Mokymo tikslas: Supažindinti su šilumos kiekio ir savitosios šiluminės talpos sąvokomis.
Ugdomasis tikslas: Ugdyti sąmoningumą; mokyti mąstyti, daryti išvadas.
1. Temos atnaujinimas
2. Naujos medžiagos paaiškinimas. 50 minučių
Jau žinote, kad vidinė kūno energija gali keistis tiek dirbant, tiek perduodant šilumą (neatliekant darbo).
Energija, kurią kūnas gauna arba praranda šilumos perdavimo metu, vadinama šilumos kiekiu. (rašyti į sąsiuvinį)
Tai reiškia, kad šilumos kiekio matavimo vienetai taip pat yra džauliai ( J).
Atliekame eksperimentą: dvi stiklinės vienoje 300 g vandens, o kitoje 150 g ir geležinis cilindras, sveriantis 150 g. Abi stiklinės dedamos ant tos pačios plytelės. Po kurio laiko termometrai parodys, kad vanduo inde, kuriame yra kūnas, įšyla greičiau.
Tai reiškia, kad pašildyti 150 g geležies reikia mažiau šilumos nei pašildyti 150 g vandens.
Kūnui perduodamos šilumos kiekis priklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas kūnas. (rašyti į sąsiuvinį)
Siūlome klausimą: ar vienodos masės, bet iš skirtingų medžiagų susidedantiems kūnams pašildyti iki tos pačios temperatūros reikia tiek pat šilumos?
Atliekame eksperimentą su Tyndall prietaisu specifinei šiluminei galiai nustatyti.
Darome išvadą: skirtingų medžiagų, bet tos pačios masės kūnai atvėsę išsiskiria, o kaitinant vienodu laipsnių skaičiumi reikalauja skirtingo šilumos kiekio.
Darome išvadas:
1. Vienodos masės kūnams, susidedantiems iš skirtingų medžiagų, pašildyti iki vienodos temperatūros reikalingas skirtingas šilumos kiekis.
2. Vienodos masės kūnai, susidedantys iš skirtingų medžiagų ir įkaitinti iki vienodos temperatūros. Atvėsus tiek pat laipsnių, išsiskiria kitoks šilumos kiekis.
Darome tokią išvadą šilumos kiekis, reikalingas vienam laipsniui skirtingų medžiagų masės vienetui pašildyti, bus skirtingas.
Pateikiame specifinės šilumos apibrėžimą.
Fizinis dydis, kuris skaitine prasme yra lygus šilumos kiekiui, kuris turi būti perduotas 1 kg sveriančiam kūnui, kad jo temperatūra pasikeistų 1 laipsniu, vadinamas savitoji medžiagos šiluminė talpa.
Įvedame savitosios šiluminės talpos matavimo vienetą: 1J / kg * laipsnis.
Fizinė termino reikšmė : savitoji šiluma parodo, kiek pakinta 1 g (kg) medžiagos vidinė energija, kai ji kaitinama arba atšaldoma 1 laipsniu.
Apsvarstykite kai kurių medžiagų specifinių šiluminių pajėgumų lentelę.
Problemą išsprendžiame analitiškai
Kiek šilumos reikia pašildyti stiklinę vandens (200 g) nuo 20 0 iki 70 0 C.
Šildymui 1 g 1 g Reikalingas - 4,2 J.
O 200 g pašildyti 1 g reikės dar 200 - 200 * 4,2 J.
O norint pašildyti 200 g (70 0 -20 0), reikės daugiau (70-20) daugiau - 200 * (70-20) * 4,2 J
Pakeitę duomenis, gauname Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.
Parašykime gautą formulę pagal atitinkamas reikšmes
4. Kas lemia šilumos kiekį, kurį organizmas gauna kaitinant?
Atkreipkite dėmesį, kad šilumos kiekis, reikalingas kūnui sušildyti, yra proporcingas kūno svoriui ir jo temperatūros pokyčiui.
Yra du vienodos masės cilindrai: geležinis ir žalvaris. Ar reikia vienodo šilumos kiekio, norint juos sušildyti tokiu pačiu laipsnių skaičiumi? Kodėl?
Kiek šilumos reikia pašildyti 250 g vandens nuo 20 o iki 60 o C.
Koks yra kalorijų ir džaulio santykis?
Kalorijos – tai šilumos kiekis, reikalingas 1 g vandens pašildyti 1 laipsniu.
1 cal = 4,19 = 4,2 J
1 kcal = 1000 kalorijų
1kcal = 4190J = 4200J
3. Problemų sprendimas. 28 minutes
Jei švino, alavo ir plieno balionai, pakaitinti verdančiame vandenyje, sveriantys 1 kg, uždėti ant ledo, jie atvės, o dalis ledo po jais ištirps. Kaip pasikeis vidinė cilindrų energija? Po kuriuo iš cilindrų ištirps daugiau ledo, po kuriuo mažiau?
