Notranjo energijo plina v jeklenki lahko spreminjamo ne samo z delom, temveč tudi s segrevanjem plina (slika 43). Če je bat pritrjen, se prostornina plina ne bo spremenila, vendar se bo temperatura in s tem notranja energija povečala.
Proces prenosa energije z enega telesa na drugo brez opravljanja dela imenujemo prenos toplote ali prenos toplote.

Energija, ki se prenese na telo zaradi prenosa toplote, se imenuje količina toplote. Količino toplote imenujemo tudi energija, ki jo telo odda v procesu prenosa toplote.

Molekularna slika prenosa toplote. Med izmenjavo toplote na meji med telesi medsebojno delujejo počasi gibajoče se molekule hladnega telesa s hitreje gibajočimi se molekulami vročega telesa. Zaradi tega se kinetične energije molekul izenačijo in se hitrosti molekul hladnega telesa povečajo, vročega telesa pa zmanjšajo.

Pri izmenjavi toplote ne pride do pretvorbe energije iz ene oblike v drugo: del notranje energije vročega telesa se prenese na hladno telo.

Količina toplote in toplotna kapaciteta. Iz tečaja fizike VII. razreda je znano, da je za segrevanje telesa z maso m od temperature t 1 do temperature t 2 potrebno sporočiti količino toplote.

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

Ko se telo ohladi, je njegova večna temperatura t 2 manjša od začetne t 1 in količina toplote, ki jo telo odda, je negativna.
Koeficient c v formuli (4.5) se imenuje Specifična toplota. Specifična toplotna kapaciteta je količina toplote, ki jo 1 kg snovi sprejme ali odda, ko se njena temperatura spremeni za 1 K.

Specifična toplotna kapaciteta je izražena v džulih na kilogram krat kelvin. Različna telesa potrebujejo različno količino energije, da se temperatura poveča za 1 K. Tako je specifična toplotna kapaciteta vode 4190 J/(kg K), bakra pa 380 J/(kg K).

Specifična toplotna kapaciteta ni odvisna samo od lastnosti snovi, ampak tudi od procesa, s katerim poteka prenos toplote. Če segrevate plin pri stalnem tlaku, se bo razširil in opravil delo. Za segrevanje plina za 1 °C pri konstantnem tlaku bo moral prenesti več toplote, kot če bi ga segreval pri konstantnem volumnu.

tekočina in trdna telesa pri segrevanju se nekoliko razširijo, njihove specifične toplotne kapacitete pri stalni prostornini in konstantnem tlaku pa se malo razlikujejo.

Specifična toplota uparjanja. Za pretvorbo tekočine v paro je treba nanjo prenesti določeno količino toplote. Temperatura tekočine se med to transformacijo ne spremeni. Pretvorba tekočine v paro pri konstantna temperatura ne vodi do povečanja kinetične energije molekul, ampak ga spremlja povečanje njihove potencialne energije. Navsezadnje je povprečna razdalja med molekulami plina večkrat večja kot med molekulami tekočine. Poleg tega povečanje prostornine med prehodom snovi iz tekoče stanje v plinasto zahteva delo proti silam zunanjega tlaka.

Količina toplote, ki je potrebna za pretvorbo 1 kg tekočine v paro pri stalni temperaturi, se imenuje specifična toplota uparjanja. Ta vrednost je označena s črko r in izražena v joulih na kilogram.

Specifična toplota uparjanja vode je zelo visoka: 2,256 · 10 6 J/kg pri 100°C. Pri drugih tekočinah (alkohol, eter, živo srebro, kerozin itd.) je specifična toplota uparjanja 3-10-krat manjša.

Za pretvorbo tekočine z maso m v paro je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Pri kondenzaciji pare se sprosti enaka količina toplote

Q k = –rm. (4,7)

Specifična talilna toplota. Ko se kristalno telo tali, gre vsa toplota, ki mu je dovedena, za povečanje potencialne energije molekul. Kinetična energija molekul se ne spremeni, saj se taljenje dogaja pri stalni temperaturi.

Količina toplote λ (lambda), ki je potrebna za pretvorbo 1 kg kristalinične snovi pri tališču v tekočino enake temperature, se imenuje specifična talilna toplota.

Pri kristalizaciji 1 kg snovi se sprosti ravno toliko toplote. Specifična toplota taljenja ledu je precej visoka: 3,4 10 5 J/kg.

Za taljenje kristalnega telesa z maso m je potrebna količina toplote, ki je enaka:

Qpl \u003d λm. (4,8)

Količina toplote, ki se sprosti pri kristalizaciji telesa, je enaka:

Q cr = - λm. (4,9)

1. Kaj imenujemo količina toplote? 2. Kaj določa specifično toplotno kapaciteto snovi? 3. Kaj imenujemo specifična toplota uparjanja? 4. Kaj imenujemo specifična talilna toplota? 5. V katerih primerih je količina prenesene toplote negativna?

Kaj se hitreje segreje na štedilniku - kotliček ali vedro vode? Odgovor je očiten - kotliček. Potem je drugo vprašanje zakaj?

