אתה יכול לשנות את האנרגיה הפנימית של הגז בצילינדר לא רק על ידי ביצוע עבודה, אלא גם על ידי חימום הגז (איור 43). אם הבוכנה קבועה, אז נפח הגז לא ישתנה, אבל הטמפרטורה, ומכאן האנרגיה הפנימית, תגדל.
תהליך העברת אנרגיה מגוף אחד למשנהו מבלי לעשות עבודה נקרא העברת חום או העברת חום.

האנרגיה המועברת לגוף כתוצאה מהעברת חום נקראת כמות החום.כמות החום נקראת גם האנרגיה שהגוף פולט בתהליך העברת החום.

תמונה מולקולרית של העברת חום.במהלך חילופי חום בגבול בין גופים, מולקולות הנעות באיטיות של גוף קר מקיימות אינטראקציה עם מולקולות נעות מהר יותר של גוף חם. כתוצאה מכך, האנרגיות הקינטיות של המולקולות משתוות והמהירויות של המולקולות של גוף קר עולות, בעוד אלו של גוף חם יורדות.

במהלך חילופי חום, אין המרה של אנרגיה מצורה אחת לאחרת: חלק מהאנרגיה הפנימית של גוף חם מועבר לגוף קר.

כמות החום וקיבולת החום.מהקורס בפיזיקה בכיתה ז', ידוע שכדי לחמם גוף בעל מסה m מטמפרטורה t 1 לטמפרטורה t 2, יש צורך ליידע אותו על כמות החום

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

כאשר גוף מתקרר, הטמפרטורה הנצחית t 2 שלו קטנה מה-t 1 ההתחלתית וכמות החום שנותן הגוף שלילית.
מקדם c בנוסחה (4.5) נקרא חום ספציפי. קיבולת חום סגולית היא כמות החום ש-1 ק"ג של חומר מקבל או פולט כאשר הטמפרטורה שלו משתנה ב-1 K.

קיבולת החום הסגולית מבוטאת בג'אול לקילוגרם כפול קלווין.גופים שונים דורשים כמויות שונות של אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה ב-1 K. לפיכך, קיבולת החום הסגולית של מים היא 4190 J/(kg K), ונחושת היא 380 J/(kg K).

קיבולת החום הספציפית תלויה לא רק בתכונות החומר, אלא גם בתהליך שבו מתרחשת העברת חום. אם תחמם גז בלחץ קבוע, הוא יתרחב ויעשה עבודה. כדי לחמם גז ב-1°C בלחץ קבוע, הוא יצטרך להעביר יותר חום מאשר לחמם אותו בנפח קבוע.

נוזל ו גופים מוצקיםמתרחבים מעט בעת חימום, ויכולות החום הספציפיות שלהם בנפח קבוע ולחץ קבוע נבדלות מעט.

חום אידוי ספציפי.כדי להמיר נוזל לאדים, יש להעביר אליו כמות מסוימת של חום. טמפרטורת הנוזל אינה משתנה במהלך התמרה זו. הפיכת נוזל לאדים ב טמפרטורה קבועהאינו מוביל לעלייה באנרגיה הקינטית של מולקולות, אלא מלווה בעלייה באנרגיה הפוטנציאלית שלהן. אחרי הכל, המרחק הממוצע בין מולקולות גז גדול פי כמה מאשר בין מולקולות נוזל. בנוסף, הגידול בנפח במהלך המעבר של חומר מ מצב נוזלילגזים מחייבת עבודה נגד כוחות הלחץ החיצוני.

כמות החום הנדרשת להמרת 1 ק"ג נוזל לאדים בטמפרטורה קבועה נקראת חום האידוי הספציפי. ערך זה מסומן באות r ומתבטא בג'אול לקילוגרם.

חום האידוי הסגולי של מים גבוה מאוד: 2.256 · 10 6 J/kg ב-100°C. עבור נוזלים אחרים (אלכוהול, אתר, כספית, נפט וכו'), חום האידוי הספציפי קטן פי 3-10.

כדי להמיר נוזל בעל מסה m לאדים נדרשת כמות חום השווה ל:

כאשר אדים מתעבים, משתחררת אותה כמות של חום

Q k = –rm. (4.7)

חום ספציפי של היתוך.כאשר גוף גבישי נמס, כל החום המסופק לו הולך להגברת האנרגיה הפוטנציאלית של המולקולות. אנרגיה קינטיתמולקולות אינן משתנה, מכיוון שההתכה מתרחשת בטמפרטורה קבועה.

