Unutarnju energiju plina u cilindru možete mijenjati ne samo radom, već i zagrijavanjem plina (slika 43). Ako je klip nepomičan, tada se volumen plina neće promijeniti, ali će se temperatura, a time i unutarnja energija, povećati.
Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se prijenos topline ili prijenos topline.

Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat prijenosa topline naziva se količina topline. Količina topline naziva se i energija koju tijelo predaje u procesu prijenosa topline.

Molekularna slika prijenosa topline. Tijekom izmjene topline na granici između tijela sporo pokretne molekule hladnog tijela međusobno djeluju s brže pokretnim molekulama vrućeg tijela. Zbog toga se kinetičke energije molekula izjednačuju i brzine molekula hladnog tijela se povećavaju, a vrućeg tijela smanjuju.

Tijekom izmjene topline ne dolazi do pretvorbe energije iz jednog oblika u drugi: dio unutarnje energije vrućeg tijela prenosi se na hladno tijelo.

Količina topline i toplinski kapacitet. Iz kolegija fizike VII razreda poznato je da je za zagrijavanje tijela mase m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno mu priopćiti količinu topline.

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4.5)

Kada se tijelo hladi, njegova vječna temperatura t 2 manja je od početne t 1 i količina topline koju tijelo preda je negativna.
Koeficijent c u formuli (4.5) naziva se određena toplina. Specifični toplinski kapacitet je količina topline koju 1 kg tvari primi ili preda kada se njezina temperatura promijeni za 1 K.

Specifični toplinski kapacitet izražava se u džulima po kilogramu puta kelvina. Različitim tijelima potrebna je različita količina energije za povećanje temperature za 1 K. Tako je specifični toplinski kapacitet vode 4190 J/(kg K), a bakra 380 J/(kg K).

Specifični toplinski kapacitet ne ovisi samo o svojstvima tvari, već i o procesu prijenosa topline. Ako zagrijavate plin pri konstantnom tlaku, on će se širiti i raditi. Da bi se plin zagrijao za 1°C pri konstantnom tlaku, trebat će mu prenijeti više topline nego da bi se zagrijao pri konstantnom volumenu.

tekućina i čvrsta tijela grijanjem se malo šire, a njihovi specifični toplinski kapaciteti pri konstantnom volumenu i konstantnom tlaku malo se razlikuju.

Specifična toplina isparavanja. Da bi se tekućina pretvorila u paru, potrebno joj je predati određenu količinu topline. Temperatura tekućine tijekom ove transformacije se ne mijenja. Pretvorba tekućine u paru pri stalna temperatura ne dovodi do povećanja kinetičke energije molekula, već je popraćeno povećanjem njihove potencijalne energije. Uostalom, prosječna udaljenost između molekula plina mnogo je puta veća nego između molekula tekućine. Osim toga, povećanje volumena tijekom prijelaza tvari iz tekuće stanje u plinovito stanje zahtijeva rad protiv sila vanjskog tlaka.

Količina topline potrebna da se 1 kg tekućine pretvori u paru pri konstantnoj temperaturi naziva se specifična toplina isparavanja. Ova vrijednost je označena slovom r i izražena u džulima po kilogramu.

Specifična toplina isparavanja vode je vrlo visoka: 2,256 · 10 6 J/kg na 100°C. Za ostale tekućine (alkohol, eter, živa, kerozin itd.) specifična toplina isparavanja je 3-10 puta manja.

Za pretvaranje tekućine mase m u paru potrebna je količina topline jednaka:

Kada se para kondenzira, oslobađa se ista količina topline

Q k = –rm. (4.7)

Specifična toplina taljenja. Kada se kristalno tijelo topi, sva toplina koja mu se dovodi odlazi na povećanje potencijalne energije molekula. Kinetička energija molekula se ne mijenja, budući da se taljenje događa pri konstantnoj temperaturi.

Količina topline λ (lambda) potrebna da se 1 kg kristalne tvari na talištu pretvori u tekućinu iste temperature naziva se specifična toplina taljenja.

Pri kristalizaciji 1 kg tvari oslobađa se točno toliko topline. Specifična toplina topljenja leda je prilično visoka: 3,4 10 5 J/kg.

Za taljenje kristalnog tijela mase m potrebna je količina topline jednaka:

Qpl \u003d λm. (4.8)

Količina topline koja se oslobađa tijekom kristalizacije tijela jednaka je:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Kako se naziva količina topline? 2. Što određuje specifični toplinski kapacitet tvari? 3. Što se naziva specifičnom toplinom isparavanja? 4. Što se zove specifična toplina taljenja? 5. U kojim slučajevima je količina prenesene topline negativna?

