Apa yang akan lebih cepat panas di atas dapur - cerek atau baldi air? Jawapannya jelas - teko. Kemudian soalan kedua ialah mengapa?
Jawapannya tidak kurang jelas - kerana jisim air dalam cerek adalah kurang. Hebat. Dan kini anda boleh melakukan pengalaman fizikal sebenar sendiri di rumah. Untuk melakukan ini, anda memerlukan dua periuk kecil yang sama, jumlah air dan minyak sayuran yang sama, contohnya, setengah liter setiap satu dan dapur. Letakkan periuk dengan minyak dan air pada api yang sama. Sekarang lihat sahaja apa yang akan menjadi lebih cepat panas. Jika anda mempunyai termometer untuk cecair, anda boleh menggunakannya; jika tidak, anda hanya boleh menguji suhu dengan jari anda dari semasa ke semasa, cuma berhati-hati agar tidak terbakar. Walau apa pun, anda tidak lama lagi akan melihat bahawa minyak panas lebih cepat daripada air. Dan satu lagi soalan, yang juga boleh dilaksanakan dalam bentuk pengalaman. Apa yang akan mendidih lebih cepat - air suam atau sejuk? Segala-galanya jelas sekali lagi - yang hangat akan menjadi yang pertama di garisan penamat. Mengapa semua soalan dan eksperimen aneh ini? Untuk menentukan kuantiti fizik yang dipanggil "jumlah haba".
Kuantiti haba
Jumlah haba ialah tenaga yang hilang atau diperolehi oleh badan semasa pemindahan haba. Ini jelas dari namanya. Apabila menyejukkan, badan akan kehilangan sejumlah haba, dan apabila dipanaskan, ia akan menyerap. Dan jawapan kepada soalan kami menunjukkan kepada kami Apakah jumlah haba bergantung kepada? Pertama, lebih besar jisim badan, lebih besar jumlah haba yang mesti dibelanjakan untuk menukar suhunya sebanyak satu darjah. Kedua, jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan bergantung kepada bahan yang mengandunginya, iaitu, pada jenis bahan. Dan ketiga, perbezaan suhu badan sebelum dan selepas pemindahan haba juga penting untuk pengiraan kita. Berdasarkan perkara di atas, kita boleh tentukan jumlah haba menggunakan formula:
di mana Q ialah jumlah haba,
m - berat badan,
(t_2-t_1) - perbezaan antara suhu badan awal dan akhir,
c ialah muatan haba tentu bahan, didapati daripada jadual yang sepadan.
Menggunakan formula ini, anda boleh mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan mana-mana badan atau yang akan dikeluarkan oleh badan ini apabila menyejukkan.
Jumlah haba diukur dalam joule (1 J), seperti mana-mana jenis tenaga. Walau bagaimanapun, nilai ini diperkenalkan tidak lama dahulu, dan orang ramai mula mengukur jumlah haba lebih awal. Dan mereka menggunakan unit yang digunakan secara meluas pada zaman kita - kalori (1 kal). 1 kalori ialah jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sebanyak 1 darjah Celsius. Berpandukan data ini, mereka yang suka mengira kalori dalam makanan yang mereka makan boleh, untuk keseronokan, mengira berapa liter air boleh direbus dengan tenaga yang mereka ambil dengan makanan pada siang hari.
Apa yang akan lebih cepat panas di atas dapur - cerek atau baldi air? Jawapannya jelas - teko. Kemudian soalan kedua ialah mengapa?
Jawapannya tidak kurang jelas - kerana jisim air dalam cerek adalah kurang. Hebat. Dan kini anda boleh melakukan pengalaman fizikal sebenar sendiri di rumah. Untuk melakukan ini, anda memerlukan dua periuk kecil yang sama, jumlah air dan minyak sayuran yang sama, contohnya, setengah liter setiap satu dan dapur. Letakkan periuk dengan minyak dan air pada api yang sama. Sekarang lihat sahaja apa yang akan menjadi lebih cepat panas. Jika anda mempunyai termometer untuk cecair, anda boleh menggunakannya; jika tidak, anda boleh menguji suhu dengan jari anda dari semasa ke semasa, cuma berhati-hati agar tidak terbakar. Walau apa pun, anda tidak lama lagi akan melihat bahawa minyak panas lebih cepat daripada air. Dan satu lagi soalan, yang juga boleh dilaksanakan dalam bentuk pengalaman. Apa yang akan mendidih lebih cepat - air suam atau sejuk? Segala-galanya jelas sekali lagi - yang hangat akan menjadi yang pertama di garisan penamat. Mengapa semua soalan dan eksperimen aneh ini? Untuk menentukan kuantiti fizik yang dipanggil "jumlah haba".