Šildomas akmuo, sveriantis 5 kg. Atvėsęs vandenyje 1 laipsniu, jis perduoda jam 2,1 kJ energijos. Kokia yra specifinė akmens šiluma?
Gesinant kaltą, jis iš pradžių buvo įkaitintas iki 650 0, po to panardinamas į aliejų, kur atšaldomas iki 50 0 C. Koks šilumos kiekis išsiskyrė, jei jo masė 500 g.
Koks šilumos kiekis buvo išleistas kaitinant nuo 20 0 iki 1220 0 C. 35 kg svorio kompresoriaus alkūninio veleno plieno ruošinį.
Savarankiškas darbas
Koks šilumos perdavimas?
Mokiniai užpildo lentelę.
- Oras patalpoje šildomas per sienas.
- Pro atvirą langą, pro kurį patenka šiltas oras.
- Per stiklą, per kurį prasiskverbia saulės spinduliai.
- Žemę šildo saulės spinduliai.
- Skystis kaitinamas ant viryklės.
- Plieninis šaukštas šildomas arbata.
- Oras šildomas žvake.
- Dujos juda aplink šilumą gaminančias mašinos dalis.
- Kulkosvaidžio vamzdžio šildymas.
- Verdantis pienas.
5. Namų darbai: A. Peryškinas. „Fizika 8“ § 7, 8; problemų rinkinys 7-8 Lukašikas V.I. Nr.778-780, 792.793 2 min.
« Fizika – 10 klasė
Kokiuose procesuose vyksta agreguotos medžiagos transformacijos?
Kaip galite pakeisti medžiagos agregacijos būseną?
Bet kurio kūno vidinę energiją galite pakeisti dirbdami, šildydami arba, priešingai, vėsindami.
Taigi, kaliojant metalą, atliekamas darbas, jis įkaista, tuo pačiu metu metalas gali būti kaitinamas virš degančios liepsnos.
Taip pat, jei pataisote stūmoklį (13.5 pav.), tai kaitinant dujų tūris nekinta ir darbas neatliekamas. Tačiau didėja dujų temperatūra, taigi ir jų vidinė energija.
Vidinė energija gali didėti ir mažėti, todėl šilumos kiekis gali būti teigiamas ir neigiamas.
Energijos perkėlimas iš vieno kūno į kitą neatliekant darbo vadinamas procesas šilumos mainai.
Vadinamas kiekybinis vidinės energijos kitimo šilumos mainų metu matas šilumos kiekis.
Šilumos perdavimo molekulinis vaizdas.
Šilumos mainų metu kūnų sąsajoje vyksta lėtai judančių šalto kūno molekulių sąveika su greitai judančiomis karšto kūno molekulėmis. Dėl to molekulių kinetinės energijos išsilygina ir šalto kūno molekulių greičiai didėja, o karšto – mažėja.
Šilumos mainų metu energija nevirsta iš vienos formos į kitą, dalis labiau šildomo kūno vidinės energijos perduodama mažiau šildomam kūnui.
Šilumos kiekis ir šiluminė talpa.
Jūs jau žinote, kad norint pašildyti m masės kūną nuo temperatūros t 1 iki temperatūros t 2, turite jam perduoti šilumos kiekį:
Q = cm (t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)
Kai kūnas atvėsta, jo galutinė temperatūra t 2 pasirodo esanti mažesnė už pradinę temperatūrą t 1, o kūno išskiriamas šilumos kiekis yra neigiamas.
Koeficientas c formulėje (13.5) vadinamas specifinė šiluma medžiagų.
Specifinė šiluma yra vertė, skaitinė, lygi šilumos kiekiui, kurį gauna arba išskiria 1 kg masės medžiaga, kai jos temperatūra pasikeičia 1 K.
Dujų savitoji šiluminė talpa priklauso nuo šilumos perdavimo proceso. Jei dujos kaitinamos esant pastoviam slėgiui, jos išsiplės ir veiks. Norint pašildyti dujas 1 ° C esant pastoviam slėgiui, jos turi perduoti daugiau šilumos, nei šildyti pastoviu tūriu, kai dujos bus tik šildomos.
Skysčiai ir kietos medžiagos kaitinant šiek tiek plečiasi. Jų savitosios šiluminės talpos esant pastoviam tūriui ir pastoviam slėgiui mažai skiriasi.
Savitoji garavimo šiluma.
