Vnútornú energiu plynu vo valci môžete meniť nielen vykonávaním práce, ale aj zahrievaním plynu (obr. 43). Ak je piest pevný, objem plynu sa nezmení, ale zvýši sa teplota a tým aj vnútorná energia.
Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva prenos tepla alebo prenos tepla.

Energia odovzdaná telu v dôsledku prenosu tepla sa nazýva množstvo tepla. Množstvo tepla sa tiež nazýva energia, ktorú telo vydáva v procese prenosu tepla.

Molekulárny obraz prenosu tepla. Počas výmeny tepla na hranici medzi telesami pomaly sa pohybujúce molekuly studeného telesa interagujú s rýchlejšie sa pohybujúcimi molekulami horúceho telesa. V dôsledku toho sa kinetické energie molekúl vyrovnávajú a rýchlosti molekúl studeného telesa sa zvyšujú, zatiaľ čo rýchlosti horúceho telesa sa znižujú.

Počas výmeny tepla nedochádza k premene energie z jednej formy na druhú: časť vnútornej energie horúceho telesa sa prenáša na studené teleso.

Množstvo tepla a tepelná kapacita. Z kurzu fyziky triedy VII je známe, že na zahriatie telesa s hmotnosťou m z teploty t 1 na teplotu t 2 je potrebné informovať ho o množstve tepla.

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4,5)

Keď sa teleso ochladzuje, jeho večná teplota t 2 je nižšia ako počiatočná t 1 a množstvo tepla, ktoré teleso vydáva, je záporné.
Koeficient c vo vzorci (4.5) sa nazýva špecifické teplo. Špecifická tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré prijme alebo odovzdá 1 kg látky, keď sa jej teplota zmení o 1 K.

Špecifická tepelná kapacita sa vyjadruje v jouloch na kilogram krát kelvin. Rôzne telesá potrebujú rôzne množstvo energie na zvýšenie teploty o 1 K. Merná tepelná kapacita vody je teda 4190 J/(kg K) a medi 380 J/(kg K).

Merná tepelná kapacita závisí nielen od vlastností látky, ale aj od procesu, ktorým dochádza k prenosu tepla. Ak ohrievate plyn pri konštantnom tlaku, roztiahne sa a bude pracovať. Na zahriatie plynu o 1 °C pri konštantnom tlaku bude potrebné odovzdať viac tepla, ako ho zohriať pri konštantnom objeme.

tekuté a pevné telesá pri zahrievaní mierne expandujú a ich špecifické tepelné kapacity sa pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku líšia len málo.

Špecifické teplo vyparovania. Aby sa kvapalina premenila na paru, musí sa jej odovzdať určité množstvo tepla. Teplota kvapaliny sa pri tejto premene nemení. Premena kvapaliny na paru pri konštantná teplota nevedie k zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ale je sprevádzané zvýšením ich potenciálnej energie. Koniec koncov, priemerná vzdialenosť medzi molekulami plynu je mnohonásobne väčšia ako medzi molekulami kvapaliny. Okrem toho zväčšenie objemu pri prechode látky z tekutom stave na plynný vyžaduje prácu proti silám vonkajšieho tlaku.

Množstvo tepla potrebné na premenu 1 kg kvapaliny na paru pri konštantnej teplote sa nazýva špecifické teplo vyparovania. Táto hodnota sa označuje písmenom r a vyjadruje sa v jouloch na kilogram.

Špecifické teplo vyparovania vody je veľmi vysoké: 2,256 · 106 J/kg pri 100 °C. Pre ostatné kvapaliny (alkohol, éter, ortuť, petrolej atď.) je merné teplo vyparovania 3-10 krát menšie.

Na premenu kvapaliny s hmotnosťou m na paru je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:

Pri kondenzácii pary sa uvoľňuje rovnaké množstvo tepla

Q k = –rm. (4.7)

Špecifické teplo topenia. Keď sa kryštalické teleso topí, všetko teplo, ktoré sa mu dodáva, zvyšuje potenciálnu energiu molekúl. Kinetická energia molekuly sa nemení, pretože topenie prebieha pri konštantnej teplote.

