Физика — 8
Удельная теплоемкость зависит от рода вещества. В таблице 2.1 приведена удельная теплоемкость некоторых веществ, установленная опытным путем.
Таблица 2.1. Удельная теплоемкость некоторых веществ.
|
c, Дж кг · °C |
c, Дж кг · °C |
c, Дж кг · °C |
|||
| Золото | 130 | Сталь | 500 | Воздух | 1000 |
| Ртуть | 140 | 540 | Растительное масло | 1700 | |
| Свинец | 140 | Камень | 800 | Водяной пар | 2000 |
| Олово | 230 | Стекло | 840 | Лед | 2100 |
| Серебро | 250 | Мрамор | 840 | Керосин | 2100 |
| Медь | 400 | Кирпич | 880 | Спирт | 2500 |
| Железо | 460 | Алюминий | 920 | Вода | 4200 |
Внимание.
Формула Q = cm (t1 — t2) позволяет вычислить и количество теплоты, выделяемое телом. Так как конечная температура t2 охлаждаемого тела меньше ее начальной температуры t1, значение изменения температуры тела отрицательна. Поэтому и количество теплоты, выделяемое телом, имеет отрицательное значение, а это показывает, что внутренняя энергия данного тела уменьшается.
Физичежая величина, равная произведению удельной теплоемкости вещества на ее массу, называется теплоемкостью вещества (С):
C = cm.
Для вычисления теплоемкости тела необходимо разделить количество теплоты, затраченное на его нагревание, на изменение температуры:
C = Q
(t2 — t1)
Единицу измерения теплоемкости джоуль разделить на градус цельсия или джоуль разделить на кельвин:
[C] = [Q]
[t2 — t1] = 1Дж
°C = 1Дж
K’
Итак: теплоемкость — это физическая величина, равная затраченному количеству теплоты для нагревания тела произвольной массы на 1°С (или 1 К).
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Как видно из таблицы 2.1., удельная теплоемкость воды очень большая. Поэтому в летние месяцы Каспийское море, поглощая большое количество теплоты, нагревается. В результате на побережье Каспийского моря воздух бывает относительно прохладным. Зимой же, наоборот, морская вода, охлаждаясь, передает большое количество теплоты окружающей среде и воздух на побережье Каспия бывает умереннее, чем в других местах.
Количество теплоты. Удельная теплоёмкость вещества
На прошлых уроках мы говорили о том, что изменить состояние термодинамической системы можно двумя способами. Первый характеризуется передачей энергии в процессе механического взаимодействия тел. Такую форму передачи энергии в термодинамике (как и в механике) называют работой.
Второй
способ передачи энергии осуществляется при непосредственном обмене энергией
между хаотически движущимися частицами взаимодействующих тел. Если, например,
привести в соприкосновение два тела с разными температурами, то частицы более
нагретого тела будут передавать часть своей энергии частицам более холодного
тела.
В результате внутренняя энергия первого тела уменьшается, а второго —
увеличивается.
Давайте вспомним, что скалярная физическая величина, равная изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы, называется количеством теплоты (Q).
Основное отличие работы от количества теплоты состоит в том, что работа характеризует процесс изменения внутренней энергии системы, сопровождающийся превращением энергии из одного вида в другой. Количество теплоты же характеризует процесс передачи внутренней энергии от одних тел к другим (от более нагретых к менее нагретым), не сопровождающийся превращениями энергии.
Единицей измерения количества теплоты в СИ является джоуль (Дж). Однако вы слышали и о такой внесистемной единице измерения теплоты, как калория или килокалория.
Одна калория — это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 г воды с 19,5 °С до 20,5 °С при нормальном атмосферном давлении:
1
кал = 4,1868 Дж.
Ранее калория широко использовалась для измерения энергии, работы и теплоты. В настоящее время, несмотря на переход в систему СИ, в теплоэнергетике, системах отопления, коммунальном хозяйстве часто используется кратная единица измерения количества тепловой энергии — гигакалория (Гкал).
Кроме того, калория применяется при оценках энергетической ценности («калорийности») пищевых продуктов и, обычно, указывается в килокалориях (ккал).