Norint verdant skystį paversti garais, į jį reikia perduoti tam tikrą šilumos kiekį. Skysčio temperatūra virimo metu nekinta. Skysčio pavertimas garais pastovioje temperatūroje nepadidėja molekulių kinetinė energija, tačiau kartu padidėja jų sąveikos potenciali energija. Juk vidutinis atstumas tarp dujų molekulių yra daug didesnis nei tarp skysčių molekulių.
Dydis, skaičiais lygus šilumos kiekiui, reikalingam pastovioje temperatūroje 1 kg sveriančiam skysčiui virsti garais vadinamas specifinė garavimo šiluma.
Skysčio garavimo procesas vyksta bet kurioje temperatūroje, o greičiausios molekulės palieka skystį, o garuodamas jis atšąla. Savitoji garavimo šiluma lygi specifinei garavimo šilumai.
Ši vertė žymima raide r ir išreiškiama džauliais kilogramui (J / kg).
Savitoji vandens garavimo šiluma yra labai didelė: r Н20 = 2,256 10 6 J / kg 100 ° C temperatūroje. Kitų skysčių, pavyzdžiui, alkoholio, eterio, gyvsidabrio, žibalo, savitoji garavimo šiluma yra 3–10 kartų mažesnė nei vandens.
Norint m masės skystį paversti garais, reikalingas šilumos kiekis, lygus:
Q p = rm. (13.6)
Kai kondensuojasi garai, išsiskiria tiek pat šilumos:
Q iki = -rm. (13.7)
Savitoji sintezės šiluma.
Kai kristalinis kūnas ištirpsta, visa jam tiekiama šiluma padidina potencialią molekulių sąveikos energiją. Molekulių kinetinė energija nekinta, nes lydymas vyksta pastovioje temperatūroje.
Dydis, skaičiais lygus šilumos kiekiui, reikalingam kristalinei medžiagai, sveriančia 1 kg lydymosi temperatūroje, virsti skysčiu vadinamas specifinė sintezės šiluma ir žymimas raide λ.
Kristalizuojasi 1 kg sveriančiai medžiagai, išsiskiria lygiai tiek pat šilumos, kiek sugeriama lydymosi metu.
Ledo lydymosi savitoji šiluma gana didelė: 3,34 10 5 J/kg.
„Jei ledas neturėtų aukšto tirpimo karščio, tai pavasarį visa ledo masė turėtų ištirpti per kelias minutes ar sekundes, nes šiluma iš oro nuolat perduodama ledui. To pasekmės būtų siaubingos; juk net ir esant dabartinei situacijai, tirpstant didelėms ledo ar sniego masėms kyla dideli potvyniai ir stiprūs vandens srautai. R. Juodasis, XVIII a.
Norint išlydyti m masės kristalinį kūną, reikalingas šilumos kiekis, lygus:
Q pl = λm. (13.8)
Kūno kristalizacijos metu išsiskiriančios šilumos kiekis yra lygus:
Q cr = -λm (13,9)
Šilumos balanso lygtis.
Panagrinėkime šilumos mainus sistemoje, susidedančioje iš kelių kūnų, kurių iš pradžių temperatūra skiriasi, pavyzdžiui, šilumos mainai tarp vandens inde ir į vandenį įmesto įkaitusio geležies rutulio. Pagal energijos tvermės dėsnį, vieno kūno išskiriamas šilumos kiekis skaitine prasme yra lygus kito kūno gaunamai šilumos kiekiui.
Pateiktas šilumos kiekis laikomas neigiamu, o gautas šilumos kiekis – teigiamas. Todėl bendras šilumos kiekis Q1 + Q2 = 0.
Jei šilumos mainai vyksta tarp kelių izoliuotoje sistemoje esančių kūnų, tai
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Lygtis (13.10) vadinama šilumos balanso lygtis.
Čia Q 1 Q 2, Q 3 – kūnų gaunamos arba išleidžiamos šilumos kiekis. Šie šilumos kiekiai išreiškiami formule (13.5) arba formulėmis (13.6) - (13.9), jeigu šilumos mainų procese vyksta įvairios medžiagos fazinės transformacijos (lydymasis, kristalizacija, garavimas, kondensacija).
Balione esančių dujų vidinę energiją galima keisti ne tik atliekant darbus, bet ir kaitinant dujas (43 pav.). Jei stūmoklis yra fiksuotas, dujų tūris nesikeis, tačiau padidės temperatūra, taigi ir vidinė energija.
Energijos perkėlimas iš vieno kūno į kitą neatliekant darbo vadinamas šilumos perdavimu arba šilumos perdavimu.
Energija, perduodama kūnui dėl šilumos mainų, vadinama šilumos kiekiu. Šilumos kiekis dar vadinamas energija, kurią organizmas atsisako šilumos mainų procese.
