Υπολογισμός της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη. Ποσότητα θερμότητας: έννοια, υπολογισμοί, εφαρμογή

Η αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας κάνοντας εργασία χαρακτηρίζεται από την ποσότητα της εργασίας, δηλ. Η εργασία είναι ένα μέτρο της αλλαγής της εσωτερικής ενέργειας σε μια δεδομένη διαδικασία. Η μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος κατά τη μεταφορά θερμότητας χαρακτηρίζεται από μια ποσότητα που ονομάζεται ποσότητα θερμότητας.

είναι μια αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια ενός σώματος κατά τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας χωρίς να εκτελείται έργο. Η ποσότητα της θερμότητας υποδεικνύεται με το γράμμα Q .

Το έργο, η εσωτερική ενέργεια και η θερμότητα μετρώνται στις ίδιες μονάδες - τζάουλ ( J), όπως κάθε είδος ενέργειας.

Στις θερμικές μετρήσεις, μια ειδική μονάδα ενέργειας χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως ως μονάδα ποσότητας θερμότητας - η θερμίδα ( περιττώματα), ίσο με την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί 1 γραμμάριο νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου (πιο συγκεκριμένα, από 19,5 έως 20,5 ° C). Αυτή η μονάδα, συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται σήμερα για τον υπολογισμό της κατανάλωσης θερμότητας (θερμική ενέργεια) σε πολυκατοικίες. Το μηχανικό ισοδύναμο της θερμότητας έχει καθιερωθεί πειραματικά - η σχέση μεταξύ θερμίδων και joule: 1 θερμίδες = 4,2 J.

Όταν ένα σώμα μεταφέρει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας χωρίς να κάνει εργασία, η εσωτερική του ενέργεια αυξάνεται· εάν το σώμα εκπέμπει μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας, τότε η εσωτερική του ενέργεια μειώνεται.

Εάν ρίξετε 100 g νερό σε δύο πανομοιότυπα δοχεία, το ένα και 400 g στο άλλο στην ίδια θερμοκρασία και τα τοποθετήσετε σε ίδιους καυστήρες, τότε το νερό στο πρώτο δοχείο θα βράσει νωρίτερα. Έτσι, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα θερμότητας που χρειάζεται για να ζεσταθεί. Το ίδιο συμβαίνει και με την ψύξη.

Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται επίσης από τον τύπο της ουσίας από την οποία είναι φτιαγμένο το σώμα. Αυτή η εξάρτηση της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος από τον τύπο της ουσίας χαρακτηρίζεται από μια φυσική ποσότητα που ονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα ουσίες.

είναι μια φυσική ποσότητα ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε 1 kg μιας ουσίας για να θερμανθεί κατά 1 °C (ή 1 K). 1 kg ουσίας απελευθερώνει την ίδια ποσότητα θερμότητας όταν ψύχεται κατά 1 °C.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα ορίζεται με το γράμμα Με. Η μονάδα ειδικής θερμοχωρητικότητας είναι 1 J/kg °Cή 1 J/kg °K.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα των ουσιών προσδιορίζεται πειραματικά. Τα υγρά έχουν μεγαλύτερη ειδική θερμοχωρητικότητα από τα μέταλλα. Το νερό έχει την υψηλότερη ειδική θερμότητα, ο χρυσός έχει πολύ μικρή ειδική θερμότητα.

Εφόσον η ποσότητα της θερμότητας είναι ίση με τη μεταβολή της εσωτερικής ενέργειας του σώματος, μπορούμε να πούμε ότι η ειδική θερμοχωρητικότητα δείχνει πόσο αλλάζει η εσωτερική ενέργεια 1 κιλόουσία όταν η θερμοκρασία της μεταβάλλεται κατά 1 °C. Συγκεκριμένα, η εσωτερική ενέργεια 1 kg μολύβδου αυξάνεται κατά 140 J όταν θερμαίνεται κατά 1 °C και μειώνεται κατά 140 J όταν ψύχεται.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Ο ίδιος τύπος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που εκπέμπει ένα σώμα κατά την ψύξη. Μόνο σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να αφαιρεθεί η τελική θερμοκρασία από την αρχική θερμοκρασία, δηλ. Αφαιρέστε τη μικρότερη θερμοκρασία από τη μεγαλύτερη.

Αυτή είναι μια περίληψη του θέματος «Ποσότητα θερμότητας. ειδική θερμότητα". Επιλέξτε τα επόμενα βήματα:

• Μετάβαση στην επόμενη σύνοψη:

Σε αυτό το μάθημα θα μάθουμε πώς να υπολογίζουμε την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος ή που απελευθερώνεται από αυτό κατά την ψύξη. Για να γίνει αυτό, θα συνοψίσουμε τις γνώσεις που αποκτήθηκαν σε προηγούμενα μαθήματα.

Επιπλέον, θα μάθουμε, χρησιμοποιώντας τον τύπο για την ποσότητα της θερμότητας, να εκφράζουμε τις υπόλοιπες ποσότητες από αυτόν τον τύπο και να τις υπολογίζουμε, γνωρίζοντας άλλες ποσότητες. Θα εξεταστεί επίσης ένα παράδειγμα προβλήματος με λύση για τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας.

Αυτό το μάθημα είναι αφιερωμένο στον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας όταν ένα σώμα θερμαίνεται ή απελευθερώνεται όταν ψύχεται.

Η δυνατότητα υπολογισμού της απαιτούμενης ποσότητας θερμότητας είναι πολύ σημαντική. Αυτό μπορεί να χρειαστεί, για παράδειγμα, κατά τον υπολογισμό της ποσότητας θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο νερό για τη θέρμανση ενός δωματίου.

Ρύζι. 1. Η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί στο νερό για τη θέρμανση του δωματίου

Ή για να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο σε διάφορους κινητήρες:

Ρύζι. 2. Η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν καίγεται καύσιμο στον κινητήρα

Αυτή η γνώση χρειάζεται επίσης, για παράδειγμα, για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που απελευθερώνεται από τον Ήλιο και πέφτει στη Γη:

Ρύζι. 3. Η ποσότητα θερμότητας που εκλύεται από τον Ήλιο και πέφτει στη Γη

Για να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας, πρέπει να γνωρίζετε τρία πράγματα (Εικ. 4):

• σωματικό βάρος (το οποίο συνήθως μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας μια ζυγαριά).
• τη διαφορά θερμοκρασίας με την οποία ένα σώμα πρέπει να θερμανθεί ή να ψυχθεί (συνήθως μετριέται με θερμόμετρο).
• ειδική θερμοχωρητικότητα του σώματος (η οποία μπορεί να προσδιοριστεί από τον πίνακα).

Ρύζι. 4. Τι πρέπει να γνωρίζετε για να προσδιορίσετε

Ο τύπος με τον οποίο υπολογίζεται η ποσότητα της θερμότητας μοιάζει με αυτό:

Οι ακόλουθες ποσότητες εμφανίζονται σε αυτόν τον τύπο:

Η ποσότητα θερμότητας που μετράται σε joules (J);

Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας μετριέται σε ;

- διαφορά θερμοκρασίας, μετρημένη σε βαθμούς Κελσίου ().

Ας εξετάσουμε το πρόβλημα του υπολογισμού της ποσότητας θερμότητας.

Εργο

Ένα χάλκινο ποτήρι με μάζα γραμμαρίων περιέχει νερό με όγκο λίτρου σε θερμοκρασία. Πόση θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί σε ένα ποτήρι νερό ώστε η θερμοκρασία του να γίνει ίση με ;

Ρύζι. 5. Απεικόνιση των προβληματικών συνθηκών

Πρώτα γράφουμε μια σύντομη συνθήκη ( Δεδομένος) και να μετατρέψετε όλες τις ποσότητες στο διεθνές σύστημα (SI).

Λύση:

Πρώτα, καθορίστε ποιες άλλες ποσότητες χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα. Χρησιμοποιώντας τον πίνακα ειδικής θερμοχωρητικότητας (Πίνακας 1) βρίσκουμε (ειδική θερμοχωρητικότητα χαλκού, αφού κατά συνθήκη το γυαλί είναι χαλκός), (ειδική θερμοχωρητικότητα νερού, αφού κατά συνθήκη υπάρχει νερό στο ποτήρι). Επιπλέον, γνωρίζουμε ότι για να υπολογίσουμε την ποσότητα της θερμότητας χρειαζόμαστε μια μάζα νερού. Σύμφωνα με την προϋπόθεση, μας δίνεται μόνο ο τόμος. Επομένως, από τον πίνακα παίρνουμε την πυκνότητα του νερού: (Πίνακας 2).

Τραπέζι 1. Ειδική θερμοχωρητικότητα ορισμένων ουσιών,

Τραπέζι 2. Πυκνότητες ορισμένων υγρών

Τώρα έχουμε όλα όσα χρειαζόμαστε για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα.

Σημειώστε ότι η τελική ποσότητα θερμότητας θα αποτελείται από το άθροισμα της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του χάλκινου γυαλιού και της ποσότητας θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού σε αυτό:

Ας υπολογίσουμε πρώτα την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός χάλκινου ποτηριού:

Πριν υπολογίσουμε την ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση του νερού, ας υπολογίσουμε τη μάζα του νερού χρησιμοποιώντας έναν τύπο που είναι γνωστός σε εμάς από τον βαθμό 7:

Τώρα μπορούμε να υπολογίσουμε:

Τότε μπορούμε να υπολογίσουμε:

Ας θυμηθούμε τι σημαίνουν kilojoules. Το πρόθεμα «κιλό» σημαίνει, δηλαδή.

Απάντηση:.

Για τη διευκόλυνση της επίλυσης προβλημάτων εύρεσης της ποσότητας θερμότητας (τα λεγόμενα άμεσα προβλήματα) και των ποσοτήτων που σχετίζονται με αυτήν την έννοια, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον παρακάτω πίνακα.

Τι θα ζεσταθεί πιο γρήγορα στη σόμπα - ένας βραστήρας ή ένας κουβάς με νερό; Η απάντηση είναι προφανής - μια τσαγιέρα. Τότε το δεύτερο ερώτημα είναι γιατί;

Η απάντηση δεν είναι λιγότερο προφανής - επειδή η μάζα του νερού στο βραστήρα είναι μικρότερη. Εξαιρετική. Και τώρα μπορείτε να κάνετε μια πραγματική φυσική εμπειρία μόνοι σας στο σπίτι. Για να γίνει αυτό, θα χρειαστείτε δύο ίδιες μικρές κατσαρόλες, ίση ποσότητα νερού και φυτικού ελαίου, για παράδειγμα, μισό λίτρο το καθένα και μια εστία. Τοποθετούμε τις κατσαρόλες με λάδι και νερό στην ίδια φωτιά. Τώρα απλά προσέξτε τι θα ζεσταθεί πιο γρήγορα. Εάν έχετε θερμόμετρο για υγρά, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε, αν όχι, μπορείτε απλά να δοκιμάζετε τη θερμοκρασία με το δάχτυλό σας από καιρό σε καιρό, μόνο προσέξτε να μην καείτε. Σε κάθε περίπτωση, σύντομα θα δείτε ότι το λάδι θερμαίνεται πολύ πιο γρήγορα από το νερό. Και μια ακόμη ερώτηση, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί και με τη μορφή εμπειρίας. Τι θα βράσει πιο γρήγορα - ζεστό νερό ή κρύο; Όλα είναι και πάλι προφανή - ο ζεστός θα είναι πρώτος στον τερματισμό. Γιατί όλα αυτά τα περίεργα ερωτήματα και πειράματα; Για τον προσδιορισμό της φυσικής ποσότητας που ονομάζεται «ποσότητα θερμότητας».

Ποσότητα θερμότητας

Η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που χάνει ή κερδίζει ένα σώμα κατά τη μεταφορά θερμότητας. Αυτό είναι ξεκάθαρο από το όνομα. Κατά την ψύξη, το σώμα θα χάσει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας και όταν θερμαίνεται, θα απορροφήσει. Και μας έδειξαν οι απαντήσεις στις ερωτήσεις μας Από τι εξαρτάται η ποσότητα της θερμότητας;Πρώτον, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα ενός σώματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να δαπανηθεί για να αλλάξει η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό. Δεύτερον, η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται από την ουσία από την οποία αποτελείται, δηλαδή από τον τύπο της ουσίας. Και τρίτον, η διαφορά στη θερμοκρασία του σώματος πριν και μετά τη μεταφορά θερμότητας είναι επίσης σημαντική για τους υπολογισμούς μας. Με βάση τα παραπάνω μπορούμε προσδιορίστε την ποσότητα θερμότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο:

όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας,
m - σωματικό βάρος,
(t_2-t_1) - η διαφορά μεταξύ της αρχικής και της τελικής θερμοκρασίας του σώματος,
c είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας, που βρίσκεται από τους αντίστοιχους πίνακες.

Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση οποιουδήποτε σώματος ή που θα απελευθερώσει αυτό το σώμα κατά την ψύξη.

Η ποσότητα της θερμότητας μετριέται σε joules (1 J), όπως κάθε τύπος ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η τιμή εισήχθη όχι πολύ καιρό πριν, και οι άνθρωποι άρχισαν να μετρούν την ποσότητα της θερμότητας πολύ νωρίτερα. Και χρησιμοποίησαν μια μονάδα που χρησιμοποιείται ευρέως στην εποχή μας - θερμίδα (1 θερμίδες). 1 θερμίδα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση 1 γραμμαρίου νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. Με γνώμονα αυτά τα δεδομένα, όσοι τους αρέσει να μετρούν τις θερμίδες στο φαγητό που τρώνε μπορούν, για πλάκα, να υπολογίσουν πόσα λίτρα νερού μπορούν να βράσουν με την ενέργεια που καταναλώνουν με το φαγητό κατά τη διάρκεια της ημέρας.

Η εσωτερική ενέργεια ενός σώματος αλλάζει όταν εκτελείται εργασία ή μεταφέρεται θερμότητα. Στο φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας, η εσωτερική ενέργεια μεταφέρεται με αγωγιμότητα, συναγωγή ή ακτινοβολία.

Κάθε σώμα, όταν θερμαίνεται ή ψύχεται (μέσω μεταφοράς θερμότητας), κερδίζει ή χάνει κάποια ποσότητα ενέργειας. Με βάση αυτό, συνηθίζεται να ονομάζουμε αυτή την ποσότητα ενέργειας ως ποσότητα θερμότητας.

Ετσι, η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που δίνει ή λαμβάνει ένα σώμα κατά τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας.

Πόση θερμότητα χρειάζεται για τη θέρμανση του νερού; Χρησιμοποιώντας ένα απλό παράδειγμα, μπορείτε να καταλάβετε ότι η θέρμανση διαφορετικών ποσοτήτων νερού θα απαιτήσει διαφορετικές ποσότητες θερμότητας. Ας πούμε ότι παίρνουμε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες με 1 λίτρο νερό και 2 λίτρα νερό. Σε ποια περίπτωση θα χρειαστεί περισσότερη θέρμανση; Στο δεύτερο, όπου υπάρχουν 2 λίτρα νερό σε δοκιμαστικό σωλήνα. Ο δεύτερος δοκιμαστικός σωλήνας θα χρειαστεί περισσότερο χρόνο για να ζεσταθεί αν τον θερμάνουμε με την ίδια πηγή φωτιάς.

Έτσι, η ποσότητα της θερμότητας εξαρτάται από τη μάζα του σώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση και, κατά συνέπεια, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για να κρυώσει το σώμα.

Από τι άλλο εξαρτάται η ποσότητα της θερμότητας; Φυσικά, από τη διαφορά στη θερμοκρασία του σώματος. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Άλλωστε, αν προσπαθήσουμε να ζεστάνουμε νερό ή γάλα, θα χρειαστούμε διαφορετικό χρόνο. Δηλαδή, αποδεικνύεται ότι η ποσότητα της θερμότητας εξαρτάται από την ουσία από την οποία αποτελείται το σώμα.

Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ή η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν ένα σώμα ψύχεται εξαρτάται από τη μάζα του, από τη μεταβολή της θερμοκρασίας και από τον τύπο της ουσίας της οποίας είναι το σώμα. απαρτίζεται.

Πώς μετριέται η ποσότητα της θερμότητας;

Πίσω μονάδα θερμότηταςείναι γενικά αποδεκτό 1 Joule. Πριν από την εμφάνιση της μονάδας μέτρησης της ενέργειας, οι επιστήμονες θεωρούσαν την ποσότητα της θερμότητας ως θερμίδες. Αυτή η μονάδα μέτρησης συνήθως συντομεύεται ως "J"

Θερμίδα- αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να θερμανθεί 1 γραμμάριο νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. Η συντομευμένη μορφή μέτρησης θερμίδων είναι "cal".

1 θερμίδες = 4,19 J.

Λάβετε υπόψη ότι σε αυτές τις ενεργειακές μονάδες είναι συνηθισμένο να αναγράφεται η θρεπτική αξία των τροφίμων σε kJ και kcal.

1 kcal = 1000 θερμίδες.

1 kJ = 1000 J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

Τι είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα

Κάθε ουσία στη φύση έχει τις δικές της ιδιότητες και η θέρμανση κάθε μεμονωμένης ουσίας απαιτεί διαφορετική ποσότητα ενέργειας, δηλ. ποσότητα θερμότητας.

Ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας- αυτή είναι μια ποσότητα ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε ένα σώμα με μάζα 1 κιλό για να θερμανθεί σε θερμοκρασία 1 0 C

Η ειδική θερμοχωρητικότητα ορίζεται με το γράμμα c και έχει τιμή μέτρησης J/kg*

Για παράδειγμα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4200 J/kg* 0 Γ. Δηλαδή, αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε 1 κιλό νερό για να ζεσταθεί κατά 1 0 C

Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η ειδική θερμοχωρητικότητα των ουσιών σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης είναι διαφορετική. Δηλαδή να ζεσταθεί ο πάγος κατά 1 0 Το C θα απαιτήσει διαφορετική ποσότητα θερμότητας.

Πώς να υπολογίσετε την ποσότητα της θερμότητας για να θερμάνετε ένα σώμα

Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να δαπανηθεί για να θερμανθούν 3 κιλά νερού από θερμοκρασία 15 0 C έως θερμοκρασία 85 0 Γ. Γνωρίζουμε την ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού, δηλαδή την ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για να θερμανθεί 1 κιλό νερό κατά 1 βαθμό. Δηλαδή, για να μάθετε την ποσότητα θερμότητας στην περίπτωσή μας, πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού επί 3 και με τον αριθμό των βαθμών κατά τους οποίους θέλετε να αυξήσετε τη θερμοκρασία του νερού. Δηλαδή 4200*3*(85-15) = 882.000.

Σε αγκύλες υπολογίζουμε τον ακριβή αριθμό των μοιρών, αφαιρώντας το αρχικό αποτέλεσμα από το τελικό απαιτούμενο αποτέλεσμα

Έτσι, για να ζεστάνετε 3 κιλά νερό από τα 15 στα 85 0 C, χρειαζόμαστε 882.000 J θερμότητας.

Η ποσότητα θερμότητας συμβολίζεται με το γράμμα Q, ο τύπος για τον υπολογισμό της έχει ως εξής:

Q=c*m*(t 2 -t 1).

Ανάλυση και επίλυση προβλημάτων

Πρόβλημα 1. Πόση θερμότητα απαιτείται για να θερμανθούν 0,5 kg νερού από το 20 στο 50 0 C

Δεδομένος:

m = 0,5 kg.,

s = 4200 J/kg* 0 C,

t 1 = 20 0 C,

t 2 = 50 0 C.

Προσδιορίσαμε την ειδική θερμοχωρητικότητα από τον πίνακα.

Λύση:

2 -t 1).

Αντικαταστήστε τις τιμές:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63.000 J = 63 kJ.

Απάντηση: Q=63 kJ.

Εργασία 2.Ποια ποσότητα θερμότητας απαιτείται για τη θέρμανση μιας ράβδου αλουμινίου βάρους 0,5 kg επί 85 0 C;

Δεδομένος:

m = 0,5 kg.,

s = 920 J/kg* 0 C,

t 1 = 0 0 C,

t 2 = 85 0 C.

Λύση:

η ποσότητα της θερμότητας καθορίζεται από τον τύπο Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Αντικαταστήστε τις τιμές:

Q=920*0,5*(85-0) = 39.100 J = 39,1 kJ.

Απάντηση: Q= 39,1 kJ.

ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ.

1. Ανταλλαγή θερμότητας.

Εναλλαγή θερμότητας ή μεταφορά θερμότηταςείναι η διαδικασία μεταφοράς της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος σε άλλο χωρίς να γίνει εργασία.

Υπάρχουν τρεις τύποι μεταφοράς θερμότητας.

1) Θερμική αγωγιμότητα- Πρόκειται για ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ των σωμάτων κατά την άμεση επαφή τους.

2) Μεταγωγή- Πρόκειται για ανταλλαγή θερμότητας κατά την οποία η θερμότητα μεταφέρεται με ροές αερίων ή υγρών.

3) Ακτινοβολία– Πρόκειται για ανταλλαγή θερμότητας μέσω ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

2. Ποσότητα θερμότητας.

Η ποσότητα θερμότητας είναι ένα μέτρο της μεταβολής της εσωτερικής ενέργειας ενός σώματος κατά την ανταλλαγή θερμότητας. Υποδηλώνεται με το γράμμα Q.

Μονάδα μέτρησης της ποσότητας θερμότητας = 1 J.

Η ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από ένα σώμα από άλλο σώμα ως αποτέλεσμα της ανταλλαγής θερμότητας μπορεί να δαπανηθεί για την αύξηση της θερμοκρασίας (αύξηση της κινητικής ενέργειας των μορίων) ή την αλλαγή της κατάστασης συσσωμάτωσης (αύξηση της δυναμικής ενέργειας).

3.Ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας.

Η εμπειρία δείχνει ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος μάζας m από τη θερμοκρασία T 1 στη θερμοκρασία T 2 είναι ανάλογη με τη μάζα του σώματος m και τη διαφορά θερμοκρασίας (T 2 - T 1), δηλ.

Q = εκ(Τ 2 - Τ 1 ) = sΜΔ Τ,

Μεονομάζεται ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας του θερμαινόμενου σώματος.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταδοθεί σε 1 kg της ουσίας για να θερμανθεί κατά 1 K.

Μονάδα μέτρησης ειδικής θερμοχωρητικότητας =.

Οι τιμές θερμοχωρητικότητας για διάφορες ουσίες μπορούν να βρεθούν σε φυσικούς πίνακες.

Ακριβώς η ίδια ποσότητα θερμότητας Q θα απελευθερωθεί όταν το σώμα ψύχεται από ΔT.

4.Ειδική θερμότητα εξάτμισης.

Η εμπειρία δείχνει ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή ενός υγρού σε ατμό είναι ανάλογη με τη μάζα του υγρού, δηλ.

Q = Lm,

όπου είναι ο συντελεστής αναλογικότητας μεγάλοονομάζεται ειδική θερμότητα εξάτμισης.

Η ειδική θερμότητα της εξάτμισης είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή 1 kg υγρού στο σημείο βρασμού σε ατμό.

Μονάδα μέτρησης για την ειδική θερμότητα της εξάτμισης.

Κατά τη διάρκεια της αντίστροφης διαδικασίας, της συμπύκνωσης ατμού, απελευθερώνεται θερμότητα στην ίδια ποσότητα που δαπανήθηκε για τον σχηματισμό ατμού.

5.Ειδική θερμότητα σύντηξης.

Η εμπειρία δείχνει ότι η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για τη μετατροπή ενός στερεού σε υγρό είναι ανάλογη με τη μάζα του σώματος, δηλ.

Q = λ Μ,

όπου ο συντελεστής αναλογικότητας λ ονομάζεται ειδική θερμότητα σύντηξης.

Η ειδική θερμότητα της σύντηξης είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για να μετατραπεί ένα στερεό σώμα βάρους 1 kg σε υγρό στο σημείο τήξης.

Μονάδα μέτρησης για την ειδική θερμότητα σύντηξης.

Κατά την αντίστροφη διαδικασία, κρυστάλλωση του υγρού, απελευθερώνεται θερμότητα στην ίδια ποσότητα που ξοδεύτηκε για την τήξη.

6. Ειδική θερμότητα καύσης.

Η εμπειρία δείχνει ότι η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση του καυσίμου είναι ανάλογη με τη μάζα του καυσίμου, δηλ.

Q = qΜ,

Όπου ο συντελεστής αναλογικότητας q ονομάζεται ειδική θερμότητα καύσης.

Η ειδική θερμότητα καύσης είναι ίση με την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά την πλήρη καύση 1 kg καυσίμου.

Μονάδα μέτρησης ειδικής θερμότητας καύσης.

7. Εξίσωση ισοζυγίου θερμότητας.

Η ανταλλαγή θερμότητας περιλαμβάνει δύο ή περισσότερα σώματα. Μερικά σώματα εκπέμπουν θερμότητα, ενώ άλλα τη λαμβάνουν. Η ανταλλαγή θερμότητας γίνεται μέχρις ότου οι θερμοκρασίες των σωμάτων γίνουν ίσες. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η ποσότητα θερμότητας που εκπέμπεται είναι ίση με την ποσότητα που λαμβάνεται. Σε αυτή τη βάση, γράφεται η εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας.

Ας δούμε ένα παράδειγμα.

Ένα σώμα μάζας m 1, του οποίου η θερμοχωρητικότητα είναι c 1, έχει θερμοκρασία T 1 και ένα σώμα μάζας m 2, του οποίου η θερμοχωρητικότητα είναι c 2, έχει θερμοκρασία T 2. Επιπλέον, το T 1 είναι μεγαλύτερο από το T 2. Αυτά τα σώματα έρχονται σε επαφή. Η εμπειρία δείχνει ότι ένα ψυχρό σώμα (m 2) αρχίζει να θερμαίνεται και ένα ζεστό σώμα (m 1) αρχίζει να ψύχεται. Αυτό υποδηλώνει ότι μέρος της εσωτερικής ενέργειας του θερμού σώματος μεταφέρεται στο ψυχρό και οι θερμοκρασίες εξισώνονται. Ας συμβολίσουμε την τελική συνολική θερμοκρασία με θ.

Η ποσότητα θερμότητας που μεταφέρεται από ένα ζεστό σώμα σε ένα ψυχρό

Q μεταφέρθηκε. = ντο 1 Μ 1 (Τ 1 – θ )

Η ποσότητα θερμότητας που δέχεται ένα ψυχρό σώμα από ένα ζεστό

Q έλαβε. = ντο 2 Μ 2 (θ – Τ 2 )

Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας Q μεταφέρθηκε. = Q έλαβε., δηλ.

ντο 1 Μ 1 (Τ 1 – θ )= ντο 2 Μ 2 (θ – Τ 2 )

Ας ανοίξουμε τις αγκύλες και ας εκφράσουμε την τιμή της συνολικής θερμοκρασίας σταθερής κατάστασης θ.

Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνουμε την τιμή θερμοκρασίας θ σε Kelvin.

Ωστόσο, αφού το Q περνάει στις εκφράσεις. και το Q λαμβάνεται. είναι η διαφορά μεταξύ δύο θερμοκρασιών, και είναι η ίδια τόσο σε Kelvin όσο και σε βαθμούς Κελσίου, τότε ο υπολογισμός μπορεί να πραγματοποιηθεί σε βαθμούς Κελσίου. Επειτα

Σε αυτή την περίπτωση, λαμβάνουμε την τιμή θερμοκρασίας θ σε βαθμούς Κελσίου.

Η εξίσωση των θερμοκρασιών ως αποτέλεσμα της θερμικής αγωγιμότητας μπορεί να εξηγηθεί με βάση τη μοριακή κινητική θεωρία ως η ανταλλαγή κινητικής ενέργειας μεταξύ μορίων κατά τη σύγκρουση στη διαδικασία της θερμικής χαοτικής κίνησης.

Αυτό το παράδειγμα μπορεί να απεικονιστεί με ένα γράφημα.