Množstvo tepla λ (lambda) potrebné na premenu 1 kg kryštalickej látky pri teplote topenia na kvapalinu s rovnakou teplotou sa nazýva špecifické teplo topenia.

Počas kryštalizácie 1 kg látky sa uvoľní presne rovnaké množstvo tepla. Špecifické teplo topenia ľadu je pomerne vysoké: 3,4 10 5 J/kg.

Na roztavenie kryštalického telesa s hmotnosťou m je potrebné množstvo tepla, ktoré sa rovná:

Qpl \u003d λm. (4,8)

Množstvo tepla uvoľneného počas kryštalizácie tela sa rovná:

Q cr = - λm. (4.9)

1. Čo sa nazýva množstvo tepla? 2. Čo určuje mernú tepelnú kapacitu látok? 3. Čo sa nazýva špecifické teplo vyparovania? 4. Čo sa nazýva špecifické teplo topenia? 5. V akých prípadoch je množstvo odovzdaného tepla záporné?

Čo sa na sporáku rýchlejšie zohreje - rýchlovarná kanvica alebo vedro vody? Odpoveď je zrejmá – rýchlovarná kanvica. Potom je druhá otázka prečo?

Odpoveď nie je o nič menej zrejmá - pretože množstvo vody v kanvici je menšie. Skvelé. A teraz si ten najskutočnejší fyzický zážitok môžete urobiť sami doma. Na to budete potrebovať dva rovnaké malé hrnce, rovnaké množstvo vody a rastlinného oleja, napríklad pol litra a sporák. Dajte hrnce s olejom a vodou na rovnaký oheň. A teraz už len sledujte, čo sa rýchlejšie zahreje. Ak existuje teplomer na tekutiny, môžete ho použiť, ak nie, teplotu môžete len občas vyskúšať prstom, len pozor, aby ste sa nepopálili. V každom prípade čoskoro uvidíte, že sa olej výrazne zahreje. rýchlejšie ako voda. A ešte jedna otázka, ktorá sa dá realizovať aj formou zážitku. Čo vrie rýchlejšie – teplá voda alebo studená? Všetko je opäť zrejmé – prvý skončí ten teplý. Prečo všetky tieto zvláštne otázky a experimenty? Aby bolo možné definovať fyzikálne množstvo, nazývané „množstvo tepla“.

Množstvo tepla

Množstvo tepla je energia, ktorú telo stráca alebo získava pri prenose tepla. To je jasné už z názvu. Pri ochladzovaní telo stratí určité množstvo tepla a pri zahriatí ho absorbuje. A odpovede na naše otázky nám ukázali od čoho závisí množstvo tepla? Najprv, potom väčšiu váhu telesa, tým viac tepla treba vynaložiť na zmenu jeho teploty o jeden stupeň. Po druhé, množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa závisí od látky, z ktorej sa skladá, teda od druhu látky. A po tretie, pre naše výpočty je dôležitý aj rozdiel telesnej teploty pred a po prestupe tepla. Na základe vyššie uvedeného môžeme určte množstvo tepla podľa vzorca:

kde Q je množstvo tepla,
m - telesná hmotnosť,
(t_2-t_1) - rozdiel medzi počiatočnou a konečnou telesnou teplotou,
c - merná tepelná kapacita látky, zistí sa z príslušných tabuliek.

Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie akéhokoľvek telesa alebo ktoré toto teleso uvoľní, keď sa ochladí.

Množstvo tepla sa meria v jouloch (1 J), ako každá iná forma energie. Táto hodnota však bola zavedená nie tak dávno a ľudia začali merať množstvo tepla oveľa skôr. A použili jednotku, ktorá je v našej dobe široko používaná - kalória (1 cal). 1 kalória je množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Na základe týchto údajov si milovníci počítania kalórií v jedle, ktoré jedia, môžu pre zaujímavosť vypočítať, koľko litrov vody sa dá uvariť s energiou, ktorú počas dňa skonzumujú s jedlom.

