Так, если тело охлаждается, то оно отдает тем больше тепла, чем больше его масса. Разумеется, речь идет о телах из одного и того же вещества, которые нагреваются или охлаждаются на одинаковое количество градусов.
Расчет количества тепла, необходимого для нагревания тела или выделяемого при его охлаждении
Количество тепла – это еще одна форма энергии, которую мы изучали. Это энергия, которую тело получает или отдает в процессе теплообмена. Мы узнали, что количество тепла, необходимое для нагревания тела, зависит от массы тела, разницы температур и типа вещества. Мы знаем физический смысл удельной теплоемкости и некоторые ее табличные значения для различных веществ. На этом уроке мы рассмотрим численный расчет количества тепла, необходимого для нагревания тела или выделяющегося при его охлаждении.
Зачем мне это нужно? На самом деле, такие расчеты очень часто встречаются на практике.
При строительстве зданий и проектировании систем отопления важно знать, сколько тепла необходимо отдать, чтобы полностью обогреть все помещения. С другой стороны, также важно знать, сколько тепла будет уходить через окна, стены и двери.
Формула для расчета количества тепла
Предположим, мы хотим узнать, сколько тепла получил кусок железа при нагревании. Масса куска составляет $3 \пространственных кг$. Кусок был нагрет от 20 \ градусов C$ до 300 \ градусов C$.
Возьмем значение теплоемкости железа из таблицы – 460 \фрак$. Поясним значение этой величины: для нагревания куска железа массой 500 \пространственных кг на 500 \градусов С$ требуется количество тепла, равное 460 \пространственных Дж$.
- Масса куска железа в 3 раза больше, поэтому для его нагревания требуется в 3 раза больше тепла – 1380 Дж$.
- Температура изменилась не на 500 ƒdegree C$, а на 280 ƒdegree C$.
- Таким образом, требуется в 280 раз больше тепла: $1380 Дж \dot 280 = 386 400 Дж$.
Тогда, формула для расчета количества тепла, необходимого для нагревания тела или выделения при охлаждении, имеет вид:
где $Q$ – количество тепла,
$c$ – удельная теплоемкость материала тела,
$m$ – масса тела,
$t_1$ – начальная температура тела,
$t_2$ – конечная температура тела.
Чтобы рассчитать количество тепла, которое должно быть затрачено на нагревание тела или выделится при его охлаждении, удельную теплоемкость необходимо умножить на массу тела и разницу между конечной и начальной температурой.
Давайте подробнее рассмотрим особенности расчета теплоемкости на примерах решения задач.
Как измеряется теплота
В физике все виды энергии измеряются с помощью единиц, названных в честь английского физика Джеймса Джоуля (1818-1889). В Международной системе единиц (СИ) в качестве единицы измерения тепла, наряду с работой и энергией, используется джоуль (Дж – русская нотация, Дж – международная нотация).
Когда количество тепла очень велико, могут использоваться кратные единицы килоджоуль (кДж), мегаджоуль (МДж), гигаджоуль (ГДж):
- 1 кДж = 1000 Дж = 10 3 Дж;
- 1 МДЖ = 1000000 ДЖ = 10 6 ДЖ
- 1 ГДЖ = 1000000000 ДЖ = 10 9 ДЖ.
Джеймс Джоуль изучал законы термодинамических процессов. Своими экспериментами он доказал справедливость закона сохранения энергии и открыл закон, определяющий зависимость между количеством тепла и силой электрического тока в цепи. Он теоретически определил скорость движения молекул газа и вывел формулу ее зависимости от температуры.
Калория
Джоуль как универсальная единица измерения энергии был введен в 1889 году. С этой целью была введена специальная единица – калория (от латинского слова calor – "тепло"), равная количеству тепла, необходимого для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия при нормальном атмосферном давлении.
Калория (cal) и ее кратная единица, килокалория (kcal), до сих пор используются как единица вне системы в некоторых видах деятельности. Например, килокалория используется в теплоэнергетике для расчета потребления тепла в домах, подключенных к сети централизованного теплоснабжения в холодное время года.
Соответствие между калориями и джоулями было установлено экспериментально, чтобы можно было перевести количество тепла из одной единицы в другую:
- 1 Дж = 0,2388 кал;
- 1 кДж = 238,8 кал
- 1 дюйм = 4,19 Дж
- 1 ккал = 4190 Дж
Прибор, используемый для получения информации о количестве тепла в научных экспериментах (физика, химия, биология и медицина), называется калориметром. Внутренняя производительность калориметров зависит от диапазона температур, времени и природы изучаемых явлений.