Što se brže zagrijava na štednjaku - čajnik ili kanta vode? Odgovor je očit - kuhalo za vodu. Onda je drugo pitanje zašto?

Odgovor nije ništa manje očit - jer je masa vode u kotliću manja. Sjajno. A sada možete doživjeti najpravije fizičko iskustvo sami kod kuće. Da biste to učinili, trebat će vam dvije jednake male posude, jednaka količina vode i biljnog ulja, na primjer, pola litre svaka i štednjak. Na istu vatru stavite posude s uljem i vodom. A sad samo gledajte što će se brže zagrijati. Ako postoji toplomjer za tekućine, možete ga koristiti, ako nema, možete samo s vremena na vrijeme probati temperaturu prstom, samo pazite da se ne opečete. U svakom slučaju, ubrzo ćete vidjeti da se ulje značajno zagrijava. brže od vode. I još jedno pitanje, koje se također može implementirati u obliku iskustva. Što brže prokuha - topla ili hladna voda? Opet je sve očito – prvi će završiti onaj topli. Čemu sva ta čudna pitanja i eksperimenti? Kako bismo definirali fizička količina, koja se naziva "količina topline".

Količina topline

Količina topline je energija koju tijelo gubi ili dobiva tijekom prijenosa topline. To je jasno iz naziva. Hlađenjem će tijelo izgubiti određenu količinu topline, a zagrijavanjem će je apsorbirati. A odgovori na naša pitanja pokazali su nam o čemu ovisi količina topline? Prvo, nego više težine tijela, to više topline treba utrošiti da mu se promijeni temperatura za jedan stupanj. Drugo, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o tvari od koje je ono sastavljeno, odnosno o vrsti tvari. I treće, razlika u tjelesnoj temperaturi prije i poslije prijenosa topline također je važna za naše izračune. Na temelju navedenog možemo odredite količinu topline prema formuli:

gdje je Q količina topline,
m - tjelesna težina,
(t_2-t_1) - razlika između početne i konačne temperature tijela,
c - specifični toplinski kapacitet tvari, nalazi se iz odgovarajućih tablica.

Pomoću ove formule možete izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela ili koju će to tijelo osloboditi kada se ohladi.

Količina topline se mjeri u džulima (1 J), kao i svaki drugi oblik energije. Međutim, ova vrijednost je uvedena ne tako davno, a ljudi su počeli mjeriti količinu topline mnogo ranije. I koristili su jedinicu koja se naširoko koristi u naše vrijeme - kaloriju (1 cal). 1 kalorija je količina topline potrebna da se temperatura 1 grama vode povisi za 1 stupanj Celzijusa. Vodeći se ovim podacima, ljubitelji brojanja kalorija u hrani koju jedu mogu, zanimljivosti radi, izračunati koliko litara vode mogu prokuhati s energijom koju unesu hranom tijekom dana.

(ili prijenos topline).

Specifični toplinski kapacitet tvari.

Toplinski kapacitet je količina topline koju apsorbira tijelo kada se zagrije za 1 stupanj.

Toplinski kapacitet tijela označava se velikim slovima latinično pismo S.

Što određuje toplinski kapacitet tijela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će zagrijavanje, na primjer, 1 kilograma vode zahtijevati više topline nego zagrijavanje 200 grama.

Što je s vrstom tvari? Napravimo eksperiment. Uzmimo dvije jednake posude i u jednu od njih ulijemo vodu mase 400 g, au drugu biljno ulje mase 400 g, počnemo ih zagrijavati uz pomoć identičnih plamenika. Promatrajući očitanja termometara, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, vodu je potrebno duže zagrijavati. Ali što dulje zagrijavamo vodu, to više topline dobiva od plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu potrebne su različite količine topline. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a time i njegov toplinski kapacitet ovisi o vrsti tvari od koje se to tijelo sastoji.

Tako je, na primjer, za povećanje temperature vode mase 1 kg za 1 °C potrebna količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1 °C potrebna je količina potrebna je toplina jednaka 1700 J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je topline potrebno za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 ºS zove se određena toplina ovu tvar.

Svaka tvar ima svoj specifični toplinski kapacitet koji se označava latiničnim slovom c i mjeri u džulima po kilogram-stupnju (J/(kg°C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatna stanja(kruto, tekuće i plinovito) je različito. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg ºS), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg ºS); aluminij u čvrstom stanju ima specifični toplinski kapacitet od 920 J/(kg - °C), a u tekućem stanju 1080 J/(kg - °C).

Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i oceanima, zagrijavajući se ljeti, upija iz zraka veliki broj toplina. Zbog toga, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih tijela, ljeto nije tako vruće kao na mjestima daleko od vode.

Izračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja.

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji (odnosno o njegovom specifičnom toplinskom kapacitetu) i o masi tijela. Također je jasno da količina topline ovisi o tome za koliko stupnjeva ćemo povećati temperaturu tijela.

Dakle, da biste odredili količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, morate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Gdje Q- količina topline, c je specifični toplinski kapacitet, m- tjelesna masa , t 1 - početna temperatura, t 2 je konačna temperatura.

Kad se tijelo zagrije t 2 > t 1 i zbog toga Q > 0 . Kad se tijelo ohladi t 2i< t 1 i zbog toga Q< 0 .

Ako je poznat toplinski kapacitet cijelog tijela S, Q određuje se formulom:

Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .

U ovoj lekciji naučit ćemo kako izračunati količinu topline potrebnu da se tijelo zagrije ili oslobodi pri hlađenju. Da bismo to učinili, sažet ćemo znanje stečeno u prethodnim lekcijama.

Osim toga, naučit ćemo kako pomoću formule za količinu topline izraziti preostale količine iz te formule i izračunati ih, poznavajući druge veličine. Razmotrit će se i primjer zadatka s rješenjem za izračun količine topline.

Ova lekcija je posvećena izračunavanju količine topline kada se tijelo zagrije ili oslobodi kada se ohladi.

Vrlo je važna sposobnost izračunavanja potrebne količine topline. To može biti potrebno, na primjer, kada se izračunava količina topline koja se mora predati vodi da bi se zagrijala prostorija.

Riža. 1. Količina topline koja se mora prijaviti vodi za zagrijavanje prostorije

Ili za izračun količine topline koja se oslobađa kada gorivo izgara u različitim motorima:

Riža. 2. Količina topline koja se oslobađa kada gorivo izgara u motoru

Također, ovo znanje je potrebno, na primjer, za određivanje količine topline koju oslobađa Sunce i udara o Zemlju:

Riža. 3. Količina topline koju oslobađa Sunce i koja pada na Zemlju

Da biste izračunali količinu topline, morate znati tri stvari (slika 4):

• tjelesna težina (koja se obično može mjeriti vagom);
• temperaturna razlika kojom je potrebno tijelo zagrijati ili ohladiti (najčešće se mjeri termometrom);
• specifični toplinski kapacitet tijela (koji se može odrediti iz tablice).

Riža. 4. Što trebate znati za određivanje

Formula za izračunavanje količine topline je sljedeća:

Ova formula sadrži sljedeće količine:

Količina topline, mjerena u džulima (J);

Specifični toplinski kapacitet tvari, mjeren u;

- temperaturna razlika, mjerena u stupnjevima Celzija ().

Razmotrimo problem izračunavanja količine topline.

Zadatak

Bakrena čaša mase grama sadrži vodu obujma jedne litre pri temperaturi . Koliko se topline mora predati čaši vode da njezina temperatura postane jednaka ?

Riža. 5. Ilustracija uvjeta zadatka

Prvo pišemo kratki uvjet ( S obzirom) i pretvorite sve količine u međunarodni sustav (SI).

Riješenje:

Prvo odredite koje nam još količine trebaju za rješavanje ovog problema. Prema tablici specifičnog toplinskog kapaciteta (tablica 1) nalazimo (specifični toplinski kapacitet bakra, jer je po uvjetu staklo bakar), (specifični toplinski kapacitet vode, jer po uvjetu ima vode u staklu). Osim toga, znamo da nam je za izračunavanje količine topline potrebna masa vode. Uvjetom nam je dan samo volumen. Stoga uzimamo gustoću vode iz tablice: (Tablica 2).

tab. 1. Specifični toplinski kapacitet nekih tvari,

tab. 2. Gustoće nekih tekućina

Sada imamo sve što nam je potrebno za rješavanje ovog problema.

Imajte na umu da će se ukupna količina topline sastojati od zbroja količine topline potrebne za zagrijavanje bakrenog stakla i količine topline potrebne za zagrijavanje vode u njemu:

Prvo izračunavamo količinu topline potrebnu za zagrijavanje bakrenog stakla:

Prije izračuna količine topline potrebne za zagrijavanje vode, izračunavamo masu vode pomoću formule koja nam je poznata iz 7. razreda:

Sada možemo izračunati:

Tada možemo izračunati:

Prisjetite se što to znači: kilodžuli. Prefiks "kilo" znači .

Odgovor:.

Za praktičnost rješavanja problema pronalaženja količine topline (tzv. izravnih problema) i količina povezanih s ovim konceptom, možete koristiti sljedeću tablicu.