(alebo prenos tepla).

Špecifická tepelná kapacita látky.

Tepelná kapacita je množstvo tepla, ktoré telo absorbuje pri zahriatí o 1 stupeň.

Tepelná kapacita telesa je označená veľkými písmenami latinské písmeno S.

Čo určuje tepelnú kapacitu telesa? V prvom rade z jeho hmoty. Je jasné, že ohriatie napríklad 1 kilogramu vody bude vyžadovať viac tepla ako ohriatie 200 gramov.

A čo druh látky? Urobme experiment. Zoberme si dve rovnaké nádoby a do jednej z nich nalejeme vodu s hmotnosťou 400 g a do druhej rastlinný olej s hmotnosťou 400 g a začneme ich ohrievať pomocou rovnakých horákov. Pozorovaním údajov teplomerov uvidíme, že sa olej rýchlo zohreje. Aby sa voda a olej zohriali na rovnakú teplotu, musí sa voda ohrievať dlhšie. Ale čím dlhšie vodu ohrievame, tým viac tepla dostáva od horáka.

Na zahriatie rovnakej hmoty rôznych látok na rovnakú teplotu je teda potrebné rôzne množstvo tepla. Množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa a následne aj jeho tepelná kapacita závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá.

Napríklad na zvýšenie teploty vody s hmotnosťou 1 kg o 1 ° C je potrebné množstvo tepla rovnajúce sa 4200 J a na zahriatie rovnakej hmotnosti slnečnicového oleja o 1 ° C množstvo tepla je potrebné teplo rovnajúce sa 1700 J.

Fyzikálne množstvo ukazujúce, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 ºС, sa nazýva špecifické teplo túto látku.

Každá látka má svoju špecifickú tepelnú kapacitu, ktorá sa označuje latinským písmenom c a meria sa v jouloch na kilogram-stupeň (J / (kg ° C)).

Špecifická tepelná kapacita tej istej látky v rôznych stavov agregácie(tuhá, kvapalná a plynná) je odlišná. Napríklad merná tepelná kapacita vody je 4200 J/(kg ºС) a merná tepelná kapacita ľadu je 2100 J/(kg ºС); hliník v pevnom skupenstve má mernú tepelnú kapacitu 920 J/(kg - °C), v kvapalnom stave je 1080 J/(kg - °C).

Všimnite si, že voda má veľmi vysokú špecifickú tepelnú kapacitu. Preto sa voda v moriach a oceánoch, ktorá sa v lete zahrieva, absorbuje zo vzduchu veľké množstvo teplo. Z tohto dôvodu na miestach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti veľkých vodných plôch, leto nie je také horúce ako na miestach ďaleko od vody.

Výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas ochladzovania.

Z uvedeného je zrejmé, že množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa závisí od druhu látky, z ktorej sa teleso skladá (t. j. jeho mernej tepelnej kapacity) a od hmotnosti telesa. Je tiež jasné, že množstvo tepla závisí od toho, o koľko stupňov sa chystáme zvýšiť telesnú teplotu.

Takže na určenie množstva tepla potrebného na zahriatie telesa alebo ním uvoľneného počas chladenia je potrebné vynásobiť špecifické teplo telesa jeho hmotnosťou a rozdielom medzi jeho konečnou a počiatočnou teplotou:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Kde Q- množstvo tepla, c je merná tepelná kapacita, m- telesná hmotnosť, t 1 - počiatočná teplota, t 2 je konečná teplota.

Keď je telo zahriate t2 > t 1 a preto Q > 0 . Keď je telo vychladnuté t 2and< t 1 a preto Q< 0 .

Ak je známa tepelná kapacita celého tela S, Q sa určuje podľa vzorca:

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

V tejto lekcii sa naučíme, ako vypočítať množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa alebo jeho uvoľnenie, keď sa ochladí. K tomu zhrnieme poznatky, ktoré sme získali v predchádzajúcich lekciách.

