Kaj se bo hitreje segrelo na štedilniku - kotliček ali vedro vode? Odgovor je očiten - čajnik. Potem je drugo vprašanje zakaj?
Odgovor ni nič manj očiten - ker je masa vode v kotličku manjša. super In zdaj lahko sami doma naredite pravo fizično izkušnjo. Če želite to narediti, boste potrebovali dve enaki majhni ponvi, enako količino vode in rastlinskega olja, na primer pol litra vsakega in kuhalnik. Na isti ogenj postavimo kozice z oljem in vodo. Zdaj pa le opazujte, kaj se bo hitreje segrelo. Če imate termometer za tekočine, ga lahko uporabite, če ne, lahko preprosto občasno preizkusite temperaturo s prstom, le pazite, da se ne opečete. V vsakem primeru boste kmalu videli, da se olje segreje veliko hitreje kot voda. In še eno vprašanje, ki ga je mogoče uresničiti tudi v obliki izkušenj. Kaj bo hitreje zavrelo - topla voda ali hladna? Spet je vse očitno – topli bodo prvi v cilju. Zakaj vsa ta čudna vprašanja in poskusi? Za določitev fizikalne količine, imenovane "količina toplote".
Količina toplote
Količina toplote je energija, ki jo telo izgubi ali pridobi pri prenosu toplote. To je jasno že iz imena. Pri ohlajanju bo telo izgubilo določeno količino toplote, pri segrevanju pa jo absorbiralo. In odgovori na naša vprašanja so nam pokazali Od česa je odvisna količina toplote? Prvič, večja kot je masa telesa, večja je količina toplote, ki jo je treba porabiti, da se njegova temperatura spremeni za eno stopinjo. Drugič, količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, je odvisna od snovi, iz katere je sestavljeno, to je od vrste snovi. In tretjič, za naše izračune je pomembna tudi razlika v telesni temperaturi pred in po prenosu toplote. Glede na zgoraj navedeno lahko določite količino toplote po formuli:
kjer je Q količina toplote,
m - telesna teža,
(t_2-t_1) - razlika med začetno in končno telesno temperaturo,
c je specifična toplotna kapaciteta snovi, ugotovljena iz ustreznih tabel.
S to formulo lahko izračunate količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje katerega koli telesa ali ki jo bo to telo sprostilo pri ohlajanju.
Količina toplote se meri v džulih (1 J), tako kot vsaka vrsta energije. Vendar je bila ta vrednost uvedena ne tako dolgo nazaj in ljudje so količino toplote začeli meriti veliko prej. In uporabili so enoto, ki se v našem času pogosto uporablja - kalorija (1 cal). 1 kalorija je količina toplote, ki je potrebna za segrevanje 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija. Na podlagi teh podatkov lahko tisti, ki radi štejejo kalorije v hrani, ki jo zaužijejo, čisto za šalo izračunajo, koliko litrov vode lahko zavrejo z energijo, ki jo čez dan zaužijejo s hrano.
Kaj se bo hitreje segrelo na štedilniku - kotliček ali vedro vode? Odgovor je očiten - čajnik. Potem je drugo vprašanje zakaj?
Odgovor ni nič manj očiten - ker je masa vode v kotličku manjša. super In zdaj lahko sami doma naredite pravo fizično izkušnjo. Če želite to narediti, boste potrebovali dve enaki majhni ponvi, enako količino vode in rastlinskega olja, na primer pol litra vsakega in kuhalnik. Na isti ogenj postavimo kozice z oljem in vodo. Zdaj pa le opazujte, kaj se bo hitreje segrelo. Če imate termometer za tekočine, ga lahko uporabite, če ne, lahko preprosto občasno preizkusite temperaturo s prstom, le pazite, da se ne opečete. V vsakem primeru boste kmalu videli, da se olje segreje veliko hitreje kot voda. In še eno vprašanje, ki ga je mogoče uresničiti tudi v obliki izkušenj. Kaj bo hitreje zavrelo - topla voda ali hladna? Spet je vse očitno – topli bodo prvi v cilju. Zakaj vsa ta čudna vprašanja in poskusi? Za določitev fizikalne količine, imenovane "količina toplote".
