Milyen képlettel határozzuk meg a hőmennyiséget? Az óra témája: „Hőmennyiség
Változás belső energia munkavégzéssel a munka mennyisége jellemzi, i.e. A munka a belső energia változásának mértéke ezt a folyamatot. A test belső energiájának hőátadás során bekövetkező változását hőmennyiségnek nevezett mennyiség jellemzi.
a test belső energiájának változása a hőátadás folyamata során munkavégzés nélkül. A hőmennyiséget a betű jelzi K .
A munkát, a belső energiát és a hőt ugyanabban a mértékegységben mérik - joule-ban ( J), mint minden típusú energia.
A termikus méréseknél korábban egy speciális energiaegységet használtak hőmennyiség mértékegységeként - a kalóriát ( széklet), egyenlő 1 gramm víz 1 Celsius-fokkal történő felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség (pontosabban 19,5 és 20,5 ° C között). Ezt a mértékegységet jelenleg különösen a lakóházak hőfogyasztásának (hőenergia) kiszámításakor használják. Tapasztalt módon Megállapították a hő mechanikai egyenértékét - a kalória és a joule közötti összefüggést: 1 cal = 4,2 J.
Ha egy test munkavégzés nélkül ad át bizonyos mennyiségű hőt, akkor belső energiája megnő, ha a test bizonyos mennyiségű hőt ad le, akkor a belső energiája csökken.
Ha két azonos edénybe 100 g vizet öntünk, az egyikbe, a másikba 400 g-ot azonos hőmérsékleten, és azonos égőkre helyezzük, akkor az első edényben lévő víz korábban fel fog forrni. Így, mint több tömeg test, szóval több meleg kell a felmelegedéshez. Ugyanez a helyzet a hűtéssel.
A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség attól is függ, hogy milyen anyagból áll a test. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiségnek az anyag típusától való függését egy fizikai mennyiség jellemzi, az ún fajlagos hőkapacitás anyagokat.
- Ezt fizikai mennyiség, egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amelyet 1 kg anyagra kell átadni, hogy az 1 °C-kal (vagy 1 K-vel) felmelegedjen. 1 kg anyag ugyanannyi hőt bocsát ki, ha 1 °C-kal lehűtik.
A fajlagos hőkapacitást a betű jelöli Vel. A fajlagos hőkapacitás mértékegysége a 1 J/kg °C vagy 1 J/kg °K.
Az anyagok fajlagos hőkapacitását kísérleti úton határozzuk meg. A folyadékok fajlagos hőkapacitása nagyobb, mint a fémek; A víznek a legnagyobb a fajhője, az aranynak nagyon kicsi a fajhője.
Mivel a hőmennyiség megegyezik a test belső energiájának változásával, elmondhatjuk, hogy a fajlagos hőkapacitás megmutatja, hogy a belső energia mennyit változik 1 kg anyag, amikor a hőmérséklete a 1 °C. Különösen 1 kg ólom belső energiája 140 J-el növekszik, ha 1 °C-kal melegítjük, és 140 J-vel csökken lehűtve.
K tömegtest felmelegítéséhez szükséges m hőmérsékleten t 1 °С hőmérsékletig t 2 °С, egyenlő az anyag fajlagos hőkapacitásának, a testtömegnek, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségének szorzatával, azaz.Q = c ∙ m (t 2 - t 1)
Ugyanezt a képletet használják a test által a hűtés során leadott hőmennyiség kiszámításához. Csak ebben az esetben kell a kezdeti hőmérsékletből levonni a véghőmérsékletet, pl. -tól nagyobb érték vonjuk le a kisebb hőmérsékletet.
Ez a téma összefoglalása „Hőmennyiség. Fajlagos hő". Válassza ki a következő lépéseket:
- Ugrás a következő összefoglalóra:
HŐCSERE.
1. Hőcsere.
Hőcsere vagy hőátadás Az a folyamat, amikor az egyik test belső energiáját munka nélkül átadják a másiknak.
Háromféle hőátadás létezik.
1) Hővezetőképesség- Ez a testek közötti hőcsere közvetlen érintkezésük során.