Odgovor ni nič manj očiten - ker je masa vode v kotličku manjša. Super. In zdaj lahko najbolj pravo telesno izkušnjo doživite sami doma. Če želite to narediti, boste potrebovali dve enaki majhni ponvi, enako količino vode in rastlinskega olja, na primer pol litra vsakega in kuhalnik. Na isti ogenj pristavimo lonce z oljem in vodo. Zdaj pa le opazujte, kaj se bo hitreje segrelo. Če obstaja termometer za tekočine, ga lahko uporabite, če ne, lahko samo občasno poskusite temperaturo s prstom, le pazite, da se ne opečete. V vsakem primeru boste kmalu videli, da se olje močno segreje. hitreje kot voda. In še eno vprašanje, ki ga je mogoče uresničiti tudi v obliki izkušenj. Katera voda hitreje zavre - topla ali hladna? Spet je vse očitno – prvi bo na koncu prišel topli. Zakaj vsa ta čudna vprašanja in poskusi? Da bi definirali fizikalna količina, ki se imenuje "količina toplote".

Količina toplote

Količina toplote je energija, ki jo telo izgubi ali pridobi pri prenosu toplote. To je jasno že iz imena. Pri ohlajanju bo telo izgubilo določeno količino toplote, pri segrevanju pa jo absorbiralo. In odgovori na naša vprašanja so nam pokazali od česa je odvisna količina toplote? Najprej, kot večjo težo telo, toliko več toplote je treba porabiti, da se njegova temperatura spremeni za eno stopinjo. Drugič, količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, je odvisna od snovi, iz katere je sestavljeno, to je od vrste snovi. In tretjič, za naše izračune je pomembna tudi razlika v telesni temperaturi pred in po prenosu toplote. Na podlagi zgoraj navedenega lahko določite količino toplote po formuli:

kjer je Q količina toplote,
m - telesna teža,
(t_2-t_1) - razlika med začetno in končno telesno temperaturo,
c - specifična toplotna kapaciteta snovi, se ugotovi iz ustreznih tabel.

S to formulo lahko izračunate količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje katerega koli telesa ali ki jo bo to telo sprostilo, ko se ohladi.

Količino toplote merimo v joulih (1 J), tako kot vsako drugo obliko energije. Vendar je bila ta vrednost uvedena ne tako dolgo nazaj in ljudje so začeli meriti količino toplote veliko prej. In uporabili so enoto, ki se v našem času pogosto uporablja - kalorijo (1 cal). 1 kalorija je količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija. Na podlagi teh podatkov lahko ljubitelji štetja kalorij v hrani, ki jo zaužijejo, za zanimivost izračunajo, koliko litrov vode lahko zavrejo z energijo, ki jo čez dan zaužijejo s hrano.

(ali prenos toplote).

Specifična toplotna kapaciteta snovi.

Toplotna zmogljivost je količina toplote, ki jo telo absorbira, ko se segreje za 1 stopinjo.

Toplotno kapaciteto telesa označujemo z velikimi črkami latinska črka Z.

Kaj določa toplotno kapaciteto telesa? Najprej od njegove mase. Jasno je, da bo segrevanje na primer 1 kilograma vode zahtevalo več toplote kot segrevanje 200 gramov.

Kaj pa vrsta snovi? Naredimo poskus. Vzamemo dve enaki posodi in tako, da v eno nalijemo vodo, ki tehta 400 g, v drugo pa rastlinsko olje, ki tehta 400 g, ju začnemo segrevati s pomočjo enakih gorilnikov. Z opazovanjem odčitkov termometrov bomo ugotovili, da se olje hitro segreje. Da se voda in olje segrejeta na enako temperaturo, je treba vodo segrevati dlje. A dlje ko segrevamo vodo, več toplote prejme od gorilnika.

Tako so za segrevanje iste mase različnih snovi na isto temperaturo potrebne različne količine toplote. Količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, in posledično njegova toplotna kapaciteta sta odvisni od vrste snovi, iz katere je to telo sestavljeno.

Tako je na primer za povečanje temperature vode z maso 1 kg za 1 ° C potrebna količina toplote, ki je enaka 4200 J, in za segrevanje enake mase sončničnega olja za 1 ° C, količina potrebna je toplota 1700 J.

Fizikalna količina, ki kaže, koliko toplote je potrebno za segrevanje 1 kg snovi za 1 ºС, se imenuje Specifična toplota to snov.

Vsaka snov ima svojo specifično toplotno kapaciteto, ki jo označujemo z latinsko črko c in merimo v džulih na kilogram stopinj (J / (kg ° C)).

Specifična toplotna kapaciteta iste snovi je različna agregatna stanja(trdno, tekoče in plinasto) je različno. Na primer, specifična toplotna kapaciteta vode je 4200 J/(kg ºС), specifična toplotna kapaciteta ledu pa 2100 J/(kg ºС); aluminij v trdnem stanju ima specifično toplotno kapaciteto 920 J/(kg - °C), v tekočem stanju pa 1080 J/(kg - °C).