А теперь давайте с вами вспомним от чего зависит количество теплоты. Для этого давайте проведём серию простых экспериментов. Итак, вот у нас есть два совершенно одинаковых сосуда которых находится разное количество подкрашенной воды. Убедимся в том, что температура воды в сосудах одинаковая. Теперь при помощи электрической плитки начнём подводить к сосудам одинаковое количество теплоты.
Спустя
несколько минут мы с вами заметим, что вода в левом сосуде (то есть тот, в
котором воды меньше) нагрелась сильнее. Значит можно утверждать, что чем
больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется к нему подвести для
нагревания на одно и тоже число градусов.
Следовательно, количество теплоты, которое необходимо затратить на нагревание тела, прямо пропорционально массе этого тела.
Продолжаем эксперименты. Возьмём те же сосуды, но с равным количеством воды при одинаковой температуре. Будем теперь нагревать воду, например в левом сосуде, на 15 оС, а в правом — на 60 оС.
Включим
секундомеры одновременно с плитками и немного подождём. Не трудно увидеть, что
на нагревание воды на 15 оС тратится почти в четыре раза меньше
времени, чем на нагревание такой же массы воды, но на 60 оС. Значит
и количество теплоты, подведённое к левому сосуду с водой, меньше, чем
количество теплоты, которое подвели к правому сосуду. Вывод: количество теплоты
прямо пропорционально изменению температуры тела.
И вновь вернёмся к опыту. Опять берём два одинаковых сосуда в одном из которых находится вода, а во втором — такое же количество оливкового масла. Теперь при помощи электрической плитки начнём подводить к сосудам теплоту. Спустя несколько минут мы с вами заметим, что получив за одинаковый промежуток времени от нагревателя равное с водой количество теплоты, масло нагрелось сильнее.
Значит, количество теплоты, которое необходимо затратить для увеличения температуры тела, зависит и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость характеризуется величиной, которая называется удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость вещества — это физическая скалярная величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу массой 1 кг для его нагревания на 1 оС (или на 1 К, так изменение температуры в этих шкалах совпадают).
Следует
помнить о том, что такое же количество теплоты отдаёт тело массой один
килограмм при своём охлаждении на тот же один градус Цельсия.
Из определения следует, что единицей удельной теплоёмкости является
Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Некоторые из них приведены в таблице.
Самую большую удельную теплоёмкость, из приведённых в таблице веществ, имеет вода. Обратите внимание, что на нагревание всего 1 кг воды лишь на 1 °С необходимо затратить 4200 Дж теплоты.
Итак, какой же важный вывод мы с вами можем сделать, на основании проведённых опытов? Правильно, количество теплоты, которое затрачивается на нагревание тела, зависит от трёх факторов: рода вещества, из которого изготовлено тело, массы тела и разности температур тела в конечном и начальном состояниях.
Эта
же формула позволит нам рассчитать и количество теплоты, которое выделяет тело
при своём охлаждении. Но так как конечная температура остывшего тела меньше его
начальной температуры, то выделяемое телом количество теплоты будет выражаться
отрицательным числом. Но не забывайте о том, что знак «минус» лишь указывает
нам на то, что внутренняя энергия тела уменьшилась.
Следует помнить, что формула, которую мы получили для определения количества теплоты, справедлива только в том случае, если процесс теплопередачи НЕ сопровождается изменением агрегатного состояния вещества.
В заключение нашего урока отметим, что при теплообмене двух или нескольких тел абсолютное значение количества теплоты, которое отдало более нагретое тело, равно количеству теплоты, которое было получено более холодным телом:
Учитывая, что отданное количество теплоты считается отрицательным, а полученное — положительным, получается, что при теплообмене между телами, образующими теплоизолированную систему, суммарное количество теплоты, полученное ими, равняется нулю:
Записанное равенство справедливо при отсутствии потерь теплоты и называется уравнением теплового баланса.
Теплоемкость | Определение, единицы и факты
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Этот день в истории
- Викторины
- Подкасты
- Словарь
- Биографии
- Резюме
- Популярные вопросы
- Обзор недели
- Инфографика
- Демистификация
- Списки
- #WTFact
- Товарищи
- Галереи изображений
- Прожектор
- Форум
- Один хороший факт
- Развлечения и поп-культура
- География и путешествия
- Здоровье и медицина
- Образ жизни и социальные вопросы
- Литература
- Философия и религия
- Политика, право и правительство
- Наука
- Спорт и отдых
- Технология
- Изобразительное искусство
- Всемирная история
- Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
- Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica. - #WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти. - На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории. - Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
- Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д. - Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня. - 100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю. - Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать. - Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать! - SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы исследуем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!
