Soojuse koguhulk. Soojushulga arvutamine soojusülekande ajal, aine erisoojusmahtuvus

« Füüsika – 10. klass

Millistes protsessides toimub aine agregeeritud muundumine?
Kuidas saab aine olekut muuta?

Saate muuta iga keha siseenergiat, tehes seda tööd, soojendades või vastupidi, jahutades.
Seega metalli sepistamisel tehakse tööd ja seda kuumutatakse, samal ajal saab metalli kuumutada põleva leegi kohal.

Samuti, kui kolb on fikseeritud (joon. 13.5), siis gaasi maht kuumutamisel ei muutu ja tööd ei tehta. Kuid gaasi temperatuur ja seega ka see sisemine energia suurendama.

Sisemine energia võib suureneda ja väheneda, seega võib soojushulk olla positiivne või negatiivne.

Nimetatakse protsessi, mille käigus toimub energia ülekandmine ühelt kehalt teisele ilma tööd tegemata soojusvahetus.

Siseenergia muutumise kvantitatiivset mõõdikut soojusülekande ajal nimetatakse soojuse hulk.

Soojusülekande molekulaarpilt.

Kehadevahelisel piiril toimuva soojusvahetuse käigus interakteeruvad külma keha aeglaselt liikuvad molekulid kuuma keha kiiresti liikuvate molekulidega. Selle tulemusena võrdsustuvad molekulide kineetilised energiad ja külma keha molekulide kiirused suurenevad, kuuma keha omad aga vähenevad.

Soojusvahetuse käigus ei toimu energia muundumist ühest vormist teise, osa kuumema keha siseenergiast kandub üle vähem kuumutatud kehale.

Soojushulk ja soojusmahtuvus.

Teate juba, et keha massiga m kuumutamiseks temperatuurist t 1 temperatuurini t 2 on vaja sellele üle kanda soojushulk:

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm Δt. (13,5)

Kui keha jahtub, osutub selle lõpptemperatuur t 2 madalamaks algtemperatuurist t 1 ja keha poolt eraldatud soojushulk on negatiivne.

Koefitsienti c valemis (13.5) nimetatakse erisoojusvõimsus ained.

Erisoojus- see on väärtus, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mille 1 kg massiga aine saab või eraldab, kui selle temperatuur muutub 1 K võrra.

Gaaside erisoojusmahtuvus sõltub soojuse ülekandmise protsessist. Kui soojendate gaasi konstantsel rõhul, siis see paisub ja hakkab tööle. Gaasi kuumutamiseks 1 °C võrra konstantsel rõhul peab see üle kandma rohkem soojust kui konstantsel mahul kuumutamisel, kui gaas ainult soojeneb.

Vedelikud ja tahked ained paisuvad kuumutamisel veidi. Nende erisoojusmahtuvus konstantsel mahul ja konstantsel rõhul erinevad vähe.

Aurustumise erisoojus.

Vedeliku keemisprotsessi ajal auruks muutmiseks on vaja sellele üle kanda teatud kogus soojust. Vedeliku temperatuur keemisel ei muutu. Vedeliku muutumine auruks konstantsel temperatuuril ei too kaasa molekulide kineetilise energia suurenemist, vaid sellega kaasneb nende interaktsiooni potentsiaalse energia suurenemine. Lõppude lõpuks on gaasimolekulide keskmine kaugus palju suurem kui vedelate molekulide vahel.

Väärtust, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis on vajalik 1 kg vedeliku muutmiseks auruks konstantsel temperatuuril, nimetatakse erisoojus aurustamine.

Vedeliku aurustumisprotsess toimub igal temperatuuril, samas kui kiireimad molekulid lahkuvad vedelikust ja see jahtub aurustumisel. Aurustumise erisoojus on võrdne aurustumissoojusega.

Seda väärtust tähistatakse tähega r ja seda väljendatakse džaulides kilogrammi kohta (J / kg).

Vee erisoojus on väga suur: r H20 = 2,256 10 6 J/kg temperatuuril 100 °C. Teistes vedelikes, nagu alkohol, eeter, elavhõbe, petrooleum, on aurustumise erisoojus 3-10 korda väiksem kui vee oma.

Vedeliku massiga m muundamiseks auruks on vaja soojust, mis on võrdne:

Q p \u003d rm. (13.6)

Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust:

Q k \u003d -rm. (13,7)

Eriline sulamissoojus.

Kui kristalne keha sulab, läheb kogu sellele antav soojus molekulide potentsiaalse interaktsiooni energia suurendamiseks. Molekulide kineetiline energia ei muutu, kuna sulamine toimub konstantsel temperatuuril.