Okrem toho sa naučíme, ako použiť vzorec pre množstvo tepla na vyjadrenie zostávajúcich veličín z tohto vzorca a vypočítať ich so znalosťou iných veličín. Zváži sa aj príklad problému s riešením výpočtu množstva tepla.

Táto lekcia je venovaná výpočtu množstva tepla, keď sa telo zahrieva alebo uvoľňuje pri ochladzovaní.

Schopnosť vypočítať požadované množstvo tepla je veľmi dôležitá. To môže byť potrebné napríklad pri výpočte množstva tepla, ktoré sa musí odovzdať vode na vykurovanie miestnosti.

Ryža. 1. Množstvo tepla, ktoré sa musí nahlásiť vode na vykúrenie miestnosti

Alebo na výpočet množstva tepla, ktoré sa uvoľňuje pri spaľovaní paliva v rôznych motoroch:

Ryža. 2. Množstvo tepla, ktoré sa uvoľňuje pri spaľovaní paliva v motore

Tieto znalosti sú potrebné napríklad aj na určenie množstva tepla, ktoré uvoľňuje Slnko a dopadá na Zem:

Ryža. 3. Množstvo tepla uvoľneného Slnkom a dopadajúceho na Zem

Na výpočet množstva tepla potrebujete vedieť tri veci (obr. 4):

• telesná hmotnosť (ktorá sa zvyčajne dá merať váhou);
• teplotný rozdiel, o ktorý je potrebné telo zohriať alebo ochladiť (zvyčajne merané teplomerom);
• merná tepelná kapacita telesa (ktorá sa dá zistiť z tabuľky).

Ryža. 4. Čo potrebujete vedieť určiť

Vzorec na výpočet množstva tepla je nasledujúci:

Tento vzorec obsahuje nasledujúce množstvá:

množstvo tepla merané v jouloch (J);

Špecifická tepelná kapacita látky meraná v;

- teplotný rozdiel, meraný v stupňoch Celzia ().

Zvážte problém výpočtu množstva tepla.

Úloha

Medené sklo s hmotnosťou gramov obsahuje vodu s objemom jeden liter pri teplote . Koľko tepla treba odovzdať poháru vody, aby sa jeho teplota vyrovnala ?

Ryža. 5. Ilustrácia stavu problému

Najprv napíšeme krátku podmienku ( Dané) a previesť všetky veličiny do medzinárodného systému (SI).

Riešenie:

Najprv určte, aké ďalšie množstvá potrebujeme na vyriešenie tohto problému. Podľa tabuľky mernej tepelnej kapacity (tabuľka 1) zistíme (merná tepelná kapacita medi, keďže podľa stavu je sklo medené), (merná tepelná kapacita vody, keďže podľa stavu je v skle voda). Okrem toho vieme, že na výpočet množstva tepla potrebujeme množstvo vody. Podmienkou je nám daný iba objem. Preto vezmeme hustotu vody z tabuľky: (Tabuľka 2).

Tab. 1. Merná tepelná kapacita niektorých látok,

Tab. 2. Hustoty niektorých kvapalín

Teraz máme všetko, čo potrebujeme na vyriešenie tohto problému.

Upozorňujeme, že celkové množstvo tepla bude pozostávať zo súčtu množstva tepla potrebného na ohrev medeného skla a množstva tepla potrebného na ohrev vody v ňom:

Najprv vypočítame množstvo tepla potrebného na ohrev medeného skla:

Pred výpočtom množstva tepla potrebného na ohrev vody vypočítame hmotnosť vody pomocou vzorca, ktorý je nám známy od triedy 7:

Teraz môžeme vypočítať:

Potom môžeme vypočítať:

Spomeňte si, čo to znamená: kilojouly. Predpona "kilo" znamená .

odpoveď:.

Na uľahčenie riešenia problémov zisťovania množstva tepla (takzvané priame problémy) a množstiev spojených s týmto konceptom môžete použiť nasledujúcu tabuľku.