2) Konvekció- Ez egy hőcsere, amelyben a hőt gáz- vagy folyadékáramok adják át.
3) Sugárzás– Ez az elektromágneses sugárzás általi hőcsere.
2. Hőmennyiség.
A hőmennyiség a test belső energiájában a hőcsere során bekövetkező változás mértéke. Betűvel jelölve K.
A hőmennyiség mértékegysége = 1 J.
A hőcsere eredményeként egy test által egy másik testtől kapott hőmennyiséget a hőmérséklet növelésére (a molekulák kinetikus energiájának növelésére) vagy az aggregációs állapot megváltoztatására (növelésére) fordíthatjuk. potenciális energia).
3.Az anyag fajlagos hőkapacitása.
A tapasztalat azt mutatja, hogy az m tömegű test T 1 hőmérsékletről T 2 hőmérsékletre való felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség arányos az m test tömegével és a hőmérséklet-különbséggel (T 2 - T 1), i.e.
K = cm(T 2 - T 1 ) = smΔ T,
Vel a felmelegített test anyagának fajlagos hőkapacitásának nevezzük.
Egy anyag fajlagos hőkapacitása megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet 1 kg anyagra kell átadni, hogy azt 1 K-vel felmelegítse.
Fajlagos hőkapacitás mértékegysége =.
A különböző anyagok hőkapacitási értékei fizikai táblázatokban találhatók.
Pontosan ugyanannyi Q hő szabadul fel, amikor a testet ΔT lehűti.
4.Fajlagos párolgási hő.
A tapasztalat azt mutatja, hogy a folyadék gőzzé alakításához szükséges hőmennyiség arányos a folyadék tömegével, azaz.
K = Lm,
hol az arányossági együttható L hívott fajlagos hő párologtatás.
A párolgási fajhő megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amely 1 kg forráspontú folyadék gőzzé alakításához szükséges.
A fajlagos párolgáshő mértékegysége.
A fordított folyamat, a gőz lecsapódása során ugyanannyi hő szabadul fel, mint amennyit a gőzképzésre fordítottak.
5.Fajlagos olvadási hő.
A tapasztalatok azt mutatják, hogy a szilárd anyag folyadékká alakításához szükséges hőmennyiség arányos a test tömegével, azaz.
K = λ m,
ahol a λ arányossági együtthatót fajlagos olvadási hőnek nevezzük.
A fajlagos olvadáshő egyenlő azzal a hőmennyiséggel, amely egy 1 kg tömegű szilárd test olvadáspontján folyadékká történő átalakulásához szükséges.
A fajlagos olvadási hő mértékegysége.
A fordított folyamat, a folyadék kristályosodása során ugyanannyi hő szabadul fel, mint amennyit az olvasztásra fordítottunk.
6. Fajlagos égéshő.
A tapasztalatok szerint a tüzelőanyag teljes elégetésekor felszabaduló hőmennyiség arányos a tüzelőanyag tömegével, azaz.
K = qm,
Ahol a q arányossági együtthatót fajlagos égéshőnek nevezzük.
A fajlagos égéshő megegyezik 1 kg tüzelőanyag teljes elégetésekor felszabaduló hőmennyiséggel.
A fajlagos égéshő mértékegysége.
7.Egyenlet hőegyensúly.
A hőcsere két vagy több testet érint. Egyes testek hőt bocsátanak ki, míg mások befogadják. A hőcsere addig megy végbe, amíg a testek hőmérséklete egyenlővé nem válik. Az energiamegmaradás törvénye szerint a leadott hőmennyiség megegyezik a kapott hőmennyiséggel. Ennek alapján írjuk fel a hőmérleg egyenletét.
Nézzünk egy példát.
Egy m 1 tömegű test, amelynek hőkapacitása c 1, hőmérséklete T 1, egy m 2 tömegű testé pedig, amelynek hőkapacitása c 2, T 2 hőmérsékletű. Ráadásul T1 nagyobb, mint T2. Ezek a testek érintkezésbe kerülnek. A tapasztalat azt mutatja, hogy a hideg test (m 2) felmelegszik, a forró test (m 1) pedig hűlni kezd. Ez arra utal, hogy a forró test belső energiájának egy része átkerül a hidegbe, és a hőmérsékletek kiegyenlítődnek. Jelöljük a végső összhőmérsékletet θ-val. 