Väärtus, mis on arvuliselt võrdne teisendamiseks vajaliku soojushulgaga kristalne aine mis kaalub 1 kg sulamistemperatuuril vedelikku, nimetatakse eriline sulamissoojus ja neid tähistatakse tähega λ.

1 kg massiga aine kristalliseerumisel eraldub täpselt sama palju soojust, kui sulamisel neeldub.

Jää sulamise erisoojus on üsna kõrge: 3,34 10 5 J/kg.

«Kui jääl poleks kõrge sulamissoojus, siis kevadel peaks kogu jäämass mõne minuti või sekundiga sulama, kuna õhust kandub jääle pidevalt soojust. Selle tagajärjed oleksid kohutavad; sest isegi praeguses olukorras tekivad suured üleujutused ja suured veevoolud suurte jää- või lumemasside sulamisest. R. Must, 18. sajand

Kristallilise keha massiga m sulatamiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Qpl \u003d λm. (13,8)

Keha kristalliseerumisel vabanev soojushulk on võrdne:

Q cr = -λm (13,9)

Soojusbilansi võrrand.

Mõelge soojusvahetusele süsteemis, mis koosneb mitmest algselt erineva temperatuuriga kehast, näiteks soojusvahetus anumas oleva vee ja vette lastud kuuma raudkuuli vahel. Vastavalt energia jäävuse seadusele on ühe keha poolt eraldatud soojushulk arvuliselt võrdne teise keha poolt vastuvõetud soojushulgaga.

Antud soojushulk loetakse negatiivseks, vastuvõetud soojushulk positiivseks. Seetõttu on soojuse koguhulk Q1 + Q2 = 0.

Kui soojusvahetus toimub isoleeritud süsteemis mitme keha vahel, siis

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Nimetatakse võrrand (13.10). soojusbilansi võrrand.

Siin Q 1 Q 2, Q 3 - kehade poolt vastuvõetud või ära antud soojushulk. Neid soojuskoguseid väljendatakse valemiga (13.5) või valemitega (13.6) - (13.9), kui soojusülekande protsessis toimuvad aine mitmesugused faasimuutused (sulamine, kristalliseerumine, aurustumine, kondenseerumine).

Nimetatakse protsessi, mille käigus toimub energia ülekandmine ühelt kehalt teisele ilma tööd tegemata soojusvahetus või soojusülekanne. Soojusülekanne toimub kehade vahel, millel on erinev temperatuur. Kui tekib kontakt erineva temperatuuriga kehade vahel, kandub osa siseenergiast kõrgema temperatuuriga kehalt üle madalama temperatuuriga kehale. Soojusülekande tulemusena kehale ülekantavat energiat nimetatakse soojuse hulk.

Aine erisoojusmahtuvus:

Kui soojusülekande protsessiga ei kaasne tööd, siis termodünaamika esimesest seadusest lähtuvalt võrdub soojushulk keha siseenergia muutusega: .

Molekulide juhusliku translatsioonilise liikumise keskmine energia on võrdeline absoluutse temperatuuriga. Keha siseenergia muutus võrdub kõigi aatomite või molekulide energiamuutuste algebralise summaga, mille arv on võrdeline keha massiga, seega muutub siseenergia ja sellest tulenevalt soojushulk on võrdeline massi ja temperatuuri muutusega:

Selle võrrandi proportsionaalsustegurit nimetatakse aine erisoojusmahtuvus. Erisoojusmahtuvus näitab, kui palju soojust on vaja 1 kg aine temperatuuri tõstmiseks 1 K võrra.

Töö termodünaamikas:

Mehaanikas määratletakse tööd jõu ja nihke moodulite ning nendevahelise nurga koosinusena. Töö tehakse siis, kui liikuvale kehale mõjub jõud ja see on võrdne selle kineetilise energia muutumisega.

Termodünaamikas ei käsitleta keha kui terviku liikumist, me räägime makroskoopilise keha osade liikumisest üksteise suhtes. Selle tulemusena muutub keha maht ja selle kiirus jääb nulliks. Tööd termodünaamikas defineeritakse samamoodi nagu mehaanikas, kuid see võrdub mitte keha kineetilise energia, vaid selle siseenergia muutumisega.

Töö tegemisel (kokkusurumisel või paisumisel) muutub gaasi siseenergia. Selle põhjus on järgmine: gaasimolekulide elastsete kokkupõrgete ajal liikuva kolviga muutub nende kineetiline energia.

Arvutame välja gaasi töö paisumisel. Gaas mõjub kolvile jõuga
, kus on gaasi rõhk ja - pindala kolb. Kui gaas paisub, liigub kolb jõu suunas lühikese vahemaa jaoks
. Kui vahemaa on väike, võib gaasirõhku pidada konstantseks. Gaasi töö on järgmine:

Kus
- gaasi mahu muutus.