Šilumos perdavimo molekulinis vaizdas.Šilumos mainų metu kūnų sąsajoje vyksta lėtai judančių šalto kūno molekulių sąveika su greičiau judančiomis karšto kūno molekulėmis. Dėl to kinetinės energijos
molekulės susilygina ir šalto kūno molekulių greičiai didėja, o karšto kūno greitis mažėja.
Šilumos mainų metu nevyksta energijos transformacija iš vienos formos į kitą: dalis karšto kūno vidinės energijos perduodama šaltam kūnui.
Šilumos kiekis ir šiluminė talpa. Iš VII klasės fizikos kurso žinoma, kad norint sušildyti kūną, kurio masė yra nuo temperatūros iki temperatūros, būtina jį informuoti apie šilumos kiekį
Kai kūnas atvėsta, jo galutinė temperatūra yra žemesnė nei pradinė, o kūno išskiriamas šilumos kiekis yra neigiamas.
Koeficientas c formulėje (4.5) vadinamas savitoji šiluma. Savitoji šiluma – tai šilumos kiekis, kurį gauna arba išskiria 1 kg medžiagos, kai jos temperatūra pasikeičia 1 K-
Savitoji šiluma išreiškiama džauliais, padalijus iš kilogramų ir kelvinų. Skirtingiems kūnams reikia nevienodo energijos kiekio, kad temperatūra padidėtų I K. Taigi vandens ir vario savitoji šiluminė talpa
Specifinė šiluminė talpa priklauso ne tik nuo medžiagos savybių, bet ir nuo proceso, kuriame vyksta šilumos perdavimas.Jei kaitinsite dujas esant pastoviam slėgiui, tada jos išsiplės ir dirbs. Norint pašildyti dujas 1 ° C temperatūroje esant pastoviam slėgiui, joms reikės perduoti daugiau šilumos nei šildyti esant pastoviam tūriui.
Skystieji ir kietieji kūnai kaitinant šiek tiek plečiasi, o jų savitosios šiluminės talpos esant pastoviam tūriui ir pastoviam slėgiui mažai skiriasi.
Savitoji garavimo šiluma. Norint skystį paversti garais, būtina į jį perduoti tam tikrą šilumos kiekį. Skysčio temperatūra šios transformacijos metu nekinta. Skysčio pavertimas garais pastovioje temperatūroje nepadidėja molekulių kinetinė energija, bet kartu didėja jų potenciali energija. Juk vidutinis atstumas tarp dujų molekulių yra daug kartų didesnis nei tarp skysčių molekulių. Be to, padidėjus tūriui medžiagai pereinant iš skystos į dujinę būseną, reikia dirbti prieš išorinio slėgio jėgas.
Šilumos kiekis, reikalingas pastovioje temperatūroje 1 kg skysčio paversti garais, vadinamas
specifinė garavimo šiluma. Ši vertė žymima raide ir išreiškiama džauliais kilogramui.
Specifinė vandens garavimo šiluma yra labai didelė: 100 ° C temperatūroje. Kitų skysčių (alkoholio, eterio, gyvsidabrio, žibalo ir kt.) savitoji garavimo šiluma yra 3-10 kartų mažesnė.
Norint paversti skystą masę į garus, reikalingas šilumos kiekis, lygus:
Kai kondensuojasi garai, išsiskiria tiek pat šilumos:
Savitoji sintezės šiluma. Kai kristalinis kūnas ištirpsta, visa jam tiekiama šiluma eina molekulių potencialios energijos didinimui. Molekulių kinetinė energija nekinta, nes lydymas vyksta pastovioje temperatūroje.
Šilumos A kiekis, reikalingas 1 kg kristalinės medžiagos lydymosi temperatūroje paversti tokios pat temperatūros skysčiu, vadinamas specifine lydymosi šiluma.
1 kg medžiagos kristalizacijos metu išsiskiria lygiai tiek pat šilumos. Ledo lydymosi savitoji šiluma yra gana didelė:
Norint išlydyti kristalinį kūną su mase, reikalingas šilumos kiekis, lygus:
Kūno kristalizacijos metu išsiskiriančios šilumos kiekis yra lygus:
1. Kas vadinamas šilumos kiekiu? 2. Nuo ko priklauso medžiagų savitoji šiluminė talpa? 3. Kas vadinama specifine garavimo šiluma? 4. Kas vadinama specifine sintezės šiluma? 5. Kokiais atvejais perduotos šilumos kiekis yra neigiamas?
Šioje pamokoje išmoksime apskaičiuoti šilumos kiekį, reikalingą kūnui sušildyti arba jo išskiriamą jam vėsstant. Norėdami tai padaryti, apibendrinsime žinias, kurios buvo įgytos ankstesnėse pamokose.