Količina toplote
Količina toplote je energija, ki jo telo izgubi ali pridobi pri prenosu toplote. To je jasno že iz imena. Pri ohlajanju bo telo izgubilo določeno količino toplote, pri segrevanju pa jo absorbiralo. In odgovori na naša vprašanja so nam pokazali Od česa je odvisna količina toplote? Prvič, večja kot je masa telesa, večja je količina toplote, ki jo je treba porabiti, da se njegova temperatura spremeni za eno stopinjo. Drugič, količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, je odvisna od snovi, iz katere je sestavljeno, to je od vrste snovi. In tretjič, za naše izračune je pomembna tudi razlika v telesni temperaturi pred in po prenosu toplote. Glede na zgoraj navedeno lahko določite količino toplote po formuli:
Q=cm(t_2-t_1) ,
kjer je Q količina toplote,
m - telesna teža,
(t_2-t_1) - razlika med začetno in končno telesno temperaturo,
c je specifična toplotna kapaciteta snovi, ugotovljena iz ustreznih tabel.
S to formulo lahko izračunate količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje katerega koli telesa oziroma ki jo bo to telo sprostilo pri ohlajanju.
Količina toplote se meri v džulih (1 J), tako kot vsaka vrsta energije. Vendar je bila ta vrednost uvedena ne tako dolgo nazaj in ljudje so količino toplote začeli meriti veliko prej. In uporabili so enoto, ki se v našem času pogosto uporablja - kalorija (1 cal). 1 kalorija je količina toplote, ki je potrebna za segrevanje 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija. Na podlagi teh podatkov lahko tisti, ki radi štejejo kalorije v hrani, ki jo zaužijejo, čisto za šalo izračunajo, koliko litrov vode lahko zavrejo z energijo, ki jo čez dan zaužijejo s hrano.
V tej lekciji se bomo naučili izračunati količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa ali ki jo telo sprosti pri ohlajanju. Da bi to naredili, bomo povzeli znanje, ki smo ga pridobili v prejšnjih lekcijah.
Poleg tega se bomo naučili s formulo za količino toplote izraziti preostale količine iz te formule in jih izračunati ob poznavanju drugih količin. Obravnavan bo tudi primer problema z rešitvijo za izračun količine toplote.
Ta lekcija je namenjena izračunu količine toplote, ko se telo segreje ali sprosti pri ohlajanju.
Sposobnost izračuna potrebne količine toplote je zelo pomembna. To je morda potrebno na primer pri izračunu količine toplote, ki jo je treba prenesti na vodo za ogrevanje prostora.
riž. 1. Količina toplote, ki jo je treba predati vodi za ogrevanje prostora
Ali za izračun količine toplote, ki se sprosti pri zgorevanju goriva v različnih motorjih:
riž. 2. Količina toplote, ki se sprosti pri zgorevanju goriva v motorju
To znanje je potrebno tudi na primer za določitev količine toplote, ki jo sprosti Sonce in pade na Zemljo:
riž. 3. Količina toplote, ki jo sprosti Sonce in pade na Zemljo
Za izračun količine toplote morate vedeti tri stvari (slika 4):
- telesna teža (ki jo običajno lahko izmerimo s tehtnico);
- temperaturna razlika, za katero je treba telo segreti ali ohladiti (običajno merjena s termometrom);
- specifična toplotna kapaciteta telesa (ki jo lahko določimo iz tabele).
riž. 4. Kaj morate vedeti za določitev
Formula, po kateri se izračuna količina toplote, izgleda takole:
V tej formuli se pojavijo naslednje količine:
Količina toplote, merjena v joulih (J);
Specifična toplotna kapaciteta snovi se meri v ;
- temperaturna razlika, merjena v stopinjah Celzija ().
Razmislimo o problemu izračuna količine toplote.
Naloga
Bakren kozarec z maso gramov vsebuje vodo s prostornino liter pri temperaturi. Koliko toplote je treba prenesti na kozarec vode, da postane njegova temperatura enaka?
riž. 5. Ilustracija pogojev problema
Najprej zapišemo kratek pogoj ( dano) in pretvorite vse količine v mednarodni sistem (SI).
|
podano: |
SI |
|
|
Najdi: |
rešitev:
Najprej določite, katere druge količine potrebujemo za rešitev tega problema. S pomočjo tabele specifične toplotne kapacitete (tabela 1) najdemo (specifično toplotno kapaciteto bakra, saj je po pogoju steklo baker), (specifično toplotno kapaciteto vode, saj je po pogoju v kozarcu voda). Poleg tega vemo, da za izračun količine toplote potrebujemo maso vode. Glede na pogoj nam je dana samo prostornina. Zato iz tabele vzamemo gostoto vode: (Tabela 2).
Tabela 1. Specifična toplotna kapaciteta nekaterih snovi,
Tabela 2. Gostote nekaterih tekočin
Zdaj imamo vse, kar potrebujemo za rešitev tega problema.