כמות החום λ (למבדה) הדרושה להמרת 1 ק"ג של חומר גבישי בנקודת התכה לנוזל באותה טמפרטורה נקראת חום היתוך ספציפי.

במהלך התגבשות של 1 ק"ג של חומר משתחררת בדיוק אותה כמות חום. החום הסגולי של הפשרת קרח גבוה למדי: 3.4 10 5 J/kg.

על מנת להמיס גוף גבישי בעל מסה m, נדרשת כמות חום השווה ל:

Qpl \u003d λm. (4.8)

כמות החום המשתחררת במהלך התגבשות הגוף שווה ל:

Q cr = - λm. (4.9)

1. איך קוראים לכמות החום? 2. מה קובע את יכולת החום הסגולית של חומרים? 3. מה נקרא חום האידוי הסגולי? 4. מה נקרא החום הספציפי של היתוך? 5. באילו מקרים כמות החום המועבר שלילית?

מה מתחמם מהר יותר על הכיריים - קומקום או דלי מים? התשובה ברורה - קומקום. ואז השאלה השנייה היא למה?

התשובה ברורה לא פחות - כי מסת המים בקומקום פחותה. גדול. ועכשיו אתה יכול לעשות את החוויה הפיזית האמיתית ביותר בעצמך בבית. לשם כך תזדקק לשני סירים קטנים זהים, כמות שווה של מים ושמן צמחי, למשל, חצי ליטר כל אחד וכיריים. שים סירים עם שמן ומים על אותה אש. ועכשיו רק צפו מה יתחמם מהר יותר. אם יש מדחום לנוזלים אפשר להשתמש בו, אם לא אפשר פשוט לנסות מדי פעם את הטמפרטורה עם האצבע, רק שימו לב לא לשרוף. בכל מקרה, בקרוב תראו שהשמן מתחמם בצורה משמעותית. מהיר יותר ממים. ועוד שאלה, שאפשר ליישם גם בצורת התנסות. מה רותח יותר מהר - מים חמים או קרים? הכל שוב ברור - החם יהיה הראשון שיסיים. למה כל השאלות והניסויים המוזרים האלה? על מנת להגדיר כמות פיסית, הנקרא "כמות החום".

כמות חום

כמות החום היא האנרגיה שהגוף מאבד או צובר במהלך העברת החום. זה ברור מהשם. בעת הקירור הגוף יאבד כמות מסוימת של חום, ובחימום הוא יספוג. והתשובות לשאלות שלנו הראו לנו במה תלויה כמות החום?ראשית, מאשר יותר מסההגוף, יש להוציא יותר חום כדי לשנות את הטמפרטורה שלו במעלה אחת. שנית, כמות החום הדרושה לחימום גוף תלויה בחומר ממנו הוא מורכב, כלומר בסוג החומר. ושלישית, ההבדל בטמפרטורת הגוף לפני ואחרי העברת חום חשוב גם לחישובים שלנו. בהתבסס על האמור לעיל, אנחנו יכולים קבע את כמות החום לפי הנוסחה:

כאשר Q הוא כמות החום,
מ' - משקל גוף,
(t_2-t_1) - ההבדל בין טמפרטורת הגוף הראשונית והסופית,
c - קיבולת חום סגולית של החומר, מצויה מהטבלאות הרלוונטיות.

באמצעות נוסחה זו, ניתן לחשב את כמות החום הדרושה לחימום כל גוף או שגוף זה ישחרר כאשר יתקרר.

כמות החום נמדדת בג'אול (1 J), כמו כל צורת אנרגיה אחרת. עם זאת, ערך זה הוצג לא כל כך מזמן, ואנשים החלו למדוד את כמות החום הרבה קודם לכן. והשתמשו ביחידה שנמצאת בשימוש נרחב בזמננו - קלוריה (1 קלורית). 1 קלוריה היא כמות החום הנדרשת להעלאת הטמפרטורה של 1 גרם מים ב-1 מעלות צלזיוס. בהנחיית הנתונים הללו, חובבי ספירת קלוריות במזון שהם אוכלים יכולים, לצורך העניין, לחשב כמה ליטרים של מים ניתן להרתיח באנרגיה שהם צורכים עם האוכל במהלך היום.