A forró testről a hidegre átadott hőmennyiség
K át. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Az a hőmennyiség, amelyet egy hideg test kap egy forrótól
K kapott. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Az energiamegmaradás törvénye szerint K át. = K kapott., azaz
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Nyissuk ki a zárójeleket, és fejezzük ki a teljes állandósult hőmérséklet θ értékét.
Hőmérséklet értéke θ in ebben az esetben kelvinben kapjuk.
Mivel azonban a Q átadásra kerül a kifejezésekben.
és Q érkezik. a két hőmérséklet különbsége, és ez Kelvinben és Celsius-fokban is megegyezik, akkor a számítás Celsius-fokban is elvégezhető. Majd
Ebben az esetben a θ hőmérsékleti értéket kapjuk Celsius-fokban. A hőmérsékletek hővezető képességből adódó kiegyenlítődése a molekuláris kinetikai elmélet alapján úgy magyarázható, mint a molekulák közötti kinetikus energia cseréje ütközéskor a termikus folyamat során..
kaotikus mozgás 
Ez a példa grafikonnal illusztrálható. A mechanikai energiával együtt minden testnek (vagy rendszernek) van belső energiája. A belső energia a pihenés energiája. A testet alkotó molekulák termikus kaotikus mozgásából, potenciális energiájukból áll relatív helyzete
, az elektronok kinetikus és potenciális energiája az atomokban, a nukleonok az atommagokban stb. A termodinamikában fontos tudni abszolút érték
belső energia, hanem annak változása. IN termodinamikai folyamatok csak a mozgó molekulák mozgási energiája változik (a hőenergia nem elegendő egy atom, még kevésbé egy mag szerkezetének megváltoztatásához). Ezért valójában belső energia alatt a termodinamikán energiát értünk termikus kaotikus
molekuláris mozgások. Belső energia U
egy mól ideális gáz egyenlő: Így, a belső energia csak a hőmérséklettől függ. Az U belső energia függvény, rendszer állapota
háttértől függetlenül. Egyértelmű, hogy be általános eset termodinamikai rendszer rendelkezhet belső és mechanikai energiával is, ill különböző rendszerek
képes kicserélni ezeket az energiákat. Csere mechanikai energia tökéletes jellemzi munka A, és a belső energia cseréje
az átadott hőmennyiség Q. Például télen forró követ dobtál a hóba. A potenciális energia tartaléka miatt a gépészeti munka
a hó zúzásával, illetve a belső energia tartalék miatt a hó elolvadt. Ha a kő hideg volt, i.e. Ha a kő hőmérséklete megegyezik a közeg hőmérsékletével, akkor csak munkát végeznek, de nem történik belső energiacsere. Tehát a munka és a meleg nem energia. Nem beszélhetünk hőtartalékról vagy munkáról. Ez mértéke át egy másik mechanikai vagy belső energiarendszer. Beszélhetünk ezeknek az energiáknak a tartalékáról. Ezenkívül a mechanikai energia átalakítható hőenergiaés vissza. Például, ha kalapáccsal megüt egy üllőt, akkor egy idő után a kalapács és az üllő felmelegszik (ez egy példa disszipáció energia).
Még sok példát hozhatunk az egyik energiaforma másikká való átalakulására.
A tapasztalat azt mutatja, hogy minden esetben átalakítás mechanikai energia a fűtést és a visszaállítást mindig szigorúan egyenértékű mennyiségben hajtják végre. Ez a lényege a termodinamika első törvényének, amely az energia megmaradás törvényéből következik.
A testnek átadott hőmennyiség a belső energia növelésére és a test munkájának elvégzésére megy el:
| , | (4.1.1) |
- ez az a termodinamika első főtétele , vagy energiamegmaradás törvénye a termodinamika.