Gaasi paisumise protsessis teeb see positiivset tööd, kuna jõu ja nihke suund langevad kokku. Paisumise käigus eraldab gaas ümbritsevatele kehadele energiat.

Väliste kehade poolt gaasil tehtav töö erineb gaasi tööst ainult märgi poolest
, sest jõudu gaasile mõjuv jõud on vastupidine , millega gaas mõjub kolvile ja on sellega võrdne absoluutväärtuses (Newtoni kolmas seadus); ja liikumine jääb samaks. Seetõttu on välisjõudude töö võrdne:

Termodünaamika esimene seadus:

Termodünaamika esimene seadus on energia jäävuse seadus, mida laiendatakse soojusnähtustele. Energia jäävuse seadus: energia looduses ei teki mitte millestki ega kao: energia hulk on muutumatu, see muutub vaid ühest vormist teise.

Termodünaamikas vaadeldakse kehasid, mille raskuskeskme asend praktiliselt ei muutu. Selliste kehade mehaaniline energia jääb konstantseks ja muutuda saab ainult sisemine energia.

Siseenergiat saab muuta kahel viisil: soojusülekanne ja töö. Üldjuhul muutub siseenergia nii soojusülekande kui ka töö teostamise tõttu. Termodünaamika esimene seadus on sõnastatud täpselt selliste üldiste juhtumite jaoks:

Süsteemi siseenergia muutus selle üleminekul ühest olekust teise võrdub välisjõudude töö ja süsteemile ülekantava soojushulga summaga:

Kui süsteem on isoleeritud, siis selle kallal tööd ei tehta ja see ei vaheta soojust ümbritsevate kehadega. Vastavalt termodünaamika esimesele seadusele isoleeritud süsteemi siseenergia jääb muutumatuks.

Arvestades seda
, termodünaamika esimese seaduse saab kirjutada järgmiselt:

Süsteemi ülekantav soojushulk läheb selle sisemise energia muutmiseks ja süsteemi poolt väliskehade tööde tegemiseks.

Termodünaamika teine seadus: soojuse ülekandmine külmemast süsteemist kuumemasse on võimatu, kui puuduvad muud samaaegsed muutused mõlemas süsteemis või ümbritsevates kehades.

721. Miks kasutatakse vett mõne mehhanismi jahutamiseks?
Vesi on suure erisoojusmahuga, mis aitab kaasa hea soojuse eemaldamisele mehhanismist.

722. Millisel juhul tuleks kulutada rohkem energiat: ühe liitri vee soojendamiseks 1 °C või saja grammi vee soojendamiseks 1 °C võrra?
Liiter vee soojendamiseks, kuna mida suurem on mass, seda rohkem on vaja energiat kulutada.

723. Kuuma vette kasteti sama massiga kuproniklit ja hõbedast kahvlit. Kas nad saavad veest sama palju soojust?
Kupronikli kahvel saab rohkem soojust, kuna kupronikli erisoojus on suurem kui hõbeda oma.

724. Sama massiga pliitükki ja malmitükki löödi kolm korda haamriga. Kumb osa kuumemaks läks?
Plii kuumeneb rohkem, kuna selle erisoojusmaht on malmi omast väiksem ja plii soojendamiseks kulub vähem energiat.

725. Ühes kolvis on vesi, teises sama massi ja temperatuuriga petrooleum. Igasse kolbi visati võrdselt kuumutatud rauakuubik. Mis kuumeneb kõrgema temperatuurini – vesi või petrooleum?
Petrooleum.

726. Miks on mereäärsetes linnades temperatuurikõikumised talvel ja suvel vähem järsud kui sisemaal asuvates linnades?
Vesi soojeneb ja jahtub aeglasemalt kui õhk. Talvel see jahtub ja liigutab sooja õhumassi maismaal, muutes kliima rannikul soojemaks.

727. Alumiiniumi erisoojusmahtuvus on 920 J/kg °C. Mida see tähendab?
See tähendab, et 1 kg alumiiniumi kuumutamiseks 1 °C võrra kulub 920 J.

728. Sama massiga 1 kg alumiinium- ja vaskvardaid jahutatakse 1 °C võrra. Kui palju muutub iga ploki siseenergia? Milline riba muutub rohkem ja kui palju?