(או העברת חום).

קיבולת חום ספציפית של חומר.

קיבולת חוםהיא כמות החום הנספגת בגוף בחימום במעלה אחת.

קיבולת החום של גוף מסומנת באותיות גדולות אות לטינית עם.

מה קובע את יכולת החום של הגוף? קודם כל, מהמסה שלו. ברור שחימום, למשל, 1 ק"ג מים ידרוש יותר חום מחימום של 200 גרם.

מה לגבי סוג החומר? בואו נעשה ניסוי. ניקח שני כלים זהים, ונשפוך מים במשקל 400 גרם לאחד מהם, ושמן צמחי במשקל 400 גרם לשני, נתחיל לחמם אותם בעזרת מבערים זהים. על ידי התבוננות בקריאות של מדי חום, נראה שהשמן מתחמם במהירות. כדי לחמם מים ושמן לאותה טמפרטורה, יש לחמם את המים זמן רב יותר. אבל ככל שנחמם את המים זמן רב יותר, כך הם מקבלים יותר חום מהמבער.

לפיכך, כדי לחמם את אותה מסה של חומרים שונים לאותה טמפרטורה, נדרשות כמויות שונות של חום. כמות החום הנדרשת לחימום גוף, וכתוצאה מכך, יכולת החום שלו תלויים בסוג החומר שממנו מורכב גוף זה.

כך, למשל, כדי להעלות את הטמפרטורה של מים עם מסה של 1 ק"ג ב-1 מעלות צלזיוס, נדרשת כמות חום השווה ל-4200 J, וכדי לחמם את אותה מסה של שמן חמניות ב-1 מעלות צלזיוס, כמות של נדרש חום שווה ל-1700 J.

הכמות הפיזית שמראה כמה חום נדרש כדי לחמם 1 ק"ג של חומר ב-1 ºС נקראת חום ספציפיהחומר הזה.

לכל חומר קיבולת חום ספציפית משלו, המסומנת באות הלטינית c ונמדדת בג'אול לכל קילוגרם-מעלה (J / (ק"ג מעלות צלזיוס)).

קיבולת החום הסגולית של אותו חומר בשונה מצבי צבירה(מוצק, נוזלי וגזי) שונה. לדוגמה, קיבולת החום הסגולית של מים היא 4200 J/(kg ºС), וקיבולת החום הסגולית של קרח היא 2100 J/(kg ºС); לאלומיניום במצב מוצק יש קיבולת חום ספציפית של 920 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס), ובמצב נוזלי הוא 1080 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס).

שימו לב שלמים קיבולת חום סגולית גבוהה מאוד. לכן, המים בים ובאוקיינוסים, המתחממים בקיץ, נספגים מהאוויר מספר גדול שלחוֹם. בשל כך, באותם מקומות הנמצאים ליד מקווי מים גדולים, הקיץ אינו חם כמו במקומות רחוקים ממים.

חישוב כמות החום הנדרשת לחימום הגוף או המשתחררת על ידו במהלך הקירור.

מהאמור לעיל ברור שכמות החום הדרושה לחימום הגוף תלויה בסוג החומר ממנו מורכב הגוף (כלומר, יכולת החום הסגולית שלו) ובמסת הגוף. ברור גם שכמות החום תלויה בכמה מעלות אנחנו הולכים להעלות את טמפרטורת הגוף.

לכן, כדי לקבוע את כמות החום הנדרשת לחימום הגוף או המשתחררת ממנו במהלך הקירור, עליך להכפיל את החום הספציפי של הגוף במסה שלו ובהפרש בין הטמפרטורות הסופית וההתחלתית שלו:

ש = ס"מ (ט 2 - ט 1 ) ,

איפה ש- כמות חום, גהיא קיבולת החום הספציפית, M- מסת גוף , ט 1 - טמפרטורה התחלתית, ט 2 היא הטמפרטורה הסופית.

כשהגוף מחומם t 2 > ט 1 ולכן ש > 0 . כשהגוף מתקרר t 2and< ט 1 ולכן ש< 0 .

אם ידועה יכולת החום של כל הגוף עם, שנקבע על ידי הנוסחה:

Q \u003d C (t 2 - ט 1 ) .