Kuantiti haba
Jumlah haba ialah tenaga yang hilang atau diperolehi oleh badan semasa pemindahan haba. Ini jelas dari namanya. Apabila menyejukkan, badan akan kehilangan sejumlah haba, dan apabila dipanaskan, ia akan menyerap. Dan jawapan kepada soalan kami menunjukkan kepada kami Apakah jumlah haba bergantung kepada? Pertama, lebih besar jisim badan, lebih besar jumlah haba yang mesti dibelanjakan untuk menukar suhunya sebanyak satu darjah. Kedua, jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan bergantung kepada bahan yang mengandunginya, iaitu, pada jenis bahan. Dan ketiga, perbezaan suhu badan sebelum dan selepas pemindahan haba juga penting untuk pengiraan kita. Berdasarkan perkara di atas, kita boleh tentukan jumlah haba menggunakan formula:
Q=cm(t_2-t_1) ,
di mana Q ialah jumlah haba,
m - berat badan,
(t_2-t_1) - perbezaan antara suhu badan awal dan akhir,
c ialah muatan haba tentu bahan, didapati daripada jadual yang sepadan.
Menggunakan formula ini, anda boleh mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan mana-mana badan atau yang akan dikeluarkan oleh badan ini apabila menyejukkan.
Jumlah haba diukur dalam joule (1 J), seperti mana-mana jenis tenaga. Walau bagaimanapun, nilai ini diperkenalkan tidak lama dahulu, dan orang ramai mula mengukur jumlah haba lebih awal. Dan mereka menggunakan unit yang digunakan secara meluas pada zaman kita - kalori (1 kal). 1 kalori ialah jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sebanyak 1 darjah Celsius. Berpandukan data ini, mereka yang suka mengira kalori dalam makanan yang mereka makan boleh, untuk keseronokan, mengira berapa liter air boleh direbus dengan tenaga yang mereka ambil dengan makanan pada siang hari.
Dalam pelajaran ini kita akan belajar cara mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan atau dilepaskan olehnya apabila menyejukkan. Untuk melakukan ini, kami akan meringkaskan pengetahuan yang diperoleh dalam pelajaran sebelumnya.
Di samping itu, kita akan belajar, menggunakan formula untuk jumlah haba, untuk menyatakan baki kuantiti daripada formula ini dan mengiranya, mengetahui kuantiti lain. Contoh masalah dengan penyelesaian untuk mengira jumlah haba juga akan dipertimbangkan.
Pelajaran ini dikhaskan untuk mengira jumlah haba apabila jasad dipanaskan atau dilepaskan apabila disejukkan.
Keupayaan untuk mengira jumlah haba yang diperlukan adalah sangat penting. Ini mungkin diperlukan, sebagai contoh, apabila mengira jumlah haba yang perlu disalurkan kepada air untuk memanaskan bilik.
nasi. 1. Jumlah haba yang mesti disalurkan kepada air untuk memanaskan bilik
Atau untuk mengira jumlah haba yang dibebaskan apabila bahan api dibakar dalam pelbagai enjin:
nasi. 2. Jumlah haba yang dibebaskan apabila bahan api dibakar dalam enjin
Pengetahuan ini juga diperlukan, sebagai contoh, untuk menentukan jumlah haba yang dikeluarkan oleh Matahari dan jatuh ke Bumi:
nasi. 3. Jumlah haba yang dibebaskan oleh Matahari dan jatuh ke Bumi
Untuk mengira jumlah haba, anda perlu mengetahui tiga perkara (Rajah 4):
- berat badan (yang biasanya boleh diukur menggunakan skala);
- perbezaan suhu yang mana badan mesti dipanaskan atau disejukkan (biasanya diukur menggunakan termometer);
- kapasiti haba tertentu badan (yang boleh ditentukan dari jadual).
nasi. 4. Apa yang anda perlu tahu untuk menentukan
Formula di mana jumlah haba dikira kelihatan seperti ini:
Kuantiti berikut muncul dalam formula ini:
Jumlah haba yang diukur dalam joule (J);
Muatan haba tentu bahan diukur dalam ;
- perbezaan suhu, diukur dalam darjah Celsius ().