729. Kui palju soojust on vaja kilogrammi raudtooriku soojendamiseks 45 °C võrra?

730. Kui palju soojust on vaja 0,25 kg vee soojendamiseks 30°C kuni 50°C?

731. Kuidas muutub kahe liitri vee siseenergia kuumutamisel 5 °C võrra?

732. Kui palju soojust on vaja 5 g vee soojendamiseks 20°C kuni 30°C?

733. Kui palju soojust on vaja 0,03 kg kaaluva alumiiniumkuuli kuumutamiseks 72 °C võrra?

734. Arvutage soojushulk, mis kulub 15 kg vase kuumutamiseks 80 °C võrra.

735. Arvutage soojushulk, mis kulub 5 kg vase kuumutamiseks 10 °C kuni 200 °C.

736. Kui palju soojust on vaja 0,2 kg vee soojendamiseks 15 °C-lt 20 °C-ni?

737. 0,3 kg kaaluv vesi on jahtunud 20 °C võrra. Kui palju väheneb vee siseenergia?

738. Kui palju soojust on vaja 0,4 kg vee soojendamiseks temperatuuril 20 °C temperatuurini 30 °C?

739. Kui palju soojust kulub 2,5 kg vee soojendamiseks 20 °C võrra?

740. Kui palju soojust eraldus 250 g vee jahutamisel 90 °C-lt 40 °C-ni?

741. Kui palju soojust on vaja 0,015 liitri vee soojendamiseks 1 °C võrra?

742. Arvutage soojushulk, mis kulub 300 m3 tiigi soojendamiseks 10 °C võrra?

743. Kui palju soojust tuleb anda 1 kg veele, et selle temperatuur tõuseks 30°C-lt 40°C-ni?

744. Vesi mahuga 10 liitrit on jahtunud temperatuurilt 100 °C temperatuurini 40 °C. Kui palju soojust sel juhul eraldub?

745. Arvutage soojushulk, mis kulub 1 m3 liiva kuumutamiseks 60 °C võrra.

746. Õhumaht 60 m3, erisoojusvõimsus 1000 J/kg °C, õhutihedus 1,29 kg/m3. Kui palju soojust on vaja, et tõsta see 22°C-ni?

747. Vesi soojendati 10 °C, kulutades 4,20 103 J soojust. Määrake vee kogus.

748. 0,5 kg kaaluv vesi teatas 20,95 kJ soojusest. Mis oli vee temperatuur, kui vee algtemperatuur oli 20°C?

749. 2,5 kg kaaluvasse vaskpotti valatakse 8 kg 10 °C vett. Kui palju soojust on vaja, et vesi kastrulis keema tõuseks?

750. 300 g kaaluvasse vaskkulpi valatakse liiter vett, mille temperatuur on 15 ° C. Kui palju soojust kulub vahukulbis oleva vee soojendamiseks 85 ° C võrra?

751. 3 kg kaaluv kuumutatud graniiditükk pannakse vette. Graniit kannab vette 12,6 kJ soojust, jahutades 10 °C võrra. Mis on kivi erisoojusmahtuvus?

752. 5 kg 12 °C veele lisati 50 °C kuum vesi, saades 30 °C temperatuuriga segu. Kui palju vett lisati?

753. Vesi 20 °C juures lisati 3 liitrile 60 °C veele, et saada 40 °C vesi. Kui palju vett lisati?

754. Mis on segu temperatuur, kui 600 g 80 °C vett segada 200 g 20 °C veega?

755. Liiter 90°C vett valati 10°C vette ja vee temperatuur muutus 60°C. Kui palju külma vett seal oli?

756. Määrata, kui palju tuleb anumasse valada 60°C-ni kuumutatud kuuma vett, kui anumas on juba 20 liitrit 15°C temperatuuriga külma vett; segu temperatuur peaks olema 40 °C.

757. Määrake, kui palju soojust on vaja 425 g vee soojendamiseks 20 °C võrra.

758. Mitu kraadi soojeneb 5 kg vett, kui vett saab 167,2 kJ?

759. Kui palju soojust on vaja m grammi vee soojendamiseks temperatuuril t1 kuni temperatuurini t2?

760. Kalorimeetrisse valatakse 2 kg vett temperatuuril 15 °C. Millise temperatuurini soojeneb kalorimeetri vesi, kui sellesse lastakse 100 °C-ni kuumutatud messingraskus 500 g? Messingi erisoojusmaht on 0,37 kJ/(kg °C).

761. Seal on sama mahuga vase-, tina- ja alumiiniumitükke. Millisel neist tükkidest on suurim ja milline väikseim soojusmahtuvus?

762. Kalorimeetrisse valati 450 g vett, mille temperatuur on 20 °C. Kui sellesse vette kasteti 200 g 100°C-ni kuumutatud rauaviile, tõusis vee temperatuur 24°C. Määrake saepuru erisoojusmahtuvus.