Upoštevajte, da bo končna količina toplote sestavljena iz vsote količine toplote, potrebne za segrevanje bakrenega stekla, in količine toplote, potrebne za segrevanje vode v njem:
Najprej izračunajmo količino toplote, potrebno za segrevanje bakrenega stekla:
Preden izračunamo količino toplote, potrebno za ogrevanje vode, izračunajmo maso vode po formuli, ki nam je znana iz 7. razreda:
Zdaj lahko izračunamo:
Potem lahko izračunamo:
Spomnimo se, kaj pomenijo kilodžuli. Predpona "kilogram" pomeni 
.
odgovor:.
Za lažje reševanje problemov iskanja količine toplote (tako imenovani neposredni problemi) in količin, povezanih s tem konceptom, lahko uporabite naslednjo tabelo.
|
Zahtevana količina |
Imenovanje |
Merske enote |
Osnovna formula |
Formula za količino |
|
Količina toplote |
Notranjo energijo termodinamičnega sistema lahko spremenimo na dva načina:
- delo na sistemu,
- z uporabo toplotne interakcije.
Prenos toplote na telo ni povezan z izvajanjem makroskopskega dela na telesu. V tem primeru je sprememba notranje energije posledica dejstva, da posamezne molekule telesa z višjo temperaturo delujejo na nekatere molekule telesa z nižjo temperaturo. V tem primeru se toplotna interakcija realizira zaradi toplotne prevodnosti. Prenos energije je mogoč tudi s pomočjo sevanja. Sistem mikroskopskih procesov (ki se ne nanašajo na celotno telo, temveč na posamezne molekule) imenujemo prenos toplote. Količina energije, ki se zaradi prenosa toplote prenese z enega telesa na drugo, je določena s količino toplote, ki se prenese z enega telesa na drugo.
Opredelitev
Toplota je energija, ki jo prejme (ali odda) telo v procesu izmenjave toplote z okoliškimi telesi (okoljem).
Simbol za toploto je običajno črka Q.
To je ena izmed osnovnih veličin v termodinamiki. Toplota je vključena v matematične izraze prvega in drugega zakona termodinamike. Toplota naj bi bila energija v obliki molekularnega gibanja.
Toplota se lahko prenaša na sistem (telo) ali pa se od njega odvzema. Menijo, da če se toplota prenese v sistem, potem je pozitivna.
Formula za izračun toplote pri spremembi temperature
Elementarno količino toplote označimo z. Naj opozorimo, da element toplote, ki ga sistem sprejme (odda) z majhno spremembo svojega stanja, ni popolna razlika. Razlog za to je, da je toplota funkcija procesa spreminjanja stanja sistema.
Osnovna količina toplote, ki je dovedena sistemu in se temperatura spremeni od T do T+dT, je enaka:
kjer je C toplotna kapaciteta telesa. Če je zadevno telo homogeno, lahko formulo (1) za količino toplote predstavimo kot:
kjer je specifična toplotna kapaciteta telesa, m je masa telesa, je molska toplotna kapaciteta, je molska masa snovi, je število molov snovi.
Če je telo homogeno in se toplotna kapaciteta šteje za neodvisno od temperature, potem lahko količino toplote (), ki jo telo prejme, ko se njegova temperatura poveča za znesek, izračunamo kot:
kjer je t 2, t 1 telesna temperatura pred in po ogrevanju. Upoštevajte, da lahko pri iskanju razlike () v izračunih temperature zamenjate tako v stopinjah Celzija kot v kelvinih.
Formula za količino toplote med faznimi prehodi
Tako je treba za prenos elementa snovi iz stanja trdne snovi v tekočino dati količino toplote (), ki je enaka:
kjer je specifična talilna toplota, dm je element telesne mase. Upoštevati je treba, da mora imeti telo temperaturo, ki je enaka tališču zadevne snovi. Pri kristalizaciji se sprošča toplota enaka (4).
Količino toplote (toplota izhlapevanja), potrebno za pretvorbo tekočine v paro, lahko najdete kot:
kjer je r specifična toplota izparevanja. Ko para kondenzira, se sprosti toplota. Toplota izparevanja je enaka toploti kondenzacije enakih mas snovi.
Enote za merjenje količine toplote
Osnovna merska enota za količino toplote v sistemu SI je: [Q]=J
Izvensistemska enota toplote, ki jo pogosto najdemo v tehničnih izračunih. [Q]=kal (kalorija). 1 cal=4,1868 J.
