Hvad vil varmes op hurtigere på komfuret - en kedel eller en spand vand? Svaret er indlysende - en tekande. Så er det andet spørgsmål hvorfor?
Svaret er ikke mindre indlysende - fordi massen af vand i elkedlen er mindre. Stor. Og nu kan du selv gøre en rigtig fysisk oplevelse derhjemme. For at gøre dette skal du bruge to identiske små gryder, en lige stor mængde vand og vegetabilsk olie, for eksempel en halv liter hver og et komfur. Sæt gryder med olie og vand på samme varme. Se nu bare, hvad der vil varmes op hurtigere. Hvis du har et termometer til væsker, kan du bruge det, hvis ikke, kan du blot teste temperaturen med fingeren fra tid til anden, bare pas på ikke at blive brændt. Under alle omstændigheder vil du hurtigt se, at olien opvarmes meget hurtigere end vand. Og et spørgsmål mere, som også kan implementeres i form af erfaring. Hvad vil koge hurtigere - varmt vand eller koldt? Alt er tydeligt igen - den varme bliver først ved målstregen. Hvorfor alle disse mærkelige spørgsmål og eksperimenter? At bestemme den fysiske mængde kaldet "varmemængde".
Mængden af varme
Mængden af varme er den energi, som en krop taber eller vinder under varmeoverførsel. Dette fremgår tydeligt af navnet. Ved afkøling vil kroppen miste en vis mængde varme, og ved opvarmning vil den absorbere. Og svarene på vores spørgsmål viste os Hvad afhænger mængden af varme af? For det første, jo større massen af et legeme er, jo større mængde varme skal der bruges for at ændre dets temperatur med en grad. For det andet afhænger mængden af varme, der kræves for at opvarme et legeme, af det stof, det består af, det vil sige af typen af stof. Og for det tredje er forskellen i kropstemperatur før og efter varmeoverførsel også vigtig for vores beregninger. Ud fra ovenstående kan vi Bestem mængden af varme ved hjælp af formlen:
hvor Q er mængden af varme,
m - kropsvægt,
(t_2-t_1) - forskellen mellem den indledende og endelige kropstemperatur,
c er stoffets specifikke varmekapacitet, fundet fra de tilsvarende tabeller.
Ved hjælp af denne formel kan du beregne mængden af varme, der er nødvendig for at opvarme ethvert legeme, eller som dette legeme vil frigive ved afkøling.
Mængden af varme måles i joule (1 J), ligesom enhver form for energi. Denne værdi blev dog introduceret for ikke så længe siden, og folk begyndte at måle mængden af varme meget tidligere. Og de brugte en enhed, der er meget brugt i vores tid - kalorie (1 cal). 1 kalorie er den mængde varme, der kræves for at opvarme 1 gram vand med 1 grad celsius. Vejledt af disse data kan de, der kan lide at tælle kalorier i den mad, de spiser, for sjov, beregne, hvor mange liter vand, der kan koges med den energi, de indtager sammen med maden i løbet af dagen.
Hvad vil opvarme hurtigere på komfuret - en kedel eller en spand vand? Svaret er indlysende - en tekande. Så er det andet spørgsmål hvorfor?
Svaret er ikke mindre indlysende - fordi massen af vand i elkedlen er mindre. Stor. Og nu kan du selv gøre en rigtig fysisk oplevelse derhjemme. For at gøre dette skal du bruge to identiske små gryder, en lige stor mængde vand og vegetabilsk olie, for eksempel en halv liter hver og et komfur. Sæt gryder med olie og vand på samme varme. Se nu bare, hvad der vil varmes op hurtigere. Hvis du har et termometer til væsker, kan du bruge det, hvis ikke, kan du blot teste temperaturen med fingeren fra tid til anden, bare pas på ikke at blive brændt. Under alle omstændigheder vil du hurtigt se, at olien opvarmes meget hurtigere end vand. Og et spørgsmål mere, som også kan implementeres i form af erfaring. Hvad vil koge hurtigere - varmt vand eller koldt? Alt er tydeligt igen - den varme bliver først ved målstregen. Hvorfor alle disse mærkelige spørgsmål og eksperimenter? At bestemme den fysiske mængde kaldet "varmemængde".
Mængden af varme
Mængden af varme er den energi, som en krop taber eller vinder under varmeoverførsel. Dette fremgår tydeligt af navnet. Ved afkøling vil kroppen miste en vis mængde varme, og ved opvarmning vil den absorbere. Og svarene på vores spørgsmål viste os Hvad afhænger mængden af varme af? For det første, jo større massen af et legeme er, jo større mængde varme skal der bruges for at ændre dets temperatur med en grad. For det andet afhænger mængden af varme, der kræves for at opvarme et legeme, af det stof, det består af, det vil sige af typen af stof. Og for det tredje er forskellen i kropstemperatur før og efter varmeoverførsel også vigtig for vores beregninger. Ud fra ovenstående kan vi Bestem mængden af varme ved hjælp af formlen:
Q=cm(t_2-t_1) ,
hvor Q er mængden af varme,
m - kropsvægt,
(t_2-t_1) - forskellen mellem den indledende og endelige kropstemperatur,
c er stoffets specifikke varmekapacitet, fundet fra de tilsvarende tabeller.
Ved hjælp af denne formel kan du beregne mængden af varme, der er nødvendig for at opvarme enhver krop, eller som denne krop vil frigive ved afkøling.
Mængden af varme måles i joule (1 J), ligesom enhver form for energi. Denne værdi blev dog introduceret for ikke så længe siden, og folk begyndte at måle mængden af varme meget tidligere. Og de brugte en enhed, der er meget brugt i vores tid - kalorie (1 cal). 1 kalorie er den mængde varme, der kræves for at opvarme 1 gram vand med 1 grad celsius. Vejledt af disse data kan de, der kan lide at tælle kalorier i den mad, de spiser, for sjov, beregne, hvor mange liter vand, der kan koges med den energi, de indtager sammen med maden i løbet af dagen.
I denne lektion lærer vi, hvordan man beregner mængden af varme, der kræves for at opvarme en krop eller frigives af den, når den afkøles. For at gøre dette vil vi opsummere den viden, der blev erhvervet i tidligere lektioner.
Derudover vil vi lære, ved hjælp af formlen for mængden af varme, at udtrykke de resterende mængder ud fra denne formel og beregne dem, ved at kende andre mængder. Et eksempel på et problem med en løsning til beregning af varmemængden vil også blive overvejet.
Denne lektion er viet til at beregne mængden af varme, når en krop opvarmes eller frigives, når den afkøles.
Evnen til at beregne den nødvendige mængde varme er meget vigtig. Dette kan for eksempel være nødvendigt, når man skal beregne den mængde varme, der skal tilføres vand for at opvarme et rum.
Ris. 1. Mængden af varme, der skal tilføres vandet for at opvarme rummet
Eller for at beregne mængden af varme, der frigives, når brændstof forbrændes i forskellige motorer:
Ris. 2. Mængden af varme, der frigives, når der forbrændes brændstof i motoren
Denne viden er også nødvendig for for eksempel at bestemme mængden af varme, der frigives af Solen og falder på Jorden:
Ris. 3. Mængden af varme frigivet af Solen og falder på Jorden
For at beregne mængden af varme skal du vide tre ting (fig. 4):
- kropsvægt (som normalt kan måles ved hjælp af en skala);
- temperaturforskellen, som et legeme skal opvarmes eller afkøles med (normalt målt ved hjælp af et termometer);
- kroppens specifikke varmekapacitet (som kan bestemmes ud fra tabellen).
Ris. 4. Hvad du skal vide for at bestemme
Formlen, hvormed mængden af varme beregnes, ser således ud:
Følgende mængder vises i denne formel:
Mængden af varme målt i joule (J);
Et stofs specifikke varmekapacitet måles i ;
- temperaturforskel, målt i grader Celsius ().
Lad os overveje problemet med at beregne mængden af varme.
Opgave
Et kobberglas med en masse på gram indeholder vand med et volumen på liter ved en temperatur. Hvor meget varme skal der overføres til et glas vand, så dets temperatur bliver lig med ?
Ris. 5. Illustration af problemforholdene
Først skriver vi en kort tilstand ( Givet) og konvertere alle mængder til det internationale system (SI).
|
Givet: |
SI |
|
|
Finde: |
Løsning:
Bestem først, hvilke andre mængder vi skal bruge for at løse dette problem. Ved hjælp af tabellen over specifik varmekapacitet (tabel 1) finder vi (specifik varmekapacitet af kobber, da glasset er kobber efter betingelse), (specifik varmekapacitet af vand, da der efter betingelse er vand i glasset). Derudover ved vi, at for at beregne mængden af varme har vi brug for en masse vand. Ifølge betingelsen får vi kun volumen. Derfor tager vi fra tabellen vandets tæthed: (Tabel 2).
Tabel 1. Specifik varmekapacitet for nogle stoffer,
Tabel 2. Masser af nogle væsker
Nu har vi alt, hvad vi behøver for at løse dette problem.
Bemærk, at den endelige mængde varme vil bestå af summen af mængden af varme, der kræves for at opvarme kobberglasset, og mængden af varme, der kræves for at opvarme vandet i det:
Lad os først beregne mængden af varme, der kræves for at opvarme et kobberglas:
Før vi beregner mængden af varme, der kræves for at opvarme vand, lad os beregne massen af vand ved hjælp af en formel, der er kendt for os fra klasse 7:
Nu kan vi beregne:
Så kan vi beregne:
Lad os huske, hvad kilojoule betyder. Præfikset "kilo" betyder 
.
Svar:.
For at gøre det lettere at løse problemer med at finde mængden af varme (de såkaldte direkte problemer) og mængder forbundet med dette koncept, kan du bruge følgende tabel.
|
Nødvendig mængde |
Betegnelse |
Måleenheder |
Grundformel |
Formel for mængde |
|
Mængden af varme |
Den indre energi i et termodynamisk system kan ændres på to måder:
- arbejder på systemet,
- ved hjælp af termisk interaktion.
Overførsel af varme til en krop er ikke forbundet med udførelsen af makroskopisk arbejde på kroppen. I dette tilfælde er ændringen i indre energi forårsaget af det faktum, at individuelle molekyler i et legeme med en højere temperatur virker på nogle molekyler i et legeme, der har en lavere temperatur. I dette tilfælde realiseres termisk interaktion på grund af termisk ledningsevne. Energioverførsel er også mulig ved brug af stråling. Systemet af mikroskopiske processer (der ikke vedrører hele kroppen, men til individuelle molekyler) kaldes varmeoverførsel. Mængden af energi, der overføres fra et legeme til et andet som følge af varmeoverførsel, bestemmes af mængden af varme, der overføres fra et legeme til et andet.
Definition
Varme er den energi, der modtages (eller opgives) af et legeme i processen med varmeudveksling med omgivende kroppe (miljø).
Symbolet for varme er normalt bogstavet Q.
Dette er en af de grundlæggende størrelser i termodynamik. Varme indgår i de matematiske udtryk for termodynamikkens første og anden lov. Varme siges at være energi i form af molekylær bevægelse.
Varme kan overføres til systemet (kroppen), eller den kan tages fra det. Det menes, at hvis varme overføres til systemet, så er det positivt.
Formel til beregning af varme ved temperaturændringer
Vi betegner den elementære mængde varme som . Lad os bemærke, at det varmeelement, som systemet modtager (giver) med en lille ændring i dets tilstand, ikke er en fuldstændig forskel. Årsagen til dette er, at varme er en funktion af processen med at ændre systemets tilstand.
Den elementære mængde varme, der tilføres systemet, og temperaturen skifter fra T til T+dT, er lig med:
hvor C er kroppens varmekapacitet. Hvis det pågældende legeme er homogent, kan formel (1) for mængden af varme repræsenteres som:
hvor er kroppens specifikke varmekapacitet, m er kroppens masse, er den molære varmekapacitet, er stoffets molære masse, er antallet af mol af stoffet.
Hvis kroppen er homogen, og varmekapaciteten betragtes som uafhængig af temperatur, så kan mængden af varme (), som kroppen modtager, når dens temperatur stiger med en mængde, beregnes som:
hvor t 2, t 1 kropstemperatur før og efter opvarmning. Bemærk venligst, at når man finder forskellen () i beregninger, kan temperaturer erstattes både i grader Celsius og i kelvin.
Formel for mængden af varme under faseovergange
For at overføre et stof fra tilstanden af et fast stof til en væske, skal det således gives en mængde varme () svarende til:
hvor er den specifikke fusionsvarme, dm er elementet af kropsmasse. Det skal tages i betragtning, at kroppen skal have en temperatur svarende til smeltepunktet for det pågældende stof. Under krystallisation frigives varme svarende til (4).
Mængden af varme (fordampningsvarme), der kræves for at omdanne væske til damp, kan findes som:
hvor r er den specifikke fordampningsvarme. Når damp kondenserer, frigives varme. Fordampningsvarmen er lig med kondensationsvarmen af lige store stofmasser.
Enheder til måling af varmemængden
Den grundlæggende måleenhed for mængden af varme i SI-systemet er: [Q]=J
En ekstra-system enhed af varme, som ofte findes i tekniske beregninger. [Q]=cal (kalorie). 1 cal=4,1868 J.
Eksempler på problemløsning
Eksempel
Øvelse. Hvilke mængder vand skal blandes for at opnå 200 liter vand ved en temperatur på t = 40C, hvis temperaturen på en masse vand er t 1 = 10 C, er temperaturen på den anden masse vand t 2 = 60 C ?
Løsning. Lad os skrive varmebalanceligningen på formen:
hvor Q=cmt er mængden af varme fremstillet efter blanding af vandet; Q 1 = cm 1 t 1 - mængden af varme af en del vand med temperatur t 1 og masse m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - varmemængden af en del vand med temperatur t 2 og masse m 2.
Fra ligning (1.1) følger:
Når vi kombinerer kolde (V 1) og varme (V 2) dele af vand til et enkelt volumen (V), kan vi antage, at:
Så vi får et ligningssystem:
Efter at have løst det får vi:
Som vi allerede ved, kan den indre energi i et legeme ændre sig både når man udfører arbejde og gennem varmeoverførsel (uden at arbejde).
Den største forskel mellem arbejde og mængden af varme er, at arbejdet bestemmer processen med at konvertere den indre energi i systemet, som er ledsaget af omdannelsen af energi fra en type til en anden. I tilfælde af at der sker en ændring i indre energi ved hjælp af varmeoverførsel , overførsel af energi fra en krop til en anden udføres pga termisk ledningsevne , stråling eller.
konvektion Den energi, som en krop taber eller vinder under varmeoverførsel, kaldes
mængden af varme.
Vi opvarmer to beholdere ved hjælp af to identiske brændere. Den ene beholder indeholder 1 kg vand, den anden indeholder 2 kg. Temperaturen på vandet i de to kar er i starten den samme. Vi kan se, at vandet i et af karrene på samme tid opvarmes hurtigere, selvom begge kar får lige meget varme.
Således konkluderer vi: jo større massen af et givent legeme er, desto større mængde varme skal der bruges for at sænke eller øge dens temperatur med det samme antal grader.
Når et legeme afkøles, afgiver det en større mængde varme til naboobjekter, jo større dens masse.
Vi ved alle, at hvis vi skal opvarme en fuld kedel vand til en temperatur på 50°C, vil vi bruge mindre tid på denne handling end at opvarme en kedel med samme volumen vand, men kun til 100°C. I tilfælde nummer et vil der blive givet mindre varme til vandet end i tilfælde to.
Mængden af varme, der kræves til opvarmning afhænger således direkte af, om hvor mange grader kroppen kan varme op. Vi kan konkludere: mængden af varme afhænger direkte af forskellen i kropstemperaturen.
Men er det muligt at bestemme mængden af varme, der kræves for ikke at opvarme vand, men et andet stof, f.eks. olie, bly eller jern?
Fyld en beholder med vand og fyld den anden med vegetabilsk olie. Masserne af vand og olie er lige store. Vi opvarmer begge beholdere jævnt på identiske brændere. Lad os starte eksperimentet ved lige starttemperaturer af vegetabilsk olie og vand. Fem minutter senere, efter at have målt temperaturerne på den opvarmede olie og vand, vil vi bemærke, at oliens temperatur er meget højere end temperaturen på vandet, selvom begge væsker modtog den samme mængde varme.
Den åbenlyse konklusion er: Ved opvarmning af lige store masser af olie og vand ved samme temperatur kræves der forskellige mængder varme.
Og vi drager straks en anden konklusion: mængden af varme, der kræves for at opvarme en krop, afhænger direkte af det stof, som kroppen selv består af (stoftypen).
Mængden af varme, der er nødvendig for at opvarme et legeme (eller frigivet ved afkøling) afhænger således direkte af kroppens masse, variabiliteten af dens temperatur og typen af stof.
Varmemængden er angivet med symbolet Q. Som andre forskellige energityper måles varmemængden i joule (J) eller kilojoule (kJ).
1 kJ = 1000 J
Historien viser dog, at videnskabsmænd begyndte at måle mængden af varme længe før begrebet energi dukkede op i fysikken. På det tidspunkt blev der udviklet en speciel enhed til at måle mængden af varme - kalorie (cal) eller kilokalorie (kcal). Ordet har latinske rødder, kalorie - varme.
1 kcal = 1000 cal
Kalorie– dette er den mængde varme, der skal til for at opvarme 1 g vand med 1°C
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Har du stadig spørgsmål? Ved du ikke, hvordan du laver dine lektier?
Tilmeld dig for at få hjælp fra en vejleder.
Den første lektion er gratis!
hjemmeside, ved kopiering af materiale helt eller delvist kræves et link til den originale kilde.