בשיעור זה נלמד כיצד לחשב את כמות החום הדרושה לחימום גוף או לשחררו כשהוא מתקרר. לשם כך נסכם את הידע שהושג בשיעורים קודמים.

בנוסף, נלמד כיצד להשתמש בנוסחה של כמות החום כדי לבטא את הכמויות הנותרות מנוסחה זו ולחשב אותן תוך ידיעת כמויות אחרות. כמו כן תישקל דוגמה לבעיה בפתרון לחישוב כמות החום.

שיעור זה מוקדש לחישוב כמות החום כאשר גוף מחומם או משתחרר על ידו בעת קירור.

היכולת לחשב את כמות החום הנדרשת חשובה מאוד. זה עשוי להיות נחוץ, למשל, בעת חישוב כמות החום שיש להקנות למים כדי לחמם חדר.

אורז. 1. כמות החום שיש לדווח למים לחימום החדר

או כדי לחשב את כמות החום שמשתחררת כאשר שורפים דלק במנועים שונים:

אורז. 2. כמות החום המשתחררת בעת שריפת הדלק במנוע

כמו כן, ידע זה נחוץ, למשל, כדי לקבוע את כמות החום שמשחררת השמש ופוגעת בכדור הארץ:

אורז. 3. כמות החום שמשחררת השמש ויורדת על כדור הארץ

כדי לחשב את כמות החום, אתה צריך לדעת שלושה דברים (איור 4):

• משקל גוף (שניתן למדוד בדרך כלל עם סולם);
• הפרש הטמפרטורה שבו יש צורך לחמם את הגוף או לקרר אותו (בדרך כלל נמדד עם מדחום);
• קיבולת חום ספציפית של הגוף (אשר ניתן לקבוע מהטבלה).

אורז. 4. מה שאתה צריך לדעת כדי לקבוע

הנוסחה לחישוב כמות החום היא כדלקמן:

נוסחה זו מכילה את הכמויות הבאות:

כמות החום, נמדדת בג'אול (J);

קיבולת החום הסגולית של חומר, נמדדת ב;

- הפרש טמפרטורה, נמדד במעלות צלזיוס ().

שקול את הבעיה של חישוב כמות החום.

מְשִׁימָה

כוס נחושת במסה של גרם מכילה מים בנפח של ליטר אחד בטמפרטורה של . כמה חום יש להעביר לכוס מים כדי שהטמפרטורה שלה תהיה שווה ל?

אורז. 5. המחשה של מצב הבעיה

ראשית, אנו כותבים תנאי קצר ( נָתוּן) ולהמיר את כל הכמויות למערכת הבינלאומית (SI).

פִּתָרוֹן:

ראשית, קבע אילו כמויות נוספות אנחנו צריכים כדי לפתור בעיה זו. לפי טבלת קיבולת החום הסגולית (טבלה 1), אנו מוצאים (יכולת חום ספציפית של נחושת, שכן לפי תנאי הזכוכית היא נחושת), (יכולת חום ספציפית של מים, שכן לפי מצב יש מים בזכוכית). בנוסף, אנו יודעים שכדי לחשב את כמות החום, אנו זקוקים למסה של מים. לפי תנאי, ניתן לנו רק את הנפח. לכן, אנו לוקחים את צפיפות המים מהשולחן: (טבלה 2).

כרטיסייה. 1. קיבולת חום ספציפית של חומרים מסוימים,

כרטיסייה. 2. צפיפות של כמה נוזלים

עכשיו יש לנו את כל מה שאנחנו צריכים כדי לפתור את הבעיה הזו.

שימו לב שכמות החום הכוללת תהיה מורכבת מסכום כמות החום הנדרשת לחימום זכוכית הנחושת וכמות החום הנדרשת לחימום המים בה:

ראשית אנו מחשבים את כמות החום הנדרשת לחימום זכוכית הנחושת:

לפני חישוב כמות החום הנדרשת לחימום מים, אנו מחשבים את מסת המים באמצעות הנוסחה המוכרת לנו מדרגה 7:

כעת נוכל לחשב:

אז נוכל לחשב:

תזכרו מה זה אומר: קילוג'אול. משמעות הקידומת "קילו". .

תשובה:.

לנוחות של פתרון בעיות של מציאת כמות החום (מה שנקרא בעיות ישירות) והכמויות הקשורות למושג זה, אתה יכול להשתמש בטבלה הבאה.