl добавляют к 0,9 кг воды. После ввода этих значений в калькулятор будет получена оценка удельной теплоемкости раствора.

    Результаты калькулятора правил смесей.

    Результаты расчетов показывают, что удельная теплоемкость солевой смеси будет примерно 3853 Дж/кг°C. Для сравнения, литературные данные сообщают об удельной теплоемкости 3700 Дж/кг °C для такой смеси.Более того, калькулятор оценил удельную теплоемкость с точностью до 4% от фактического значения, продемонстрировав свою надежность и точность.

    Как соль влияет на температуру кипения воды?

    Следующим свойством для исследования является температура кипения воды; ожидается снижение после добавления соли. Однако, как видно на рис. 2, соль естественным образом повышает температуру кипения раствора и впоследствии замедляет время кипения раствора соли и воды.

    Рис. 2. Изменение температуры кипения раствора соли и воды при увеличении массы NaCl (Mas, 2016).

    Зачем смешивать антифриз и воду? Антифриз

    (этиленгликоль) — наиболее распространенная охлаждающая жидкость, используемая в транспортных средствах. Антифриз снижает температуру замерзания жидкостей, предотвращая их замерзание при отрицательных температурах (рис. 3). Несмотря на относительно высокую температуру замерзания, в антифриз обычно добавляют воду.

    Рис. 3. Температура замерзания воды при увеличении объема антифриза (Ethylene Glycol Heat-Transfer Fluid, 2017).

    Согласно литературным данным, удельная теплоемкость воды составляет 4184 Дж/кг°C, что вдвое превышает удельную теплоемкость антифриза. По этой причине вода способна накапливать в два раза больше энергии, чем антифриз, что позволяет отводить энергию от двигателя быстрее, чем чистый антифриз.

    Рис. 4. Удельная теплоемкость раствора антифриза в воде при увеличении объема антифриза (Ethylene Glycol Heat-Transfer Fluid, 2017).

    Как показано на рис. 4, удельная теплоемкость раствора антифриза и воды имеет тенденцию к снижению по мере увеличения объема антифриза. Следовательно, смешивание двух жидкостей объединяет низкую температуру замерзания антифриза с высокой удельной теплоемкостью воды. Имея это в виду, к этому сценарию можно применить калькулятор правил смесей, чтобы определить идеальное соотношение антифриза и воды для оптимизации удельной теплоемкости раствора. В следующем примере калькулятор можно использовать для предотвращения деформации асфальта.

    Почему трескается асфальт?

    Как понимание накопления энергии может помочь уменьшить деформацию асфальта? Деформации возникают, когда изменения температуры вызывают расширение и сжатие асфальта. Соответственно, эту проблему можно решить, улучшив удельную теплоемкость асфальта, позволив температуре асфальта оставаться постоянной, поскольку для ее изменения потребуется больше энергии.

    Материалы с фазовым переходом улучшают структурную целостность асфальта

    В статье Chen et al. (2012), материалы с фазовым переходом (PCM) использовались для улучшения способности асфальта аккумулировать энергию. PCM хранят энергию в виде явного тепла и скрытого тепла. Скрытая теплота накапливает большую часть энергии в виде фазового перехода, тогда как явная теплота сохраняет энергию за счет изменения температуры. В результате на эту энергию влияет удельная теплоемкость. В ходе этого исследования было обнаружено, что аккумулирование явной тепловой энергии увеличивается, когда ПХМ смешивают с асфальтом. Когда композит PCM/асфальт сочетался с накоплением большого количества энергии за счет скрытой теплоты, асфальт оставался при более постоянной температуре.При этой постоянной температуре трещины и деформации будут уменьшены.

    Тип смеси Теплопроводность Температуропроводность Объемная теплоемкость
    (Единицы) (Вт/м∙К) (мм2/с) (МДж/м3∙К)
    Контрольные образцы 1,459 0,603 2.420
    Образцы с PCM-L 1,543 0.690 2,236
    Образцы с PCM-Z 1,371 0,553 2,478

    Калькулятор правил смесей можно использовать для оценки количества PCM, которое необходимо смешать с асфальтом для достижения желаемой удельной теплоемкости. Для получения дополнительной информации о теплопроводности этого примера, TPS использовался для проведения измерений на асфальте, и результаты можно просмотреть на странице приложения .

    До сих пор обсуждались только смеси с двумя компонентами. Точно так же следующий пример демонстрирует, как калькулятор правила смесей можно применять к смесям, содержащим более двух материалов.

    Почему бетон трескается и деформируется?

    Хотя бетон является прочным и доступным строительным материалом, как и асфальт, он подвержен растрескиванию при формировании температурных градиентов. Под воздействием тепла бетон расширяется. Под воздействием более низких температур бетон сжимается.Если это изменение происходит быстро, в бетоне образуются трещины. Кроме того, формирование температурных градиентов вызывает напряжение в месте, где встречаются две температуры, что также вызывает трещины и деформации.

    Предотвращение трещин в бетоне

    В исследовании, проведенном Xu and Chung (2000), бетон с высокой удельной теплоемкостью и теплопроводностью был получен путем добавления силана и микрокремнезема (рис. 5).

    Рис. 5. Влияние увеличения концентрации силана (15 мас.% микрокремнезема) на удельную теплоемкость бетона (Yunsheng Xu, 2000).

    Температурные градиенты менее вероятны в бетонах с высокой удельной теплоемкостью, поскольку они накапливают больше энергии на градус. В результате эти бетоны способны быстро компенсировать температурные градиенты, поскольку энергия проходит через них с большей скоростью. Калькулятор правил смесей поможет рассчитать количество силана, микрокремнезема, цементного теста и воды, необходимое для получения образца бетона с идеальной удельной теплоемкостью.

    Заключительные мысли

    Калькулятор правил смесей может аппроксимировать удельную теплоемкость смеси с любым количеством единиц, с вводом известных масс и удельных теплоемкостей. Кроме того, удельные теплоемкости можно выбрать из собственной базы данных Thermtest материалов , которая включает тепловые свойства более 1000 различных материалов. Калькулятор правил смесей полезен для множества приложений. Будь то поиск идеального соотношения антифриза и воды, приблизительное значение для сравнения или просто игра, Калькулятор правил смесей быстро и эффективно оценивает удельную теплоемкость смесей.

    Ссылки
    1. Чен М., Ван Л., Лин Дж. 2012. Влияние материалов с фазовым переходом на тепловые и механические свойства асфальтобетонных смесей. Журнал тестирования и оценки. 40(5): 746-753.
    2. Хагер И. 2013. Поведение цементобетона при высокой температуре. Бюллетень Польской академии наук. 61(1): 145-154.
    3. Val Mas C. 2016. Как моляльность водного раствора NaCl влияет на его температуру кипения?
    4. Сюй И, Чунг ДДЛ.2000. Цемент с высокой удельной теплоемкостью и высокой теплопроводностью, полученный с использованием силана и микрокремнезема в качестве добавок. Исследование цемента и бетона . 30: 1175-1178.
    5. Температура замерзания, плотность, удельная теплоемкость и динамическая вязкость хлористого натрия и водяного теплоносителя
    6. Температура замерзания, вязкость, удельный вес и удельная теплоемкость теплоносителей на основе этиленгликоля или рассолов

     

    .

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.