Be to, išmoksime panaudoti šilumos kiekio formulę likusiems dydžiams išreikšti iš šios formulės ir juos apskaičiuoti, žinodami kitus dydžius. Taip pat bus atsižvelgta į problemos, susijusios su šilumos kiekio skaičiavimo sprendimu, pavyzdys.
Ši pamoka skirta apskaičiuoti šilumos kiekį, kai kūnas įkaista arba išskiriamas, kai jis vėsinamas.
Galimybė apskaičiuoti reikiamą šilumos kiekį yra labai svarbi. To gali prireikti, pavyzdžiui, apskaičiuojant šilumos kiekį, kuris turi būti tiekiamas vandeniui patalpai šildyti.
Ryžiai. 1. Šilumos kiekis, kuris turi būti tiekiamas į vandenį patalpai šildyti
Arba apskaičiuoti šilumos kiekį, kuris išsiskiria deginant degalus įvairiuose varikliuose:
Ryžiai. 2. Šilumos kiekis, išsiskiriantis deginant degalus variklyje
Be to, šios žinios reikalingos, pavyzdžiui, norint nustatyti šilumos kiekį, kurį išskiria Saulė ir patenka į Žemę:
Ryžiai. 3. Šilumos kiekis, kurį išskiria Saulė ir patenka į Žemę
Norėdami apskaičiuoti šilumos kiekį, turite žinoti tris dalykus (4 pav.):
- kūno svoris (kuris dažniausiai gali būti matuojamas svarstyklėmis);
- temperatūrų skirtumas, iki kurio reikia sušildyti kūną arba jį vėsinti (dažniausiai matuojamas termometru);
- savitoji kūno šiluma (kurią galima nustatyti iš lentelės).
Ryžiai. 4. Ką reikia žinoti norint nustatyti
Formulė, pagal kurią apskaičiuojamas šilumos kiekis, atrodo taip:
Šioje formulėje pateikiami šie dydžiai:
Šilumos kiekis, matuojamas džauliais (J);
Medžiagos savitoji šiluma, išmatuota;
- temperatūros skirtumas, matuojamas Celsijaus laipsniais ().
Apsvarstykite šilumos kiekio apskaičiavimo problemą.
Užduotis
Gramą sveriančiame variniame stikle yra litro tūrio vandens temperatūroje. Kiek šilumos turi būti perduota stiklinei vandens, kad jos temperatūra taptų vienoda?
Ryžiai. 5. Problemos teiginio iliustracija
Pirmiausia užrašome trumpą sąlygą ( Duota) ir išverskite visas reikšmes į tarptautinę sistemą (SI).
|
Duota: |
SI |
|
|
Rasti: |
Sprendimas:
Pirmiausia nustatykite, kokių kitų dydžių mums reikia šiai problemai išspręsti. Pagal savitosios šiluminės talpos lentelę (1 lentelė) randame (vario savitoji šiluminė talpa, nes pagal būklę stiklas yra varis), (vandens savitoji šiluminė talpa, nes pagal būklę stikle yra vandens ). Be to, žinome, kad šilumos kiekiui apskaičiuoti reikia vandens masės. Pagal sąlygą mums suteikiamas tik tūris. Todėl vandens tankį imame iš lentelės: (2 lentelė).
Skirtukas. 1. Kai kurių medžiagų savitoji šiluma,
Skirtukas. 2. Kai kurių skysčių tankiai
Dabar turime viską, ko reikia šiai problemai išspręsti.
Atkreipkite dėmesį, kad bendras šilumos kiekis susideda iš šilumos kiekio, reikalingo variniam stiklui pašildyti, ir šilumos kiekio, reikalingo jame esančiam vandeniui pašildyti, sumos:
Pirmiausia apskaičiuokime šilumos kiekį, reikalingą variniam stiklui pašildyti:
Prieš skaičiuodami šilumos kiekį, reikalingą vandeniui pašildyti, apskaičiuokime vandens masę pagal mums gerai žinomą nuo 7 klasės formulę:
Dabar galime apskaičiuoti:
Tada galime apskaičiuoti:
Priminkime, ką reiškia: kilodžauliai. Priešdėlis „kilo“ reiškia, tai yra 
.
Atsakymas:.
Kad būtų patogiau išspręsti šilumos kiekio (vadinamosios tiesioginės problemos) ir kiekių, susijusių su šia sąvoka, problemas, galite naudoti šią lentelę.
|
Ieškoma vertė |
Paskyrimas |
Vienetai |
Pagrindinė formulė |
Kiekio formulė |
|
Šilumos kiekis |
1. Vidinės energijos pokyčiui atliekant darbą būdingas darbo kiekis, t.y. darbas yra vidinės energijos kitimo tam tikrame procese matas. Kūno vidinės energijos pokytis šilumos perdavimo metu apibūdinamas dydžiu, vadinamu šilumos kiekis.
