Energia internă a unui corp poate fi schimbată prin muncă forțe externe. Pentru a caracteriza schimbarea energie internaîn timpul schimbului de căldură se introduce o cantitate, numită cantitate de căldură și notată cu Q.

LA sistem international unitatea de măsură a cantității de căldură, precum și a muncii și a energiei, este joule: = = = 1 J.

În practică, se folosește uneori o unitate în afara sistemului a cantității de căldură - o calorie. 1 cal. = 4,2 J.

Trebuie remarcat faptul că termenul „cantitate de căldură” este regretabil. A fost introdus într-o perioadă în care se credea că corpurile conțin un lichid fără greutate, evaziv - caloric. Procesul de transfer de căldură constă în faptul că caloric, turnat dintr-un corp în altul, poartă cu el o anumită cantitate de căldură. Acum, cunoscând elementele de bază ale teoriei molecular-cinetice a structurii materiei, înțelegem că nu există calorii în corpuri, mecanismul de modificare a energiei interne a unui corp este diferit. Cu toate acestea, puterea tradiției este mare și continuăm să folosim termenul, introdus pe baza unor idei incorecte despre natura căldurii. În același timp, înțelegând natura transferului de căldură, nu ar trebui să ignorăm complet concepțiile greșite despre acesta. Dimpotrivă, prin trasarea unei analogii între fluxul de căldură și fluxul unui lichid ipotetic de caloric, cantitatea de căldură și cantitatea de caloric, este posibil să se vizualizeze procesele aflate în desfășurare în rezolvarea anumitor clase de probleme și să se rezolve probleme. corect. În cele din urmă, ecuațiile corecte care descriu procesele de transfer de căldură au fost obținute la un moment dat pe baza unor idei incorecte despre caloric ca purtător de căldură.

Să luăm în considerare mai detaliat procesele care pot apărea ca urmare a transferului de căldură.

Turnați puțină apă într-o eprubetă și închideți-o cu un dop. Agățați eprubeta de o tijă fixată într-un trepied și aduceți o flacără deschisă sub ea. Din flacără, eprubeta primește o anumită cantitate de căldură și temperatura lichidului din ea crește. Pe măsură ce temperatura crește, energia internă a lichidului crește. Există un proces intens de vaporizare a acestuia. Expansiunea vaporilor de lichid munca mecanicaîmpingând dopul afară din tub.

Să realizăm un alt experiment cu un model de tun realizat dintr-o bucată de tub de alamă, care este montat pe un cărucior. Pe de o parte, tubul este închis etanș cu un dop de ebonită, prin care se trece un știft. Firele sunt lipite de știft și tub, se termină în terminale care pot fi alimentate de la rețeaua de iluminat. Modelul de pistol este astfel un fel de boiler electric.

Turnați puțină apă în țeava tunului și închideți tubul cu un dop de cauciuc. Conectați pistolul la o sursă de alimentare. Electricitate, trecând prin apă, o încălzește. Apa fierbe, ceea ce duce la vaporizarea ei intensă. Presiunea vaporilor de apă crește și, în cele din urmă, fac munca de a împinge dopul din țeava pistolului.

Pistolul, din cauza reculului, se rostogolește înapoi în direcția opusă lansării cu plută.

Ambele experiențe sunt unite de următoarele circumstanțe. În procesul de încălzire a lichidului în diferite moduri, temperatura lichidului și, în consecință, energia sa internă a crescut. Pentru ca lichidul să fiarbă și să se evapore intens, a fost necesar să se continue încălzirea.

Vaporii lichidului, datorită energiei lor interne, executau lucru mecanic.

Investigăm dependența cantității de căldură necesară pentru încălzirea corpului de masa, schimbările de temperatură și tipul de substanță. Pentru a studia aceste dependențe, vom folosi apă și ulei. (Pentru a măsura temperatura în experiment, se folosește un termometru electric, format dintr-un termocuplu conectat la un galvanometru în oglindă. O joncțiune de termocuplu este coborâtă într-un vas cu apă rece pentru a se asigura că temperatura acestuia este constantă. Cealaltă joncțiune de termocuplu măsoară temperatura a lichidului studiat).

Experiența constă din trei serii. În prima serie, pentru o masă constantă a unui anumit lichid (în cazul nostru, apă), este investigată dependența cantității de căldură necesară pentru a-l încălzi de schimbarea temperaturii. Cantitatea de căldură primită de lichidul din încălzitor (soba electrică) va fi judecată după timpul de încălzire, presupunând că există o relație direct proporțională între ele. Pentru ca rezultatul experimentului să corespundă acestei ipoteze, este necesar să se asigure un flux constant de căldură de la soba electrică la corpul încălzit. Pentru a face acest lucru, soba electrică a fost conectată în prealabil la rețea, astfel încât până la începutul experimentului temperatura suprafeței sale să înceteze să se schimbe. Pentru o încălzire mai uniformă a lichidului în timpul experimentului, îl vom amesteca cu ajutorul termocuplului însuși. Vom înregistra citirile termometrului la intervale regulate până când punctul luminos ajunge la marginea scalei.

Să conchidem: există o relație direct proporțională între cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp și o modificare a temperaturii acestuia.

În a doua serie de experimente, vom compara cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi aceleași lichide de mase diferite atunci când temperatura lor se schimbă cu aceeași cantitate.

Pentru comoditatea comparării valorilor obținute, masa de apă pentru al doilea experiment va fi luată de două ori mai puțin decât în ​​primul experiment.

Din nou, vom înregistra citirile termometrului la intervale regulate.

Comparând rezultatele primului și celui de-al doilea experiment, putem trage următoarele concluzii.

În a treia serie de experimente, vom compara cantitățile de căldură necesare pentru a încălzi mase egale de lichide diferite atunci când temperatura acestora se schimbă cu aceeași cantitate.

Vom încălzi ulei pe o sobă electrică, a cărei masă este egală cu masa apei din primul experiment. Vom înregistra citirile termometrului la intervale regulate.

Rezultatul experimentului confirmă concluzia că cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea corpului este direct proporțională cu modificarea temperaturii acestuia și, în plus, indică dependența acestei cantități de căldură de tipul de substanță.

Deoarece în experiment a fost folosit ulei, a cărui densitate este mai mică decât densitatea apei și a fost necesară o cantitate mai mică de căldură pentru a încălzi uleiul la o anumită temperatură decât pentru a încălzi apa, se poate presupune că cantitatea de căldură necesar pentru încălzirea corpului depinde de densitatea acestuia.

Pentru a testa această ipoteză, vom încălzi simultan încălzitorul putere constantă mase egale de apă, parafină și cupru.

După același timp, temperatura cuprului este de aproximativ 10 ori, iar parafina de aproximativ 2 ori mai mare decât temperatura apei.

Dar cuprul are o densitate mai mare și parafina mai mică decât apa.

Experiența arată că cantitatea care caracterizează viteza de modificare a temperaturii substanțelor din care sunt formate corpurile implicate în schimbul de căldură nu este densitatea. Această cantitate se numește capacitatea termică specifică a substanței și este notă cu litera c.

Pentru a compara capacități termice specifice diverse substanțe este un dispozitiv special. Aparatul este format din rafturi în care sunt atașate o placă subțire de parafină și o bară cu tije trecute prin ea. La capetele tijelor sunt fixați cilindri din aluminiu, oțel și alamă de masă egală.

Încălzim buteliile la aceeași temperatură prin scufundarea lor într-un vas cu apă pe o sobă electrică fierbinte. Să fixăm cilindrii fierbinți pe rafturi și să-i eliberăm din elementele de fixare. Cilindrii ating simultan placa de parafină și, topind parafina, încep să se scufunde în ea. Adâncimea de scufundare a cilindrilor de aceeași masă într-o placă de parafină, atunci când temperatura lor se schimbă cu aceeași cantitate, se dovedește a fi diferită.

Experiența arată că capacitățile termice specifice ale aluminiului, oțelului și alama sunt diferite.

După ce au făcut experimentele corespunzătoare cu topirea solide, vaporizarea lichidelor, arderea combustibilului, obținem următoarele dependențe cantitative.

Pentru a obține unități de cantități specifice, acestea trebuie exprimate din formulele corespunzătoare și înlocuiți unitățile de căldură - 1 J, masă - 1 kg, iar pentru căldura specifică - și 1 K în expresiile rezultate.

Obținem unități: capacitatea termică specifică - 1 J/kg·K, alte călduri specifice: 1 J/kg.

și această căldură eliberată egală cu 10 MJ? 3. Câtă căldură este necesară pentru a transforma 250g de eter în vapori la o temperatură de 35C? 4. Câtă energie este necesară pentru încălzirea și topirea plumbului cu o greutate de 0,4 kg cu o temperatură inițială de 17C? 5. S-au pregătit pentru iarnă lemn de foc uscat de pin cu volumul de 2 m și cărbune cu greutatea de 1,5 tone Câtă căldură se eliberează în cuptor la arderea completă a acestui combustibil? 6. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a transforma 200 g de alcool în vapori. la o temperatura de 28C? 7. Care va fi temperatura finală dacă gheața care cântărește 500 g la o temperatură de 0C este scufundată în apă cu un volum de 4 litri la o temperatură de 30C? 8. Cât lemn de pin trebuie folosit pentru a transforma 1500 kg de zăpadă luată la o temperatură de -10C în apă la o temperatură de 5C? Pierderile de căldură pot fi neglijate

2. La o tensiune de 450 V, curentul din motor este de 90 A. Determinați puterea curentului în înfășurarea motorului și rezistența acestuia.

3. Care este consumul de energie pentru 40 s într-un bec auto, proiectat pentru o tensiune de 12 V la un curent de 3 A?

NivelII

4. Cât timp va elibera un fier de călcat electric o cantitate de căldură de 800 J dacă curentul din spirală este de 3 A și tensiunea din rețea este de 220 V?

5. Determinați puterea consumată de a doua lampă (Fig. 126), dacă citirea voltmetrului este de 6 V.

6. Determinați puterea ceainicului electric dacă 1 kg de apă din el se încălzește de la 20 la 80 °C în 5 minute. Ignora pierderile de energie.

Test Nr. 4. Lucru și putere curentă.

Opțiunea 3

Niveleu

1. Ce lucru va face curentul în motorul electric în 90 s dacă, la o tensiune de 220 V, curentul în înfășurarea motorului este de 0,2 A?

2. Determinați puterea curentului din bec, dacă la o tensiune de 5 V curentul din acesta este de 100 mA.

3. Câtă căldură va fi eliberată într-un reostat cu o rezistență de 50 ohmi în 2 minute la o putere de curent de 2 A în circuit?

NivelII

4. Câte grade în 5 minute pot fi încălzite 1,5 kg de apă la o sobă electrică dacă, la o tensiune de 220 V, curentul în ea este de 5 A? Ignora pierderile de energie.

5. Determinați puterea consumată de prima lampă (Fig. 127), dacă citirea ampermetrului este de 2 A.

6. Cât timp durează încălzirea a 500 g apă într-un pahar de la 20 °C până la punctul de fierbere folosind un boiler electric de 500 W?

te rog scrie

2) ce cantitate de căldură este necesară pentru a transforma un lichid de 1 kg de aluminiu și 1 kg de cupru având o temperatură de înot?

șemineu din cărămidă cu o greutate de 2 tone de la 50 la 20ºС. 3. Calculați cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi o tigaie de fier de 500 g cu 2,5 kg de ulei de floarea soarelui de la 20 la 150ºС. 4. La ce temperatură pot fi încălzite 3 kg de plumb dacă i se transferă o cantitate de căldură egală cu 50 kJ și temperatura de pornire este egal cu 10ºС. 5. Care este capacitatea de căldură a metalului dacă s-au consumat 690 kJ de energie termică pentru a încălzi 3 kg din acest metal de la 50 la 300ºС. Fă o ghicire despre numele acestui metal. Rezolvați toate problemele

Examen de fizică pentru clasa a 8-a

4. Cantitatea de căldură

Energia pe care un corp o câștigă sau o pierde în timpul transferului de căldură se numește cantitatea de căldură. Cantitatea de căldură depinde

Din masa corpului (cu cât este mai mare masa corpului, cu atât mai multă căldură trebuie consumată pentru a încălzi corpul cu același număr de grade);

Din diferența de temperatură a corpului și depinde de;

Din ce substanță constă corpul, adică din felul de substanță.

Cantitatea de căldură este notă cu litera Q și se măsoară în jouli.

Căldura specifică

Cantitatea de căldură care trebuie transferată unui corp cu masa de 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 grad C se numește capacitatea termică specifică substante. Capacitatea termică specifică este notă cu litera c și se măsoară în J / kg * 0 C

Trebuie amintit că capacitatea termică specifică a unei substanțe în diferite stări de agregare este diferită. Capacitatea termică specifică a apei este cea mai mare - 4200 J / kg * 0.

Puterea termică specifică a combustibilului

Când combustibilul este ars, atomii se combină pentru a forma molecule și se eliberează energie.

Se numește cantitatea fizică care arată cât de multă căldură este eliberată în timpul arderii complete a combustibilului care cântărește 1 kg căldura specifică arderea combustibilului. Căldura specifică de ardere este notă cu litera q. Unitatea de căldură specifică de ardere este 1 J/kg. Căldura specifică de ardere este determinată experimental folosind instrumente destul de complexe.

Topirea și solidificarea corpurilor cristaline

Trecerea materiei din solid starea de agregareîn lichid se numește topire.

Pentru a topi un corp, trebuie mai întâi să-l aduceți la o anumită temperatură.

Se numește temperatura la care o substanță începe să se topească punct de topire substante.

Punctul de topire al substanțelor este diferit, de exemplu, gheața poate fi topită prin aducerea ei în cameră, iar fierul este topit în cuptoare speciale, unde se atinge o temperatură ridicată.

Tranziția unei substanțe de la starea lichidă la starea solidă se numește cristalizare.

Pentru ca un corp să se cristalizeze, acesta trebuie să se răcească la o anumită temperatură.

Temperatura la care o substanță cristalizează se numește temperatura de cristalizare.

Experimentele arată că substanțele cristalizează la aceeași temperatură la care se topesc. Pentru ca organismul să treacă complet din stare solidăîntr-un lichid, este necesară o alimentare constantă cu energie.

Căldura specifică de fuziune și cristalizare

Când corpul este încălzit viteza medie mișcarea moleculelor crește, prin urmare, crește, iar lor energie kinetică si temperatura. Ca urmare, gama de vibrații moleculare crește. Când corpul este încălzit până la punctul de topire, ordinea în aranjarea particulelor în cristale este perturbată. Cristalele își pierd forma, corpul se topește.

O cantitate fizică care arată cât de multă căldură trebuie raportată corp cristalin cântărind 1 kg, astfel încât la punctul de topire este complet transferat dintr-o stare solidă în stare lichidă, se numește căldură specifică de fuziune.

Căldura specifică de fuziune este notată cu /\ (lambda). Unitatea sa este de 1 J/kg.

La punctul de topire, energia internă a unei substanțe în stare lichida mai mult decât energia internă a aceleiași mase de materie în stare solidă. Când o substanță se solidifică, se eliberează aceeași cantitate de substanță care a fost cheltuită la topirea ei.

Căldura specifică de fuziune este: Q=/\*m.

Când o substanță se solidifică, totul se întâmplă în ordine inversă:

Energia cinetică medie și viteza moleculelor dintr-o substanță topită răcită scad. Aranjamentul particulelor devine ordonat - se formează un cristal.