763. 100 g kaaluv vaskkalorimeeter mahutab 738 g vett, mille temperatuur on 15 °C. Sellesse kalorimeetrisse lasti temperatuuril 100 °C 200 g vaske, mille järel kalorimeetri temperatuur tõusis 17 °C-ni. Mis on vase erisoojusmahtuvus?

764. 10 g kaaluv teraskuul võetakse ahjust välja ja lastakse 10 °C vette. Vee temperatuur tõusis 25°C-ni. Milline oli palli temperatuur ahjus, kui vee mass on 50 g? Terase erisoojusmaht on 0,5 kJ/(kg °C).

770. Terasest peitel kaaluga 2 kg kuumutati temperatuurini 800 °C ja lasti seejärel 15 liitrit vett sisaldavasse anumasse temperatuuril 10 °C. Millise temperatuurini soojendatakse anumas olev vesi?

(Märgistus. Selle probleemi lahendamiseks on vaja luua võrrand, kus anumas vee soovitud temperatuur pärast lõikuri langetamist võetakse tundmatuks.)

771. Millise temperatuuri saab vesi, kui segate 0,02 kg 15 °C, 0,03 kg 25 °C ja 0,01 kg 60 °C vett?

772. Hea ventilatsiooniga klassi kütmiseks kulub soojushulk 4,19 MJ tunnis. Vesi siseneb kütteradiaatoritesse 80°C juures ja väljub 72°C juures. Kui palju vett tuleks igas tunnis radiaatoritesse anda?

773. Plii massiga 0,1 kg temperatuuril 100 °C kasteti 0,04 kg kaaluvasse alumiiniumkalorimeetrisse, mis sisaldas 0,24 kg vett temperatuuril 15 °C. Pärast seda määrati kalorimeetris temperatuur 16 °C. Mis on plii erisoojusmaht?

1. Siseenergia muutumist töö tegemisega iseloomustab töö hulk, s.o. töö on siseenergia muutuse mõõt antud protsessis. Keha siseenergia muutumist soojusülekande käigus iseloomustab väärtus nn soojuse hulk.

Soojushulk on keha siseenergia muutus soojusülekande protsessis ilma tööd tegemata.

Soojuse kogust tähistatakse tähega \ (Q \) . Kuna soojushulk on siseenergia muutuse mõõt, on selle ühikuks džaul (1 J).

Kui keha annab tööd tegemata üle teatud koguse soojust, siis tema siseenergia suureneb, kui keha annab välja teatud koguse soojust, siis siseenergia väheneb.

2. Kui valate kahte identsesse anumasse 100 g vett ja teise sama temperatuuriga 400 g vett ja paned samadele põletitele, siis esimeses anumas läheb vesi varem keema. Seega, mida suurem on keha mass, seda suuremat soojushulka see soojendamiseks vajab. Sama on ka jahutamisega: suurema massiga keha eraldab jahutamisel rohkem soojust. Need kehad on valmistatud samast ainest ja nad soojenevad või jahtuvad sama kraadi võrra.

3. Kui nüüd soojendada 100 g vett 30 kuni 60 °C, s.o. 30 °С võrra ja seejärel kuni 100 °С, s.o. 70 °C võrra, siis esimesel juhul kulub soojendamiseks vähem aega kui teisel ja vastavalt sellele kulub vee soojendamiseks 30 °C vähem soojust kui 70 °C vee soojendamiseks. Seega on soojushulk otseselt võrdeline erinevusega lõpliku \((t_2\,^\circ C) \) ja esialgse \((t_1\,^\circ C) \) temperatuuride vahel: \(Q \sim(t_2- t_1) \) .

4. Kui nüüd valada ühte anumasse 100 g vett ja teise samalaadsesse anumasse veidi vett ja asetada sinna metallkeha nii, et selle mass ja vee mass on 100 g ning anumaid kuumutatakse identsel kohal. plaatidega, siis on näha, et ainult vett sisaldavas anumas on madalam temperatuur kui vett ja metallkere sisaldavas anumas. Seega, et mõlema anuma sisu temperatuur oleks sama, tuleb vette üle kanda suurem hulk soojust kui veele ja metallkehale. Seega sõltub keha soojendamiseks vajalik soojushulk aine tüübist, millest see keha on valmistatud.

5. Keha soojendamiseks vajaliku soojushulga sõltuvust aine tüübist iseloomustab füüsikaline suurus nn aine erisoojusmahtuvus.

Füüsikalist suurust, mis on võrdne soojushulgaga, mis tuleb esitada 1 kg aine kohta, et seda kuumutada 1 °C (või 1 K) võrra, nimetatakse aine erisoojusmahtuvuseks.

Sama palju soojust eraldab 1 kg ainet jahutamisel 1 °C võrra.

Erisoojusmahtuvus on tähistatud tähega \ (c \) . Erisoojusmahu ühik on 1 J/kg °C või 1 J/kg K.

Ainete erisoojusmahu väärtused määratakse eksperimentaalselt. Vedelikel on suurem erisoojusmaht kui metallidel; Suurima erisoojusmahuga on vesi, kullal väga väike erisoojusmaht.

Plii erisoojusmaht on 140 J/kg °C. See tähendab, et 1 kg plii soojendamiseks 1 °C võrra on vaja kulutada soojushulk 140 J. Sama palju soojust eraldub ka 1 kg vee jahtumisel 1 °C võrra.

Kuna soojushulk on võrdne keha siseenergia muutusega, siis võime öelda, et erisoojusmahtuvus näitab, kui palju muutub 1 kg aine siseenergia, kui selle temperatuur muutub 1 °C võrra. Eelkõige suureneb 1 kg plii siseenergia, kui seda kuumutada 1 °C võrra, 140 J ja jahutamisel väheneb 140 J võrra.

Soojushulk \(Q \), mis on vajalik massiga keha \(m \) soojendamiseks temperatuurist \((t_1\,^\circ C) \) temperatuurini \((t_2\, ^\circ C) \) , võrdub aine erisoojuse, kehamassi ning lõpp- ja algtemperatuuri vahe korrutisega, s.o.

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

Sama valemiga arvutatakse soojushulk, mida keha jahutamisel eraldab. Ainult sel juhul tuleks algtemperatuurist lahutada lõpptemperatuur, s.t. Lahutage väiksem temperatuur suuremast temperatuurist.

6. Probleemilahenduse näide. Keeduklaasi, mis sisaldab 200 g vett temperatuuril 80 °C, valatakse 100 g vett, mille temperatuur on 20 °C. Seejärel kehtestati anumas temperatuur 60 °C. Kui palju soojust külm vesi vastu võtab ja kuum vesi välja annab?

Probleemi lahendamisel peate tegema järgmise toimingute jada:

kirjutage lühidalt üles probleemi olukord;
teisendada suuruste väärtused SI-sse;
analüüsida probleemi, teha kindlaks, millised kehad osalevad soojusvahetuses, millised kehad annavad energiat välja ja millised võtavad seda vastu;
lahendada probleem üldiselt;
teha arvutusi;
analüüsida saadud vastust.

1. Ülesanne.

Arvestades:
\\ (m_1 \) \u003d 200 g
\(m_2 \) \u003d 100 g
\ (t_1 \) \u003d 80 ° С
\ (t_2 \) \u003d 20 ° С
\ (t \) \u003d 60 ° С
______________

\(Q_1 \) — ? \(Q_2 \) — ?
\ (c_1 \) \u003d 4200 J / kg ° С

2. SI:\\ (m_1 \) \u003d 0,2 kg; \ (m_2 \) \u003d 0,1 kg.

3. Ülesande analüüs. Ülesanne kirjeldab soojusvahetuse protsessi kuumade ja külm vesi. Kuum vesi eraldab soojushulga \(Q_1 \) ja jahutab temperatuurilt \(t_1 \) temperatuurini \(t \) . Külm vesi võtab vastu soojushulga \(Q_2 \) ja soojeneb temperatuurist \(t_2 \) temperatuurini \(t \) .

4. Ülesande lahendus üldisel kujul. Kuuma vee poolt eraldatud soojushulk arvutatakse järgmise valemiga: \(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Külma veega saadud soojushulk arvutatakse valemiga: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Arvutamine.
\ (Q_1 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,2 kg 20 ° C \u003d 16800 J
\ (Q_2 \) \u003d 4200 J / kg ° C 0,1 kg 40 ° C \u003d 16800 J

6. Vastuses saadi, et sooja vee poolt eraldatud soojushulk võrdub külma vee poolt vastuvõetud soojushulgaga. Antud juhul peeti idealiseeritud olukorda ja ei arvestatud sellega, et teatud kogus soojust kulus klaasi, milles vesi asus, ja ümbritseva õhu soojendamiseks. Tegelikkuses on sooja vee poolt eraldatud soojushulk suurem kui külma vee poolt vastuvõetava soojuse hulk.

1. osa

1. Hõbeda erisoojusmaht on 250 J/(kg °C). Mida see tähendab?

1) 1 kg hõbeda jahutamisel temperatuuril 250 ° C eraldub soojust 1 J
2) 250 kg hõbeda jahutamisel 1 °C kohta vabaneb soojushulk 1 J
3) 250 kg hõbeda jahtumisel 1 °C võrra neeldub soojushulk 1 J
4) 1 kg hõbeda jahtumisel 1 °C võrra eraldub soojust 250 J

2. Tsingi erisoojusmaht on 400 J/(kg °C). See tähendab et

1) kui 1 kg tsinki kuumutada temperatuurini 400 °C, suureneb selle siseenergia 1 J võrra
2) 400 kg tsinki kuumutamisel 1 °C võrra suureneb selle siseenergia 1 J võrra
3) 400 kg tsingi soojendamiseks 1 ° C võrra on vaja kulutada 1 J energiat
4) kui 1 kg tsinki kuumutada 1 °C võrra, suureneb selle siseenergia 400 J võrra

3. Ülekandmisel tahke keha mass \(m \) \(Q \) kehatemperatuur tõusis \(\Delta t^\circ \) võrra. Milline järgmistest avaldistest määrab selle keha aine erisoojusmahtuvuse?

1) \(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \)
4) \(Qm\Delta t^\circ \)

4. Joonisel on kujutatud graafik soojushulga kohta, mis on vajalik kahe sama massiga keha (1 ja 2) kuumutamiseks temperatuuril. Võrrelge nende ainete erisoojusmahtuvuse väärtusi (\(c_1 \) ja \(c_2 \) ), millest need kehad on valmistatud.

1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1>c_2 \)
3) \(c_1 4) vastus oleneb kehade massi väärtusest

5. Diagramm näitab kahele võrdse massiga kehale ülekantud soojushulga väärtusi, kui nende temperatuur muutub sama kraadi võrra. Milline ainete erisoojusmahtuvuse suhe, millest kehad on valmistatud, on õige?

1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1=3c_2 \)
3) \(c_2=3c_1 \)
4) \(c_2=2c_1 \)

6. Joonisel on graafik tahke keha temperatuuri sõltuvusest tema poolt eraldatavast soojushulgast. Kehakaal 4 kg. Kui suur on selle keha aine erisoojusmahtuvus?

1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)

7. 100 g kaaluva kristalse aine kuumutamisel mõõdeti aine temperatuuri ja ainele antud soojushulka. Mõõtmisandmed esitati tabelina. Eeldusel, et energiakadusid võib tähelepanuta jätta, määrake tahkes olekus oleva aine erisoojusmahtuvus.

1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)

8. 192 g molübdeeni kuumutamiseks 1 K võrra on vaja sellele üle kanda soojushulk 48 J. Kui suur on selle aine erisoojusmahtuvus?

1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4 10 -3 J/(kg K)
4) 0,92 J/(kg K)

9. Kui palju soojust on vaja 100 g plii kuumutamiseks 27 °C-lt 47 °C-ni?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Telliskivi soojendamiseks 20–85 °C kulus sama palju soojust kui sama massiga vee soojendamiseks 13 °C võrra. Tellise erisoojusmahtuvus on

1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)

11. Valige allolevast väidete loendist kaks õiget ja kirjutage nende numbrid tabelisse.

1) Soojushulk, mida keha saab, kui tema temperatuur tõuseb teatud arvu kraadi võrra, on võrdne soojushulgaga, mille see keha eraldab, kui tema temperatuur langeb sama arvu kraadi võrra.
2) Aine jahutamisel suureneb selle siseenergia.
3) Soojushulk, mida aine kuumutamisel saab, läheb peamiselt selle molekulide kineetilise energia suurendamiseks.
4) Soojushulk, mille aine kuumutamisel saab, läheb peamiselt selle molekulide potentsiaalse interaktsioonienergia suurendamiseks
5) Keha siseenergiat saab muuta ainult talle teatud koguse soojust andes

12. Tabelis on toodud massi \(m \) , temperatuurimuutuste \(\Delta t \) ja vasest või vasest valmistatud silindrite jahutamisel eralduva soojushulga \(Q \) . alumiiniumist.

Millised väited on eksperimendi tulemustega kooskõlas? Valige pakutavast loendist kaks õiget. Loetlege nende numbrid. Läbiviidud mõõtmiste põhjal võib väita, et jahutamisel eralduv soojushulk,

1) oleneb ainest, millest balloon on valmistatud.
2) ei sõltu ainest, millest balloon on valmistatud.
3) suureneb silindri massi suurenedes.
4) suureneb temperatuuride erinevuse suurenedes.
5) alumiiniumi erisoojusmaht on 4 korda suurem tina erisoojusmahtuvusest.

2. osa

C1. 2 kg kaaluv tahke keha asetatakse 2 kW ahju ja kuumutatakse. Joonisel on näidatud selle keha temperatuuri \(t \) sõltuvus kuumutusajast \(\tau \) . Mis on aine erisoojusmahtuvus?

1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)

Vastused

Gaasi siseenergiat balloonis saad muuta mitte ainult tööd tehes, vaid ka gaasi soojendades (joonis 43). Kui kolb on fikseeritud, siis gaasi maht ei muutu, kuid temperatuur ja seega ka siseenergia suureneb.
Energia ühest kehast teise ilma tööd tegemata ülekandmise protsessi nimetatakse soojusülekandeks või soojusülekandeks.

Soojusülekande tulemusena kehale ülekantavat energiat nimetatakse soojushulgaks. Soojushulka nimetatakse ka energiaks, mida keha soojusülekande käigus eraldab.

Soojusülekande molekulaarpilt. Kehadevahelisel piiril toimuva soojusvahetuse käigus interakteeruvad külma keha aeglaselt liikuvad molekulid kuuma keha kiiremini liikuvate molekulidega. Selle tulemusena võrdsustuvad molekulide kineetilised energiad ja külma keha molekulide kiirused suurenevad, kuuma keha omad aga vähenevad.

Soojusvahetuse käigus ei toimu energia muundumist ühest vormist teise: osa kuuma keha siseenergiast kandub üle külmale kehale.

Soojushulk ja soojusmahtuvus. VII klassi füüsika kursusest on teada, et keha massiga m kuumutamiseks temperatuurist t 1 temperatuurini t 2 on vaja seda teavitada soojushulgast.

Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cmΔt. (4.5)

Kui keha jahtub, on selle igavene temperatuur t 2 väiksem kui algne t 1 ja keha poolt eraldatud soojushulk on negatiivne.
Koefitsienti c valemis (4.5) nimetatakse erisoojus. Erisoojusmahtuvus on soojushulk, mille 1 kg ainet saab või eraldab, kui selle temperatuur muutub 1 K võrra.

Erisoojusmahtuvust väljendatakse džaulides kilogrammi ja kelvinite kohta. Erinevad kehad vajavad temperatuuri tõstmiseks 1 K võrra erinevat energiahulka. Seega on vee erisoojusmahtuvus 4190 J/(kg K), vasel aga 380 J/(kg K).

Erisoojusmahtuvus ei sõltu ainult aine omadustest, vaid ka protsessist, mille käigus soojusülekanne toimub. Kui soojendate gaasi konstantsel rõhul, siis see paisub ja hakkab tööle. Gaasi soojendamiseks 1 °C võrra konstantsel rõhul peab see üle kandma rohkem soojust kui konstantsel ruumalal kuumutamisel.

Vedelikud ja tahked ained paisuvad kuumutamisel veidi ning nende erisoojusmahtuvus konstantsel mahul ja konstantsel rõhul on vähe erinev.

Aurustumise erisoojus. Vedeliku auruks muutmiseks tuleb sellele üle kanda teatud kogus soojust. Vedeliku temperatuur selle transformatsiooni käigus ei muutu. Vedeliku muutumine auruks konstantsel temperatuuril ei too kaasa molekulide kineetilise energia suurenemist, vaid sellega kaasneb nende potentsiaalse energia suurenemine. Lõppude lõpuks on keskmine kaugus gaasimolekulide vahel mitu korda suurem kui vedelate molekulide vahel. Lisaks nõuab mahu suurenemine aine üleminekul vedelast olekust gaasilisse olekusse tööd välisrõhu jõudude vastu.

Soojushulka, mis on vajalik 1 kg vedeliku muutmiseks auruks konstantsel temperatuuril, nimetatakse aurustumiserisoojuseks. Seda väärtust tähistatakse tähega r ja väljendatakse džaulides kilogrammi kohta.

Vee erisoojus on väga kõrge: 2,256 · 10 6 J/kg 100°C juures. Teiste vedelike (alkohol, eeter, elavhõbe, petrooleum jne) puhul on aurustumise erisoojus 3-10 korda väiksem.

Vedeliku massiga m auruks muutmiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Auru kondenseerumisel eraldub sama palju soojust

Qk = –rm. (4.7)

Eriline sulamissoojus. Kui kristalne keha sulab, läheb kogu sellele antav soojus molekulide potentsiaalse energia suurendamiseks. Molekulide kineetiline energia ei muutu, kuna sulamine toimub konstantsel temperatuuril.

Soojushulka λ (lambda), mis on vajalik 1 kg kristalse aine muutmiseks sulamistemperatuuril sama temperatuuriga vedelikuks, nimetatakse erisulamissoojuseks.

1 kg aine kristalliseerumisel eraldub täpselt sama palju soojust. Jää sulamise erisoojus on üsna kõrge: 3,4 10 5 J/kg.

Kristallilise keha massiga m sulatamiseks on vaja soojust, mis on võrdne:

Qpl \u003d λm. (4.8)