Šilumos kiekis – tai kūno vidinės energijos pokytis šilumos perdavimo procese neatliekant darbo.
Šilumos kiekis žymimas raide \ (Q \). Kadangi šilumos kiekis yra vidinės energijos kitimo matas, jo vienetas yra džaulis (1 J).
Perduodant tam tikrą šilumos kiekį kūnui neatliekant darbo, jo vidinė energija didėja, jei kūnas atiduoda tam tikrą šilumos kiekį, tai jo vidinė energija mažėja.
2. Jei į du identiškus indus supilsite 100 g vandens, o į kitą – 400 g tokios pat temperatūros ir padėsite ant tų pačių degiklių, tai pirmame inde vanduo užvirs anksčiau. Taigi, kuo didesnė kūno masė, tuo daugiau šilumos reikia jam sušildyti. Tas pats ir su vėsinimu: didesnės masės kūnas vėsdamas išskiria daugiau šilumos. Šie kūnai yra pagaminti iš tos pačios medžiagos ir yra šildomi arba vėsinami tiek pat laipsnių.
3. Jei dabar 100 g vandens pakaitinama nuo 30 iki 60 °C, t.y. iki 30 ° С, o po to iki 100 ° С, t.y. 70 ° C, tada pirmuoju atveju prireiks mažiau laiko pašildyti nei antruoju ir atitinkamai pašildyti vandenį 30 ° C, bus sunaudota mažiau šilumos nei šildyti vandenį 70 ° C. . Taigi šilumos kiekis yra tiesiogiai proporcingas skirtumui tarp galutinės \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \) ir pradinės \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) temperatūrų: \ (Q \ sim (t_2- t_1) \).
4. Jei dabar į vieną indą supilsite 100 g vandens, o į kitą tokio pat tipo indą įpilsite šiek tiek vandens ir įdėsite į jį tokį metalinį korpusą, kad jo masė ir vandens masė būtų 100 g, ir indus kaitintumėte ant vienodo plyteles, tada pamatysite, kad inde, kuriame yra tik vanduo, temperatūra bus žemesnė nei toje, kurioje yra vanduo, ir metalinis korpusas. Todėl, kad abiejų indų turinio temperatūra būtų vienoda, į vandenį turi būti perduota daugiau šilumos nei į vandenį ir metalinį korpusą. Taigi, šilumos kiekis, reikalingas kūnui pašildyti, priklauso nuo medžiagos, iš kurios šis kūnas pagamintas, rūšies.
5. Kūnui pašildyti reikalingos šilumos kiekio priklausomybė nuo medžiagos rūšies apibūdinama fizikiniu dydžiu, vadinamu specifinė medžiagos šiluma.
Fizinis dydis, lygus šilumos kiekiui, kuris turi būti perduodamas 1 kg medžiagos, kad ji įkaistų 1 °C (arba 1 K), vadinamas savitoji medžiagos šiluminė talpa.
Tiek pat šilumos išskiria 1 kg medžiagos, atvėsusios iki 1 °C.
Savitoji šiluma žymima raide \ (c \). Savitosios šiluminės talpos vienetas yra 1 J / kg ° C arba 1 J / kg K.
Medžiagų savitosios šiluminės talpos vertės nustatomos eksperimentiškai. Skysčiai turi didesnę savitąją šilumą nei metalai; vanduo turi didžiausią savitąją šilumą, auksas turi labai mažą savitąją šilumą.
Savitoji švino šiluminė talpa yra 140 J / kg ° C. Tai reiškia, kad norint pašildyti 1 kg švino 1 ° C, reikia išleisti 140 J šilumos kiekį. Tiek pat šilumos išsiskirs ir 1 kg vandens atvėsus 1 °C.
Kadangi šilumos kiekis lygus kūno vidinės energijos pokyčiui, tai galima teigti, kad savitoji šiluminė talpa parodo, kiek pakinta 1 kg medžiagos vidinė energija, kai jos temperatūra pasikeičia 1 °C. Visų pirma, 1 kg švino vidinė energija, kai jis pakaitintas 1 ° C, padidėja 140 J, o atvėsus sumažėja 140 J.
Šilumos kiekis \ (Q \), reikalingas kūno masės \ (m \) pašildymui nuo temperatūros \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) iki temperatūros \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \ ), yra lygus medžiagos savitosios šiluminės talpos, kūno masės ir skirtumo tarp galutinės ir pradinės temperatūros sandaugai, t.
\ [Q = cm (t_2 () ^ \ circ-t_1 () ^ \ circ) \]
Ta pati formulė naudojama apskaičiuojant šilumos kiekį, kurį kūnas išskiria vėsdamas. Tik tokiu atveju iš pradinės temperatūros reikia atimti galutinę temperatūrą, t.y. atimti žemesnę iš aukštesnės temperatūros vertės.
6. Problemos sprendimo pavyzdys... Į stiklinę, kurioje yra 200 g 80 ° C temperatūros vandens, įpilama 100 g 20 ° C temperatūros vandens. Po to indo temperatūra buvo nustatyta 60 ° C. Kiek šilumos gavo šaltas vanduo ir atiduoda karštas vanduo?
Spręsdami problemą, turite atlikti šią veiksmų seką:
- trumpai užrašykite problemos būklę;
- Konvertuoti dydžių reikšmes į SI;
- analizuoti problemą, nustatyti, kurie kūnai dalyvauja šilumos mainuose, kurie duoda energiją, o kurie gauna;
- išspręsti problemą apskritai;
- atlikti skaičiavimus;
- analizuoti gautą atsakymą.
1. Užduotis.
Duota:
\ (M_1 \) = 200 g
\ (M_2 \) = 100 g
\ (T_1 \) = 80 °C
\ (T_2 \) = 20 ° С
\ (T \) = 60 ° С
______________
\ (Q_1 \) –? \ (Q_2 \) –?
\ (C_1 \) = 4200 J / kg ° С
2. SI:\ (M_1 \) = 0,2 kg; \ (M_2 \) = 0,1 kg.
3. Problemos analizė... Problema apibūdina šilumos mainų tarp karšto ir šalto vandens procesą. Karštas vanduo išskiria šilumos kiekį \ (Q_1 \) ir atšaldomas nuo temperatūros \ (t_1 \) iki temperatūros \ (t \). Šaltas vanduo gauna šilumos kiekį \ (Q_2 \) ir įkaista nuo temperatūros \ (t_2 \) iki temperatūros \ (t \).
4. Bendras problemos sprendimas... Karšto vandens išskiriamas šilumos kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: \ (Q_1 = c_1m_1 (t_1-t) \).
Šalto vandens gaunamas šilumos kiekis apskaičiuojamas pagal formulę: \ (Q_2 = c_2m_2 (t-t_2) \).
5.
Skaičiavimai.
\ (Q_1 \) = 4200 J / kg °C 0,2 kg 20 °C = 16800 J
\ (Q_2 \) = 4200 J / kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J
6. Atsakant buvo nustatyta, kad karšto vandens išskiriamas šilumos kiekis yra lygus šalto vandens gaunamai šilumos kiekiui. Tuo pačiu metu buvo svarstoma idealizuota situacija ir neatsižvelgta į tai, kad tam tikras šilumos kiekis buvo sunaudojamas stiklui, kuriame buvo vanduo, ir aplinkiniam orui šildyti. Tačiau iš tikrųjų karšto vandens išskiriamas šilumos kiekis yra didesnis nei šalto vandens gaunamos šilumos kiekis.
1 dalis
1. Sidabro savitoji šiluminė talpa yra 250 J / (kg ° C). Ką tai reiškia?
1) kai 1 kg sidabro atvėsta 250 ° C temperatūroje, išsiskiria 1 J šilumos kiekis
2) kai 250 kg sidabro atšąla 1 ° C temperatūroje, išsiskiria 1 J šilumos kiekis
3) aušinant 250 kg sidabro per 1 °C, šilumos kiekis sugeriamas 1 J
4) 1 kg sidabro atvėsus 1 °C temperatūroje išsiskiria 250 J šilumos
2. Savitoji cinko šiluminė talpa yra 400 J / (kg ° C). Tai reiškia kad
1) kai 1 kg cinko kaitinama 400 ° C temperatūroje, jo vidinė energija padidėja 1 J
2) kai 400 kg cinko kaitinama 1 ° C, jo vidinė energija padidėja 1 J
3) norint pašildyti 400 kg cinko 1 ° C temperatūroje, reikia išleisti 1 J energijos
4) 1 kg cinko įkaitinus 1 °C, jo vidinė energija padidėja 400 J
3. Perkeliant į kietą kūno masės \ (m \) šilumos kiekį \ (Q \), kūno temperatūra padidėjo \ (\ Delta t ^ \ circ \). Kuris iš šių posakių lemia šio kūno medžiagos savitąją šilumą?
1) \ (\ frac (m \ Delta t ^ \ circ) (Q) \)
2) \ (\ frac (Q) (m \ Delta t ^ \ circ) \)
3) \ (\ frac (Q) (\ Delta t ^ \ circ) \)
4) \ (Qm \ Delta t ^ \ circ \)
4. Paveiksle parodytas šilumos kiekio, reikalingo dviem tos pačios masės kūnams (1 ir 2) pašildyti, priklausomybės nuo temperatūros grafikas. Palyginkite medžiagų, iš kurių gaminami šie kūnai, savitosios šilumos (\ (c_1 \) ir \ (c_2 \)) vertes.
1) \ (c_1 = c_2 \)
2) \ (c_1> c_2 \)
3) \ (c_1
5. Diagramoje parodytos šilumos, perduodamos dviem vienodos masės kūnams, vertės, kai jų temperatūra pasikeičia tuo pačiu laipsnių skaičiumi. Koks yra teisingas medžiagų, iš kurių gaminami kūnai, specifinių šiluminių talpų santykis?
1) \ (c_1 = c_2 \)
2) \ (c_1 = 3c_2 \)
3) \ (c_2 = 3c_1 \)
4) \ (c_2 = 2c_1 \)
6. Paveiksle pavaizduotas kietosios medžiagos temperatūros priklausomybės nuo jai suteikiamo šilumos kiekio grafikas. Kūno svoris 4 kg. Kokia yra šio kūno medžiagos savitoji šiluma?
1) 500 J / (kg ° C)
2) 250 J / (kg ° C)
3) 125 J / (kg ° C)
4) 100 J / (kg ° C)
7. Kaitinant 100 g sveriančią kristalinę medžiagą, buvo matuojama medžiagos temperatūra ir jai perduodamos šilumos kiekis. Matavimų duomenys buvo pateikti lentelės pavidalu. Atsižvelgiant į tai, kad energijos nuostolius galima nepaisyti, nustatykite kietos medžiagos savitąją šilumą.
1) 192 J / (kg ° C)
2) 240 J / (kg ° C)
3) 576 J / (kg ° C)
4) 480 J / (kg ° C)
8. Norint pašildyti 192 g molibdeno 1 K, jam reikia perduoti 48 J šilumos kiekį. Kokia šios medžiagos savitoji šiluma?
1) 250 J / (kg K)
2) 24 J / (kg K)
3) 4 · 10 -3 J / (kg · K)
4) 0,92 J / (kg K)
9. Kiek šilumos reikia 100 g švino pašildyti nuo 27 iki 47 °C?
1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ
10. Šildant plytą nuo 20 iki 85 ° C buvo sunaudotas toks pat šilumos kiekis, kaip ir kaitinant tos pačios masės vandenį 13 ° C. Plytų savitoji šiluminė talpa yra
1) 840 J / (kg K)
2) 21 000 J / (kg K)
3) 2100 J / (kg K)
4) 1680 J / (kg K)
11. Iš toliau pateikto teiginių sąrašo pasirinkite du teisingus ir įrašykite jų skaičius lentelėje.
1) Šilumos kiekis, kurį kūnas gauna, kai jo temperatūra pakyla tam tikru laipsnių skaičiumi, yra lygus šilumos kiekiui, kurį šis kūnas išskiria, kai jo temperatūra nukrenta tiek pat laipsnių.
2) Kai medžiaga vėsta, jos vidinė energija didėja.
3) Šilumos kiekis, kurį medžiaga gauna kaitinama, daugiausia naudojamas jos molekulių kinetinei energijai padidinti.
4) Šilumos kiekis, kurį medžiaga gauna kaitinama, daugiausia naudojamas potencialiai jos molekulių sąveikos energijai padidinti.
5) Vidinę kūno energiją galima pakeisti tik suteikiant jam tam tikrą šilumos kiekį
12. Lentelėje pateikti masės \ (m \), temperatūros pokyčio \ (\ Delta t \) ir šilumos kiekio \ (Q \) matavimų rezultatai, išsiskiriantys aušinant iš vario arba aliuminio balionus.
Kokie teiginiai atitinka eksperimento rezultatus? Iš pateikto sąrašo pasirinkite du teisingus. Nurodykite jų numerius. Remiantis atliktais matavimais, galima teigti, kad aušinimo metu išsiskiriantis šilumos kiekis
1) priklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas cilindras.
2) nepriklauso nuo medžiagos, iš kurios pagamintas cilindras.
3) didėja didėjant cilindro masei.
4) didėja didėjant temperatūrų skirtumui.
5) aliuminio savitoji šiluminė talpa yra 4 kartus didesnė už skardos savitąją šiluminę talpą.
2 dalis
C1. Kietas 2 kg sveriantis kūnas dedamas į 2 kW krosnį ir pradedamas kaitinti. Paveiksle parodyta šio kūno temperatūros \ (t \) priklausomybė nuo kaitinimo laiko \ (\ tau \). Kokia yra specifinė medžiagos šiluma?
1) 400 J / (kg ° C)
2) 200 J / (kg ° C)
3) 40 J / (kg ° C)
4) 20 J / (kg ° C)
Atsakymai