Upoštevajte, da ima voda zelo visoko specifično toplotno kapaciteto. Zato voda v morjih in oceanih, ki se poleti segreje, absorbira iz zraka veliko število toplota. Zaradi tega v tistih krajih, ki se nahajajo v bližini velikih vodnih teles, poletje ni tako vroče kot v krajih, ki so daleč od vode.

Izračun količine toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali ki jo telo sprosti pri ohlajanju.

Iz navedenega je razvidno, da je količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, odvisna od vrste snovi, iz katere je telo sestavljeno (to je njena specifična toplotna kapaciteta) in od mase telesa. Jasno je tudi, da je količina toplote odvisna od tega, za koliko stopinj bomo povišali telesno temperaturo.

Če želite torej določiti količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali jo sprosti med hlajenjem, morate specifično toploto telesa pomnožiti z njegovo maso in razliko med njegovo končno in začetno temperaturo:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Kje Q- količino toplote, c je specifična toplotna kapaciteta, m- telesna masa, t 1 - začetna temperatura, t 2 je končna temperatura.

Ko se telo segreje t 2 > t 1 in zato Q > 0 . Ko je telo ohlajeno t 2in< t 1 in zato Q< 0 .

Če je znana toplotna kapaciteta celega telesa Z, Q se določi s formulo:

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

V tej lekciji se bomo naučili izračunati količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali njegovo sproščanje, ko se ohladi. Da bi to naredili, bomo povzeli znanje, pridobljeno v prejšnjih lekcijah.

Poleg tega se bomo naučili, kako s formulo za količino toplote izraziti preostale količine iz te formule in jih izračunati ob poznavanju drugih količin. Obravnavan bo tudi primer problema z rešitvijo za izračun količine toplote.

Ta lekcija je namenjena izračunu količine toplote, ko se telo segreje ali sprosti pri ohlajanju.

Sposobnost izračuna potrebne količine toplote je zelo pomembna. To je lahko potrebno na primer pri izračunu količine toplote, ki jo je treba prenesti na vodo za ogrevanje prostora.

riž. 1. Količina toplote, ki jo je treba prijaviti vodi za ogrevanje prostora

Ali za izračun količine toplote, ki se sprosti pri zgorevanju goriva v različnih motorjih:

riž. 2. Količina toplote, ki se sprosti pri zgorevanju goriva v motorju

Tudi to znanje je potrebno na primer za določitev količine toplote, ki jo sprosti Sonce in zadene Zemljo:

riž. 3. Količina toplote, ki jo sprosti Sonce in pade na Zemljo

Za izračun količine toplote morate vedeti tri stvari (slika 4):

• telesna teža (ki jo običajno lahko izmerimo s tehtnico);
• temperaturna razlika, s katero je potrebno telo ogreti ali ohladiti (običajno merjeno s termometrom);
• specifična toplotna kapaciteta telesa (ki jo lahko določimo iz tabele).

riž. 4. Kaj morate vedeti za določitev

Formula za izračun količine toplote je naslednja:

Ta formula vsebuje naslednje količine:

Količina toplote, merjena v joulih (J);

Specifična toplotna kapaciteta snovi, merjena v;

- temperaturna razlika, merjena v stopinjah Celzija ().

Razmislite o problemu izračuna količine toplote.

Naloga

Bakren kozarec z maso gramov vsebuje vodo s prostornino en liter pri temperaturi . Koliko toplote je treba prenesti na kozarec vode, da postane njegova temperatura enaka?

riž. 5. Ponazoritev pogoja problema

Najprej napišemo kratek pogoj ( dano) in pretvorite vse količine v mednarodni sistem (SI).

rešitev:

Najprej določite, katere druge količine potrebujemo za rešitev tega problema. Glede na tabelo specifične toplotne kapacitete (tabela 1) ugotovimo (specifična toplotna kapaciteta bakra, saj je po pogoju steklo baker), (specifična toplotna kapaciteta vode, saj je po pogoju v kozarcu voda). Poleg tega vemo, da za izračun količine toplote potrebujemo maso vode. Po pogoju nam je dana le glasnost. Zato vzamemo gostoto vode iz tabele: (Tabela 2).

Tab. 1. Specifična toplotna kapaciteta nekaterih snovi,

Tab. 2. Gostote nekaterih tekočin

Zdaj imamo vse, kar potrebujemo za rešitev tega problema.

Upoštevajte, da bo skupna količina toplote sestavljena iz vsote količine toplote, potrebne za segrevanje bakrenega stekla, in količine toplote, potrebne za segrevanje vode v njem:

Najprej izračunamo količino toplote, potrebno za segrevanje bakrenega stekla:

Preden izračunamo količino toplote, potrebno za ogrevanje vode, izračunamo maso vode po formuli, ki nam je znana iz 7. razreda:

Zdaj lahko izračunamo:

Potem lahko izračunamo:

Spomnite se, kaj pomeni: kilodžulov. Predpona "kilogram" pomeni .

odgovor:.

Za lažje reševanje problemov iskanja količine toplote (tako imenovani neposredni problemi) in količin, povezanih s tem konceptom, lahko uporabite naslednjo tabelo.