Содержание
- Введение
Краткие факты
- Факты и сопутствующий контент
Тепло
Тепло
| Тепло | Теплоемкость | Удельная теплоемкость |
| Скрытая теплота | Кинетический Молекулярная теория | |
Тепло
Тепло — способ передачи энергии между системами
и его окружение, которое часто, но не всегда, меняет
температура системы.
Тепло не сохраняется, его можно
либо созданы, либо уничтожены. В метрической системе теплота
измеряется в единицах калорий , которые определяются как
количество теплоты, необходимое для нагревания одного грамма
вода от 14,5 o С до 15,5 o C.
В системе СИ единицей тепла является джоуль .
Теплоемкость
Теплоемкость вещества представляет собой количество теплоты требуется для повышения температуры определенного количества чистого веществ на один градус (по Цельсию или Кельвину). Калорийность была определяли так, чтобы теплоемкость воды была равна единице.
Удельная теплоемкость
калорий, необходимых для повышения температуры граммов на 1 o С.
Поскольку один градус по шкале Цельсия равен одному Кельвину,
удельная теплоемкость в метрической системе может быть выражена в единицах
либо кал/г- o C, либо кал/г-К.
Единицы удельной теплоемкости
в системе СИ – Дж/г-К. Поскольку 4,184 Дж в
калория, удельная теплоемкость воды 4,184 Дж/г-К.
Легкость, с которой вещество приобретает или теряет тепло также может быть описано с точки зрения его молярной теплоты емкость , то есть количество тепла, необходимое для повышения температуры. одного моля вещества на 1 o C или 1 K. В метрической системе единицами молярных теплоемкостей являются поэтому либо кал/моль- o C, либо кал/моль-K. В СИ единицами молярной теплоемкости являются Дж/моль-К.
| Практическая задача 1: Использование следующее равенство для расчета удельной теплоемкости воды в Дж/г-К и молярной теплоемкости воды в Дж/моль-К. 1 кал = 4,184 Дж Нажмите здесь, чтобы проверить свой ответ на практическое задание 1 Нажмите здесь, чтобы увидеть решение практической задачи 1 |
Скрытая теплота
При нагревании льда тепло, которое первоначально поступает в систему
используется для растапливания льда.
Когда лед тает, температура остается
постоянная при 0, o C. Количество тепла, необходимое для плавления
лед исторически назывался скрытой теплотой плавления .
После того, как лед растает, температура воды медленно
увеличивается с 0 o C до 100 o C. Но как только
вода начинает кипеть, тепло, попадающее в образец, используется для
преобразование жидкости в газ и температуру образца
остается постоянной до тех пор, пока жидкость не испарится. Количество тепла
для кипячения или испарения жидкость исторически была
называется скрытой теплотой парообразования .
Более 200 лет назад Джозеф Блэк различал разумных
тепло и скрытая теплота . Тепло, которое поднимает
можно измерить температуру системы, но тепло, которое приводит к
изменение состояния системы из твердого в жидкое или
из жидкости в газ скрыто. Как скрытое изображение на
фотопленка, которая не была проявлена или со скрытыми отпечатками пальцев
невидимое невооруженным глазом, скрытое тепло тепло, поступающее в систему без изменения температуры
система.
Тепло и кинетика Молекулярная теория
Система — это небольшая часть Вселенной в которые нас интересуют, например вода в стакане или газ в поршне и цилиндре, как показано на рисунках ниже. окружение — это все остальное Другими словами, остальная часть Вселенной.
Система и ее окружение разделены границей . Тепло передается через границу между системой и ее окрестности.
Одним из фундаментальных принципов кинетической теории является
предположение, что средняя кинетическая энергия газового скопления
частиц зависит от температуры газа и больше ни от чего.
Газ становится теплее тогда и только тогда, когда средняя кинетическая энергия
частиц газа увеличивается. Тепло, когда оно повышает температуру
системы, приводит к увеличению скорости, с которой
частицы системы движутся, как показано на рисунке ниже.