Aláírási szabály: ha hőt adnak át környezet ezt a rendszert, és ha a rendszer munkát végez a környező testeken, ebben az esetben . Az előjelszabályt figyelembe véve a termodinamika első főtétele így írható fel:
Ebben a kifejezésben Belső energia– rendszerállapot funkció; d Belső energia a teljes differenciája, és δ Kés δ A nem azok. Minden állapotban a rendszernek van egy bizonyos és csak ez az értéke a belső energiának, ezért felírhatjuk:
 ,
|
Fontos megjegyezni, hogy a hő Kés dolgozni A attól függ, hogyan valósul meg az 1-es állapotból a 2-es állapotba való átmenet (izokór, adiabatikus stb.), és a belső energia Belső energia nem függ. Ugyanakkor nem lehet azt mondani, hogy a rendszernek van bizonyossága ebből az állapotból a hő és a munka jelentése.
A (4.1.2) képletből az következik, hogy a hőmennyiséget a munka és az energia mértékegységeiben fejezzük ki, azaz. joule-ban (J).
A termodinamikában különösen fontosak azok a körkörös vagy ciklikus folyamatok, amelyek során egy rendszer egy sor állapoton áthaladva visszatér eredeti állapotába. A 4.1. ábra a ciklikus folyamatot mutatja 1– A–2–b–1, miközben az A munka elkészült.
Rizs. 4.1
Mert Belső energia akkor állapotfüggvény
| (4.1.3) |
Ez minden állami funkcióra igaz.
Ha akkor a termodinamika első főtétele szerint, i.e. Lehetetlen olyan időszakosan működő motort építeni, amely több munkát végezne, mint amennyi energiát kívülről juttatnak rá. Más szóval, örökmozgó az első fajta lehetetlen. Ez a termodinamika első főtételének egyik megfogalmazása.
Megjegyzendő, hogy a termodinamika első főtétele nem jelzi, hogy az állapotváltozási folyamatok milyen irányban mennek végbe, ez az egyik hiányossága.
>>Fizika: Hőmennyiség
A palackban lévő gáz belső energiáját nemcsak munkavégzéssel, hanem a gáz melegítésével is megváltoztathatja.
Ha rögzíti a dugattyút ( 13.5. ábra), akkor a gáz térfogata nem változik hevítéskor és nem történik munka. De a gáz hőmérséklete, és így belső energiája is nő.
Az energia egyik testből a másikba munkavégzés nélkül történő átvitelének folyamatát nevezzük hőcsere vagy hőátadás.
A belső energia hőátadás során bekövetkező változásának mennyiségi mértékét ún hőmennyiség. A hőmennyiséget annak az energiának is nevezik, amelyet a test a hőcsere során lead.
A hőátadás molekuláris képe
A hőcsere során az energia nem alakul át egyik formából a másikba, a forró test belső energiájának egy része átkerül a hideg testbe.
Hőmennyiség és hőkapacitás. Azt már tudod, hogy fel kell melegíteni egy tömeges testet m hőmérsékleten t 1 hőmérsékletig t 2át kell adni a hőmennyiséget:
Amikor a test lehűl, a végső hőmérséklete t 2 alacsonyabbnak bizonyul, mint a kezdeti hőmérséklet t 1és a test által leadott hőmennyiség negatív.
Együttható c képletben (13.5) nevezzük fajlagos hőkapacitás anyagokat. A fajlagos hőkapacitás számszerűen megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amelyet egy 1 kg tömegű anyag kap vagy bocsát ki, ha hőmérséklete 1 K-vel változik.
A fajlagos hőkapacitás nemcsak az anyag tulajdonságaitól függ, hanem a hőátadás folyamatától is. Ha egy gázt állandó nyomáson melegít, az kitágul és működik. Ahhoz, hogy egy gázt állandó nyomáson 1°C-kal melegítsen, több hőt kell átadnia, mint állandó térfogaton, amikor a gáz csak felmelegszik.
Folyékony és szilárd anyagok melegítéskor kissé kitágul. Fajlagos hőkapacitásuk állandó térfogaton és állandó nyomáson alig különbözik.
Fajlagos párolgási hő. Ahhoz, hogy egy folyadékot gőzzé alakítsunk a forrás közben, bizonyos mennyiségű hőt kell átadni rá. A folyadék hőmérséklete nem változik, amikor forr. A folyadék gőzzé alakulása állandó hőmérsékleten nem vezet a molekulák kinetikus energiájának növekedéséhez, hanem kölcsönhatásuk potenciális energiájának növekedésével jár. Végül is a gázmolekulák közötti átlagos távolság sokkal nagyobb, mint a folyadékmolekulák között.
Azt a mennyiséget, amely számszerűen megegyezik azzal a hőmennyiséggel, amely egy 1 kg tömegű folyadék állandó hőmérsékletű gőzzé alakításához szükséges. fajlagos párolgási hő. Ezt az értéket betű jelöli rés joule per kilogrammban (J/kg) vannak kifejezve.
A víz fajpárolgási hője nagyon magas: r H2O=2,256 10 6 J/kg 100°C hőmérsékleten. Más folyadékok, például alkohol, éter, higany, kerozin fajlagos párolgási hője 3-10-szer kisebb, mint a vízé.
A folyadék tömeggé alakítása m a gőznek annyi hőre van szüksége, mint:
A gőz lecsapódásakor ugyanannyi hő szabadul fel:
Az átalakuláshoz szükséges hőmennyiséggel számszerűen megegyező érték kristályos anyag Az olvadásponton 1 kg tömegű folyadékot fajlagos olvadási hőnek nevezzük.
Egy 1 kg tömegű anyag kikristályosodásakor pontosan ugyanannyi hő szabadul fel, mint amennyi az olvadáskor elnyelődik.
A jég olvadáshője meglehetősen magas: 3,34 10 5 J/kg. „Ha a jégnek nem lenne nagy olvadási hője” – írta R. Black még a 18. században –, akkor tavasszal a jég teljes tömegének néhány perc vagy másodperc alatt el kellett volna olvadnia, mivel a hő folyamatosan átadódik a jégnek. a levegőből. Ennek súlyos következményei lennének; elvégre a jelenlegi helyzetben is nagy árvizek és erős vízhozamok keletkeznek, amikor nagy tömegű jég vagy hó olvad.”
Megolvadni kristályos test tömeg m, a szükséges hőmennyiség egyenlő:
A test kristályosodása során felszabaduló hőmennyiség egyenlő:
A test belső energiája változik felmelegedés és hűtés, párolgás és kondenzáció, olvadás és kristályosodás során. Minden esetben bizonyos mennyiségű hő kerül a szervezetbe, illetve távozik onnan.
???
1. Mit nevezünk mennyiségnek melegség?
2. Mitől függ egy anyag fajlagos hőkapacitása?
3. Mit nevezünk párolgási fajhőnek?
4. Hogyan nevezzük a fajlagos olvadási hőt?
5. Milyen esetekben a hőmennyiség pozitív, és milyen esetekben negatív?
G.Ja.Mjakisev, B.B.Buhovcev, N.N. Szockij, fizika 10. osztály
Az óra tartalma leckejegyzetek keretóra prezentációgyorsítási módszerek támogatása interaktív technológiák Gyakorlat feladatok és gyakorlatok önellenőrző műhelyek, tréningek, esetek, küldetések házi feladat vitatott kérdések szónoki kérdéseket diákoktól Illusztrációk audio, videoklippek és multimédia fényképek, képek, grafikák, táblázatok, diagramok, humor, anekdoták, viccek, képregények, példázatok, mondások, keresztrejtvények, idézetek Kiegészítők absztraktokat cikkek trükkök a kíváncsi kiságyak tankönyvek alap- és kiegészítő szótár egyéb Tankönyvek és leckék javításaa tankönyv hibáinak javítása egy töredék frissítése a tankönyvben, innováció elemei a leckében, az elavult ismeretek újakkal való helyettesítése Csak tanároknak tökéletes leckék naptári terv egy évre módszertani ajánlások vitaprogramok Integrált leckékHa javításai vagy javaslatai vannak ehhez a leckéhez,
Mint már tudjuk, a test belső energiája munkavégzés közben és hőátadás (munkavégzés nélkül) révén is változhat.