Mari kita pertimbangkan masalah mengira jumlah haba.
Tugasan
Gelas kuprum dengan jisim gram mengandungi air dengan isipadu liter pada suhu. Berapa banyak haba mesti dipindahkan ke segelas air supaya suhunya menjadi sama dengan ?
nasi. 5. Ilustrasi keadaan masalah
Mula-mula kita tulis syarat pendek ( Diberi) dan menukar semua kuantiti kepada sistem antarabangsa (SI).
|
Diberi: |
SI |
|
|
Cari: |
Penyelesaian:
Pertama, tentukan kuantiti lain yang kita perlukan untuk menyelesaikan masalah ini. Menggunakan jadual muatan haba tentu (Jadual 1) kita dapati (kapasiti haba tentu kuprum, kerana mengikut keadaan kaca adalah kuprum), (kapasiti haba tentu air, kerana mengikut keadaan terdapat air dalam kaca). Di samping itu, kita tahu bahawa untuk mengira jumlah haba kita memerlukan jisim air. Mengikut syarat, kami hanya diberi volum. Oleh itu, dari jadual kita mengambil ketumpatan air: (Jadual 2).
Jadual 1. Muatan haba tentu bagi sesetengah bahan,
Jadual 2. Ketumpatan sesetengah cecair
Sekarang kami mempunyai semua yang kami perlukan untuk menyelesaikan masalah ini.
Ambil perhatian bahawa jumlah haba akhir akan terdiri daripada jumlah jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan kaca kuprum dan jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan air di dalamnya:
Mari mula-mula mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan kaca kuprum:
Sebelum mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan air, mari kita hitung jisim air menggunakan formula yang biasa kepada kita dari gred 7:
Sekarang kita boleh mengira:
Kemudian kita boleh mengira:
Mari kita ingat apa maksud kilojoule. Awalan "kilo" bermaksud 
.
Jawapan:.
Untuk kemudahan menyelesaikan masalah mencari jumlah haba (masalah langsung yang dipanggil) dan kuantiti yang berkaitan dengan konsep ini, anda boleh menggunakan jadual berikut.
|
Kuantiti yang diperlukan |
Jawatan |
Unit |
Formula asas |
Formula untuk kuantiti |
|
Kuantiti haba |
Tenaga dalaman sistem termodinamik boleh diubah dalam dua cara:
- melakukan kerja pada sistem,
- menggunakan interaksi terma.
Pemindahan haba ke badan tidak dikaitkan dengan prestasi kerja makroskopik pada badan. Dalam kes ini, perubahan dalam tenaga dalaman disebabkan oleh fakta bahawa molekul individu badan dengan suhu yang lebih tinggi berfungsi pada beberapa molekul badan yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Dalam kes ini, interaksi terma direalisasikan kerana kekonduksian terma. Pemindahan tenaga juga boleh dilakukan menggunakan sinaran. Sistem proses mikroskopik (tidak berkaitan dengan seluruh badan, tetapi dengan molekul individu) dipanggil pemindahan haba. Jumlah tenaga yang dipindahkan dari satu jasad ke jasad lain akibat pemindahan haba ditentukan oleh jumlah haba yang dipindahkan dari satu jasad ke jasad yang lain.
Definisi
kehangatan ialah tenaga yang diterima (atau diserahkan) oleh jasad dalam proses pertukaran haba dengan jasad sekeliling (persekitaran). Simbol untuk haba biasanya huruf Q.
Ini adalah salah satu kuantiti asas dalam termodinamik. Haba termasuk dalam ungkapan matematik hukum pertama dan kedua termodinamik. Haba dikatakan tenaga dalam bentuk gerakan molekul.
Haba boleh dipindahkan ke sistem (badan), atau ia boleh diambil daripadanya. Adalah dipercayai bahawa jika haba dipindahkan ke sistem, maka ia adalah positif.
Formula untuk mengira haba apabila suhu berubah
Kami menyatakan jumlah asas haba sebagai . Mari kita ambil perhatian bahawa unsur haba yang diterima sistem (memberi) dengan perubahan kecil dalam keadaannya bukanlah pembezaan yang lengkap. Sebabnya ialah haba adalah fungsi proses mengubah keadaan sistem.
Jumlah asas haba yang diberikan kepada sistem, dan suhu berubah dari T kepada T+dT, adalah sama dengan:
di mana C ialah kapasiti haba badan. Jika badan yang dimaksudkan adalah homogen, maka rumus (1) untuk jumlah haba boleh diwakili sebagai:
di mana muatan haba tentu badan, m ialah jisim badan, ialah kapasiti haba molar, ialah jisim molar bahan, ialah bilangan mol bahan.
Jika badan adalah homogen, dan kapasiti haba dianggap bebas daripada suhu, maka jumlah haba () yang diterima oleh badan apabila suhunya meningkat dengan jumlah boleh dikira sebagai:
di mana t 2, t 1 suhu badan sebelum dan selepas pemanasan. Sila ambil perhatian bahawa apabila mencari perbezaan () dalam pengiraan, suhu boleh digantikan dalam kedua-dua darjah Celsius dan dalam kelvin.
Formula untuk jumlah haba semasa peralihan fasa
Peralihan dari satu fasa bahan ke yang lain disertai dengan penyerapan atau pelepasan sejumlah haba, yang dipanggil haba peralihan fasa.
Jadi, untuk memindahkan unsur jirim daripada keadaan pepejal kepada cecair, ia harus diberi jumlah haba () sama dengan:
di mana adalah haba tentu pelakuran, dm ialah unsur jisim badan. Perlu diambil kira bahawa badan mesti mempunyai suhu yang sama dengan takat lebur bahan berkenaan. Semasa penghabluran, haba dibebaskan sama dengan (4).
Jumlah haba (haba penyejatan) yang diperlukan untuk menukar cecair kepada wap boleh didapati sebagai:
di mana r ialah haba tentu penyejatan. Apabila wap terpeluwap, haba dibebaskan. Haba penyejatan adalah sama dengan haba pemeluwapan jisim bahan yang sama.
Unit untuk mengukur jumlah haba
Unit asas ukuran untuk jumlah haba dalam sistem SI ialah: [Q]=J
Unit sistem tambahan haba, yang sering dijumpai dalam pengiraan teknikal. [Q]=kal (kalori). 1 kal=4.1868 J.
Contoh penyelesaian masalah
Contoh
Senaman. Apakah isipadu air yang perlu dibancuh untuk mendapatkan 200 liter air pada suhu t = 40C, jika suhu satu jisim air ialah t 1 = 10 C, suhu jisim kedua air ialah t 2 = 60 C ?
Penyelesaian. Mari kita tulis persamaan imbangan haba dalam bentuk:
di mana Q=cmt ialah jumlah haba yang disediakan selepas mencampurkan air; Q 1 = cm 1 t 1 - jumlah haba bahagian air dengan suhu t 1 dan jisim m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - jumlah haba bahagian air dengan suhu t 2 dan jisim m 2.
Daripada persamaan (1.1) ia berikut:
Apabila menggabungkan bahagian air sejuk (V 1) dan panas (V 2) menjadi satu isipadu (V), kita boleh mengandaikan bahawa:
Jadi, kita mendapat sistem persamaan:
Setelah menyelesaikannya kami mendapat:
Seperti yang kita sedia maklum, tenaga dalaman badan boleh berubah semasa melakukan kerja dan melalui pemindahan haba (tanpa melakukan kerja). Perbezaan utama antara kerja dan jumlah haba ialah kerja menentukan proses menukar tenaga dalaman sistem, yang disertai dengan transformasi tenaga dari satu jenis ke yang lain.
Sekiranya perubahan dalam tenaga dalaman berlaku dengan bantuan pemindahan haba, pemindahan tenaga dari satu badan ke badan yang lain dijalankan disebabkan oleh kekonduksian terma, sinaran, atau perolakan.
Tenaga yang hilang atau diperolehi oleh badan semasa pemindahan haba dipanggil jumlah haba.
Apabila mengira jumlah haba, anda perlu mengetahui kuantiti yang mempengaruhinya.
Kami akan memanaskan dua bekas menggunakan dua penunu yang sama. Satu bekas mengandungi 1 kg air, satu lagi mengandungi 2 kg. Suhu air dalam kedua-dua bejana pada mulanya adalah sama. Kita dapat melihat bahawa pada masa yang sama, air dalam salah satu bekas menjadi lebih cepat, walaupun kedua-dua kapal menerima jumlah haba yang sama.
Oleh itu, kita membuat kesimpulan: semakin besar jisim badan tertentu, semakin besar jumlah haba yang mesti dibelanjakan untuk menurunkan atau meningkatkan suhunya dengan bilangan darjah yang sama.
Apabila badan menjadi sejuk, ia mengeluarkan lebih banyak haba kepada objek jiran, lebih besar jisimnya.
Kita semua tahu bahawa jika kita perlu memanaskan cerek penuh air pada suhu 50°C, kita akan menghabiskan lebih sedikit masa untuk tindakan ini daripada memanaskan cerek dengan isipadu air yang sama, tetapi hanya hingga 100°C. Dalam kes nombor satu, kurang haba akan diberikan kepada air daripada dalam kes dua.
Oleh itu, jumlah haba yang diperlukan untuk pemanasan secara langsung bergantung kepada sama ada berapa darjah badan boleh panas. Kita boleh membuat kesimpulan: jumlah haba secara langsung bergantung kepada perbezaan suhu badan.
Tetapi adakah mungkin untuk menentukan jumlah haba yang diperlukan untuk tidak memanaskan air, tetapi beberapa bahan lain, katakan, minyak, plumbum atau besi?
Isi satu bekas dengan air dan isi yang lain dengan minyak sayuran. Jisim air dan minyak adalah sama. Kami akan memanaskan kedua-dua bekas secara sama rata pada penunu yang sama. Mari kita mulakan eksperimen pada suhu awal minyak sayuran dan air yang sama. Lima minit kemudian, setelah mengukur suhu minyak dan air yang dipanaskan, kita akan dapati bahawa suhu minyak jauh lebih tinggi daripada suhu air, walaupun kedua-dua cecair menerima jumlah haba yang sama.
Kesimpulan yang jelas ialah: Apabila memanaskan jisim minyak dan air yang sama pada suhu yang sama, jumlah haba yang berbeza diperlukan.
Dan kami segera membuat kesimpulan lain: jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan secara langsung bergantung pada bahan yang badan itu sendiri terdiri (jenis bahan).
Oleh itu, jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan (atau dibebaskan apabila menyejukkan) secara langsung bergantung pada jisim badan, kebolehubahan suhunya, dan jenis bahan.
Kuantiti haba dilambangkan dengan simbol Q. Seperti jenis tenaga lain yang berbeza, kuantiti haba diukur dalam joule (J) atau kilojoule (kJ).
1 kJ = 1000 J
Walau bagaimanapun, sejarah menunjukkan bahawa saintis mula mengukur jumlah haba jauh sebelum konsep tenaga muncul dalam fizik. Pada masa itu, satu unit khas telah dibangunkan untuk mengukur jumlah haba - kalori (kal) atau kilokalori (kcal). Perkataan itu mempunyai akar Latin, kalori - haba.
1 kcal = 1000 kal
Kalori– ini ialah jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 g air sebanyak 1°C
1 kal = 4.19 J ≈ 4.2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4.2 kJ
Masih ada soalan? Tidak tahu bagaimana untuk membuat kerja rumah anda?
Untuk mendapatkan bantuan daripada tutor, daftar.
Pelajaran pertama adalah percuma!
laman web, apabila menyalin bahan sepenuhnya atau sebahagian, pautan ke sumber diperlukan.