Primeri reševanja problemov
Primer
telovadba. Kakšne količine vode je treba zmešati, da dobimo 200 litrov vode pri temperaturi t = 40 C, če je temperatura ene mase vode t 1 = 10 C, temperatura druge mase vode t 2 = 60 C? ?
rešitev. Zapišimo enačbo toplotne bilance v obliki:
kjer je Q=cmt količina toplote, pripravljene po mešanju vode; Q 1 = cm 1 t 1 - količina toplote dela vode s temperaturo t 1 in maso m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - količina toplote dela vode s temperaturo t 2 in maso m 2.
Iz enačbe (1.1) sledi:
Pri združevanju hladnega (V 1) in vročega (V 2) dela vode v eno prostornino (V) lahko predpostavimo, da:
Tako dobimo sistem enačb:
Ko jo rešimo, dobimo:
Kot že vemo, se lahko notranja energija telesa spreminja tako pri delu kot pri prenosu toplote (brez dela).
Glavna razlika med delom in količino toplote je v tem, da delo določa proces pretvorbe notranje energije sistema, ki ga spremlja preoblikovanje energije iz ene vrste v drugo. V primeru, da pride do spremembe notranje energije s pomočjo prenos toplote , se prenos energije iz enega telesa v drugo izvaja zaradi toplotna prevodnost , sevanje oz.
konvekcija Energija, ki jo telo izgubi ali pridobi pri prenosu toplote, se imenuje
količino toplote.
Z dvema enakima gorilnikoma bomo ogrevali dve posodi. V eni posodi je 1 kg vode, v drugi 2 kg. Temperatura vode v obeh posodah je na začetku enaka. Vidimo, da se v istem času voda v eni posodi hitreje segreje, čeprav obe posodi prejmeta enako količino toplote.
Tako sklepamo: večja kot je masa določenega telesa, večja je količina toplote, ki jo je treba porabiti, da se njegova temperatura zniža ali poveča za enako število stopinj.
Ko se telo ohlaja, odda toliko toplote sosednjim telesom, kolikor večja je njegova masa.
Vsi vemo, da če moramo segreti poln kotliček vode na temperaturo 50°C, bomo za to dejanje porabili manj časa, kot če bi segreli kotliček z enako količino vode, vendar le na 100°C. V primeru številka ena bo voda dobila manj toplote kot v primeru dva.
Tako je količina toplote, potrebne za ogrevanje, neposredno odvisna od tega, ali koliko stopinj telo se lahko ogreje. Lahko zaključimo: količina toplote je neposredno odvisna od razlike v telesni temperaturi.
Toda ali je mogoče določiti količino toplote, ki je potrebna za ogrevanje ne vode, ampak druge snovi, na primer olja, svinca ali železa?
Eno posodo napolnite z vodo, drugo pa z rastlinskim oljem. Masi vode in olja sta enaki. Obe posodi bomo enakomerno segrevali na enakih gorilnikih. Začnimo s poskusom pri enakih začetnih temperaturah rastlinskega olja in vode. Pet minut kasneje, ko izmerimo temperaturo segretega olja in vode, opazimo, da je temperatura olja precej višja od temperature vode, čeprav sta obe tekočini prejeli enako količino toplote.
Očiten zaključek je: Pri segrevanju enakih mas olja in vode pri isti temperaturi so potrebne različne količine toplote.
In takoj naredimo še en zaključek: količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa, je neposredno odvisna od snovi, iz katere je telo sestavljeno (vrsta snovi).
Tako je količina toplote, ki je potrebna za ogrevanje telesa (ali sproščena pri ohlajanju), neposredno odvisna od mase telesa, spremenljivosti njegove temperature in vrste snovi.
Količino toplote označujemo s simbolom Q. Tako kot druge različne vrste energije se tudi količina toplote meri v joulih (J) ali kilodžulih (kJ).
1 kJ = 1000 J
Vendar pa zgodovina kaže, da so znanstveniki količino toplote začeli meriti že dolgo preden se je v fiziki pojavil koncept energije. Takrat je bila razvita posebna enota za merjenje količine toplote – kalorija (cal) ali kilokalorija (kcal). Beseda ima latinske korenine, calor - toplota.
1 kcal = 1000 kal
Kalorije– to je količina toplote, ki je potrebna za segrevanje 1 g vode za 1 °C
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Imate še vprašanja? Ne veste, kako narediti domačo nalogo?
Če želite dobiti pomoč mentorja, se registrirajte.
Prva lekcija je brezplačna!
spletne strani, pri kopiranju materiala v celoti ali delno je obvezna povezava do vira.