В настоящее время видеоурок не может быть показан или распространен среди студентов
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам в комплекте, необходимо добавить его в личный кабинет.
1. открыть доступ ко всем видеоурокам в пакете.
2. распространять видеоуроки среди студентов в их личных кабинетах.
3. просмотреть статистику просмотра видеоуроков учащимися.
Доступ
Конспект урока "Теплоемкость. Удельная теплоемкость".
Мы с вами уже знаем, что каждое тело обладает внутренней энергией, которая представляет собой сумму кинетической энергии теплового движения частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия.
Внутренняя энергия тела может быть изменена двумя способами – совершением механической работы и передачей тепла.
Мы знаем, что мерой изменения внутренней энергии в результате совершения работы является величина этой работы. Тогда возникает логичный вопрос: какой величиной можно охарактеризовать изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи?
Этой величиной является количество тепла.
Количество тепла – это скалярная физическая величина, которая равна изменению внутренней энергии тела в процессе теплообмена без совершения механической работы.
Количество теплоты обозначается буквой "Q". Единицей измерения в СИ является Дж.
Вы, вероятно, также слышали о единице измерения тепла – калории или килокалории. Откуда она взялась? Дело в том, что ученые начали измерять количество тепла очень давно, задолго до того, как было введено понятие энергии. Поэтому почти все ученые XVIII и первой половины XIX века рассматривали тепло не как изменение внутренней энергии тела, а как особое вещество – термопару. Тепло было особой жидкостью, которая, по их мнению, могла перетекать из одного тела в другое. Например, считалось, что при нагревании тела в него поступает водород. Если тело охлаждалось, считалось, что тепло вытекало из него.
В то же время, по их мнению, термопара имела объем, потому что при повышении температуры тело расширяется. Однако и у этой теории был существенный недостаток: если термоуглерод является веществом, то при нагревании тела должны были бы увеличиваться в массе. Однако многочисленные эксперименты показали, что масса тела при нагревании не меняется. Поэтому было сделано предположение, что термоуглерод – это невесомая жидкость.
В настоящее время видеоуроки не могут быть показаны или распространены среди учащихся.
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам из пакета, необходимо добавить его в личный шкафчик.
1. открыть доступ ко всем видеоурокам в пачке.
2. распространить видеоуроки среди учащихся в их личных кабинетах.
3. просмотр статистики просмотра видеоуроков учащимися.
Доступ
Конспект урока "Количество теплоты. Единицы количества теплоты".
В предыдущих уроках мы уже изучили способы теплообмена, затронув понятие количества теплоты. Это количество можно рассчитать, зная все необходимые данные. Поэтому давайте попробуем выяснить, от чего зависит количество теплоты. Нетрудно догадаться, что, прежде всего, это количество материала, который мы собираемся нагреть. Очевидно, что 100 граммов воды закипит быстрее, чем целый чайник или кастрюля. Поэтому количество тепла, необходимое для согревания тела, увеличивается с ростом массы.
Важно также помнить, что существует разница между нагреванием воды до кипения (т.е. до 100 о С при нормальных условиях) и нагреванием только для мытья (т.е. до 30-40 о С). Поэтому количество тепла, очевидно, зависит от разницы между начальной и конечной температурой тела.Чем больше разница, тем больше требуется тепла.
Вспомните предыдущие уроки: разные тела нагревались быстрее или медленнее от одного и того же источника. Это объясняется тем, что разные материалы нагреваются по-разному. Следовательно, количество необходимого тепла также зависит от вещества, из которого состоит тело.
Из этого мы можем сделать вывод, что количество тепла, необходимое для нагревания тела, зависит от массы этого тела, от изменения температуры и от типа вещества. Важно также помнить, что тело может и остыть, как, например, только что выключенный из розетки обогреватель. Однако количество выделяемого тепла будет зависеть от тех же величин (что вполне логично, поскольку выделение тепла телом – это нагрев окружающей среды, а энергия, как мы помним, не исчезает и не появляется). Количество тепла – это определенное количество тепловой энергии, поэтому единицей измерения количества тепла является джоуль:
