Внутренняя энергия тела может изменяться за счет работы внешних сил. Для характеристики изменения внутренней энергии при теплообмене вводится величина, называемая количеством теплоты и обозначаемая Q .

В международной системе единицей количества теплоты, также как работы и энергии, является джоуль: = = = 1 Дж.

На практике еще иногда применяется внесистемная единица количества теплоты - калория. 1 кал. = 4,2 Дж.

Следует отметить, что термин «количество теплоты» неудачен. Он был введен в то время, когда считалось, что в телах содержится некая невесомая, неуловимая жидкость - теплород. Процесс теплообмена, якобы, заключается в том, что теплород, переливаясь из одного тела в другое, переносит с собой и некоторое количество теплоты. Сейчас, зная основы молекулярно-кинетической теории строения вещества, мы понимаем, что теплорода в телах нет, механизм изменения внутренней энергии тела иной. Однако, сила традиций велика и мы продолжаем пользоваться термином, введенным на основе неверных представлений о природе теплоты. Вместе с тем, понимая природу теплообмена, не следует полностью игнорировать неверные представления о нем. Напротив, проводя аналогию между потоком тепла и потоком гипотетической жидкости теплорода, количеством теплоты и количеством теплорода, можно при решении некоторых классов задач наглядно представить протекающие процессы и верно решить задачи. В конце-концов, верные уравнения, описывающие процессы теплообмена, были в свое время получены на основе неверных представлений о теплороде, как носителе теплоты.

Рассмотрим более подробно процессы, которые могут протекать в результате теплообмена.

Нальем в пробирку немного воды и закроем ее пробкой. Подвесим пробирку к стержню, закрепленному в штативе, и подведем под нее открытое пламя. От пламени пробирка получает некоторое количество теплоты и температура жидкости, находящейся в ней, повышается. При повышении температуры внутренняя энергия жидкости увеличивается. Происходит интенсивный процесс ее парообразования. Расширяющиеся пары жидкости совершают механическую работу по выталкиванию пробки из пробирки.

Проведем еще один опыт с моделью пушки, изготовленной из отрезка латунной трубки, которая укреплена на тележке. С одной стороны трубка плотно закрыта эбонитовой пробкой, сквозь которую пропущена шпилька. К шпильке и трубке припаяны провода, оканчивающиеся клеммами, на которые может подаваться напряжение от осветительной сети. Модель пушки, таким образом, представляет собой разновидность электрического кипятильника.

Нальем в ствол пушки немного воды и закроем трубку резиновой пробкой. Подключим пушку к источнику тока. Электрический ток, проходя через воду, нагревает ее. Вода закипает, что приводит к ее интенсивному парообразованию. Давление водяных паров растет и, наконец, они совершают работу по выталкиванию пробки из ствола пушки.

Пушка, вследствие отдачи, откатывается в сторону, противоположную вылету пробки.

Оба опыта объединяют следующие обстоятельства. В процессе нагревания жидкости различными способами, температура жидкости и, соответственно, ее внутренняя энергия увеличивались. Для того, чтобы жидкость кипела и интенсивно испарялась, необходимо было продолжать ее нагревание.

Пары жидкости за счет своей внутренней энергии совершили механическую работу.

Исследуем зависимость количества теплоты, необходимой для нагревания тела, от его массы, изменения температуры и рода вещества. Для исследования данных зависимостей будем использовать воду и масло. (Для измерения температуры в опыте применяется электрический термометр, изготовленный из термопары, подключенной к зеркальному гальванометру. Один спай термопары опущен в сосуд с холодной водой для обеспечения постоянства его температуры. Другой спай термопары измеряет температуру исследуемой жидкости).

Опыт состоит из трех серий. В первой серии исследуется для постоянной массы конкретной жидкости (в нашем случае - воды) зависимость количества теплоты, необходимого для ее нагревания, от изменения температуры. О количестве теплоты, полученной жидкостью от нагревателя (электрической плитки), будем судить по времени нагревания, предполагая, что между ними существует прямо пропорциональная зависимость. Чтобы результат эксперимента соответствовал этому предположению, необходимо обеспечить стационарный поток тепла от электроплитки к нагреваемому телу. Для этого электроплитка была включена в сеть заранее, так чтобы к началу опыта температура ее поверхности перестала изменяться. Для более равномерного нагрева жидкости во время опыта, будем помешивать ее при помощи самой термопары. Будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени до тех пор, пока световой зайчик не дойдет до края шкалы.

Сделаем вывод: между количеством теплоты, необходимым для нагревания тела и изменением его температуры, существует прямая пропорциональная зависимость.

Во второй серии опытов будем сравнивать количества теплоты, необходимые для нагревания одинаковых жидкостей разной массы при изменении их температуры на одну и ту же величину.

Для удобства сравнения получаемых величин массу воды для второго опыта возьмем в два раза меньше, чем в первом опыте.

Вновь будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени.

Сравнивая результаты первого и второго опытов можно сделать следующие выводы.

В третьей серии опытов будем сравнивать количества теплоты, необходимые для нагревания равных масс различных жидкостей, при изменении их температуры на одну и ту же величину.

Будем нагревать на электроплитке масло, масса которого равна массе воды в первом опыте. Будем фиксировать показания термометра через равные промежутки времени.

Результат опыта подтверждает вывод о том, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, прямо пропорционально изменению его температуры и, кроме того, свидетельствует о зависимости этого количества теплоты от рода вещества.

Поскольку в опыте использовалось масло, плотность которого меньше плотности воды и для нагревания масла до некоторой температуры потребовалось меньшее количество теплоты, чем для нагревания воды, можно предположить, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от его плотности.

Чтобы проверить это предположение, будем одновременно нагревать на нагревателе постоянной мощности одинаковые массы воды, парафина и меди.

Через одно и то же время температура меди оказывается примерно в 10 раз, а парафина примерно в 2 раза выше температуры воды.

Но медь имеет большую, а парафин меньшую плотность, чем вода.

Опыт показывает, что величиной, характеризующей скорость изменения температуры веществ, из которых изготовлены тела, участвующие в теплообмене, является не плотность. Эта величина называется удельной теплоемкостью вещества и обозначается буквой c .

Для сравнения удельных теплоемкостей различных веществ служит специальный прибор. Прибор состоит из стоек, в которых крепится тонкая парафиновая пластинка и планка с пропущенными сквозь нее стержнями. На концах стержней укреплены алюминиевый, стальной и латунный цилиндры равной массы.

Нагреем цилиндры до одинаковой температуры, погрузив их в сосуд с водой, стоящий на горячей электроплитке. Закрепим горячие цилиндры на стойках и освободим их от крепления. Цилиндры одновременно прикасаются к парафиновой пластине и, плавя парафин, начинают погружаться в нее. Глубина погружения цилиндров одинаковой массы в парафиновую пластину, при изменении их температуры на одну и ту же величину, оказывается разной.

Опыт свидетельствует о том, что удельные теплоемкости алюминия, стали и латуни различны.

Проделав соответствующие опыты с плавлением твердых тел, парообразованием жидкостей, сгоранием топлива получаем следующие количественные зависимости.

Чтобы получить единицы удельных величин, их надо выразить из соответствующих формул и в полученные выражения подставить единицы теплоты - 1 Дж, массы - 1 кг, а для удельной теплоемкости - и 1 К.

Получаем единицы: удельной теплоемкости - 1 Дж/кг·К, остальных удельных теплот: 1 Дж/кг.

и этом выделилась теплота, равная 10МДж? 3. Сколько теплоты необходимо для обращения в пар эфира массой 250г при температуре 35С? 4. Какое количество энергии потребуеться для нагревания и плавления свинца массой 0,4 кг имеющего начальную температуру 17С? 5. К зиме заготовили сухие сосновые дрова объёмом 2м и каменный уголь массой 1,5 т. Сколько теплоты выделиться в печи при полном сгорании этого топлива? 6. Рассчитайте количество теплоты которое потребуеться для обращения в пар спирта массой 200г. нахордящегося при температуре 28С? 7. Какая установиться окончательная температура, если лёд массой 500г при температуре 0С погрузить в воду объёмом 4л при температуре 30С? 8. Сколько сосновых дров нужно израсходывать, чтобы снег массой 1500кг, взятый при температуре -10С, обратить в воду с тепературой 5С? Тепловыми потерями можно пренебречь

2. При напряжении 450 В сила тока в электродвигателе 90 А. Определите мощность тока в обмотке электродвигателя и его сопротивление.

3. Каков расход энергии за 40 с в автомобильной электрической лампочке, рассчитанной на напряжение 12 В при силе тока 3 А?

Уровень II

4. За какое время электрический утюг выделит количество теплоты 800 Дж, если сила тока в спирали 3 А, а напряжение в сети 220 В?

5. Определите мощность, потребляемую второй лампой (рис. 126), если показания вольтметра 6 В.

6. Определите мощность электрического чайника, если за 5 мин в нем 1 кг воды нагреется от 20 до 80 °С. Потерями энергии пренебречь.

Контрольная работа № 4. Работа и мощность тока.

Вариант 3

Уровень I

1. Какую работу совершит ток в электродвигателе за 90 с, если при напряжении 220 В сила тока в обмотке двигателя равна 0,2 А?

2. Определите мощность тока в электрической лампочке, если при напряжении 5 В сила тока в ней 100 мА.

3. Какое количество теплоты выделится в реостате сопротивлением 50 Ом за 2 мин при силе тока в цепи 2 А?

Уровень II

4. На сколько градусов за 5 мин можно нагреть на электроплитке 1,5 кг воды, если при напряжении 220 В сила тока в ней 5 А? Потерями энергии пренебречь.

5. Определите мощность, потребляемую первой лампой (рис. 127), если показания амперметра 2 А.

6. За какое время можно с помощью электрического кипятильника мощностью 500 Вт нагреть 500 г воды в стакане от 20 ос до кипения?

неообходимо напишите

2)какие количества теплоты необходимо для превращения жидкости 1кг алюминия и 1 кг меди имеющих температуру плаванья?

кирпичного камина массой 2 т от 50 до 20ºС. 3. Рассчитай количество теплоты, необходимое для нагревания железной кастрюли массой 500 г с 2,5 кг подсолнечного масла от 20 до 150ºС. 4. До какой температуры можно нагреть 3 кг свинца, если передать ему количество теплоты равное 50 кДж и его начальная температура равна 10ºС. 5. Чему равна теплоемкость металла, если для нагревания 3 кг этого металла от 50 до 300ºС было затрачено 690 кДж тепловой энергии. Сделай предположение о названии этого металла. Решить все задачи

Экзамен по физике за 8 класс

4. Количество теплоты

Энергию, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты . Количество теплоты зависит

От массы тела (чем больше масса тела, тем большее количество теплоты необходимо затратить для того, чтобы тело нагреть на одинаковое количество градусов);

От разности температур тела и зависит от того;

Из какого вещества состоит тело, т. е. от рода вещества.

Количество теплоты обозначается буквой Q и измеряется в джоулях.

Удельная теплоемкость

Количество теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того чтобы нагреть его на 1 градус С, называется удельной теплоёмкостью вещества. Удельная теплоёмкость обозначается буквой с и измеряется в Дж/кг* 0 C

Следует помнить что удельная теплоемкость вещества в различных агрегатных состояниях различна. Удельная теплоемкость воды самая большая – 4200 Дж/кг* 0 .

Удельная теплота сгорания топлива

При сгорании топлива атомы соединяются в молекулы, и происходит выделение энергии.

Физическая величина, показывающая какое кол-во теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива . Удельная теплота сгорания обозначается буквой q. Единицей удельной теплоты сгорания является 1 Дж/кг. Удельную теплоту сгорания определяют на опыте при помощи довольно сложных приборов.

Плавление и отвердевание кристаллических тел

Переход вещества из твердого агрегатного состояния в жидкое называется плавлением .

Чтобы расплавить тело, необходимо сначала довести его до определенной температуры.

Температура при которой вещество начинает плавится называется температурой плавления вещества.

Температура плавления веществ различна, например, лед можно расплавить, внеся его в комнату, а железо плавят в специальных печах, где достигается высокая температура.

Переход вещества из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией .

Чтобы начать кристаллизацию тела оно должно остыть до определенной температуры.

Температура при которой вещество кристаллизуется называется температурой кристаллизации .

Опыты показывают, что вещества кристаллизуются при той же температуре, при которой плавятся. Для того, чтобы тело полностью перешло из твердого состояния в жидкое, необходим постоянный подвод энергии.

Удельная теплота плавления и кристаллизация

При нагревании тела средняя скорость движения молекул возрастает, следовательно, возрастает, и их кинетическая энергия и температура. Вследствие этого размах колебания молекул увеличивается. Когда тело нагревается до температуры плавления, то нарушается порядок в расположении частиц в кристаллах. Кристаллы теряют свою форму, тело плавится.

Физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг, чтобы при температуре плавления полностью перевести его из твердого состояния в жидкое, называется удельной теплотой плавления .

Удельную теплоту плавления обозначают /\ (лямбда). Её единица 1 дж/кг.

При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии. При отвердевании вещества выделяется такое же количество вещества, которое было затрачено на его плавление.

Удельная теплота плавления равна: Q=/\*m.

При отвердевании вещества все происходит в обратном порядке:

Средняя кинетическая энергия и скорость молекул в охлажденном расплавленном веществе уменьшаются. Расположение частиц становится упорядоченным – образуется кристалл.