A fő különbség a munka és a hőmennyiség között az, hogy a munka határozza meg a rendszer belső energiájának átalakítási folyamatát, amely az energia egyik típusból a másikba való átalakulásával jár együtt. Abban az esetben, ha a belső energia változása a segítségével történik hőátadás , az egyik testből a másikba való energiaátvitel miatt történik hővezető képesség , sugárzás, ill.
konvekció Azt az energiát, amelyet a test a hőátadás során veszít vagy nyer, ún
hőmennyiség.
A hőmennyiség kiszámításakor tudnia kell, hogy milyen mennyiségek befolyásolják azt. Két edényt két egyforma égővel fogunk felmelegíteni. Az egyik edényben 1 kg víz van, a másikban 2 kg. A víz hőmérséklete a két edényben kezdetben azonos. Láthatjuk, hogy ugyanannyi idő alatt az egyik edényben gyorsabban melegszik fel a víz, bár mindkét edény fogadja egyenlő mennyiségben
melegség. Így arra a következtetésre jutunk: minél nagyobb a tömeg adott test
, annál több hőt kell felhasználni ahhoz, hogy a hőmérsékletét ugyanannyi fokkal csökkentse vagy növelje.
Amikor egy test lehűl, annál nagyobb mennyiségű hőt ad le a szomszédos tárgyaknak, minél nagyobb a tömege.
Mindannyian tudjuk, hogy ha egy teli vízforralót 50°C-ra kell felmelegítenünk, akkor kevesebb időt fordítunk erre a műveletre, mint ha egy kannát ugyanannyi vízzel, de csak 100°C-ra kell felmelegíteni. Az első esetben kevesebb hőt adnak a víznek, mint a második esetben. Így a fűtéshez szükséges hőmennyiség közvetlenül függ attól, hogy a test felmelegedhet. Megállapíthatjuk: a hőmennyiség közvetlenül függ a testhőmérséklet különbségétől.
De meg lehet-e határozni, hogy nem víz, hanem valamilyen más anyag, mondjuk olaj, ólom vagy vas felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség?
Töltse fel az egyik edényt vízzel, a másikat pedig töltse fel növényi olajjal. A víz és az olaj tömege egyenlő. Mindkét edényt egyenletesen melegítjük azonos égőkön. Kezdjük a kísérletet ugyanazon a kezdeti hőmérsékleten növényi olajés vizet. Öt perccel később, miután megmértük a felmelegített olaj és a víz hőmérsékletét, észrevesszük, hogy az olaj hőmérséklete sokkal magasabb, mint a víz hőmérséklete, bár mindkét folyadék ugyanannyi hőt kapott.
A nyilvánvaló következtetés a következő: amikor felmelegítik egyenlő tömegek azonos hőmérsékletű olajra és vízre van szükség különböző mennyiségben melegség.
És azonnal levonunk egy másik következtetést: a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség közvetlenül attól függ, hogy a test milyen anyagból áll (az anyag típusától).
Így a test felmelegítéséhez szükséges (vagy hűtéskor felszabaduló) hőmennyiség közvetlenül függ a test tömegétől, hőmérsékletének változékonyságától és az anyag típusától.
A hőmennyiséget a Q szimbólum jelöli. Másokhoz hasonlóan különféle típusok energia, a hőmennyiséget joule-ban (J) vagy kilojoule-ban (kJ) mérik.
1 kJ = 1000 J
A történelem azonban azt mutatja, hogy a tudósok már jóval azelőtt elkezdték mérni a hőmennyiséget, hogy az energia fogalma megjelent volna a fizikában. Abban az időben visszavonták speciális egység a hőmennyiség mérésére - kalória (cal) vagy kilokalória (kcal). A szónak van Latin gyökerek, kalória – hő.
1 kcal = 1000 cal
Kalória– ennyi hő szükséges 1 g víz 1°C-os felmelegítéséhez
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Van még kérdése? Nem tudja, hogyan csinálja meg a házi feladatát?
Ha segítséget szeretne kérni egy oktatótól, regisztráljon.
Az első óra ingyenes!
weboldalon, az anyag teljes vagy részleges másolásakor a forrásra mutató hivatkozás szükséges.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete