« Fizika - 10. klase"

Kādos procesos notiek matērijas kopējās pārvērtības?
Kā jūs varat mainīt vielas agregācijas stāvokli?

Jūs varat mainīt jebkura ķermeņa iekšējo enerģiju, veicot darbu, sildot vai, gluži pretēji, atdzesējot.
Tātad, metālu kaļot, tiek veikts darbs un tas uzsilst, tajā pašā laikā metālu var karsēt virs degošas liesmas.

Tāpat, ja virzulis ir fiksēts (13.5. att.), tad sildot gāzes tilpums nemainās un netiek veikts darbs. Bet gāzes temperatūra un līdz ar to arī tās iekšējā enerģija pieaug.

Iekšējā enerģija var palielināties un samazināties, tāpēc siltuma daudzums var būt pozitīvs vai negatīvs.

Tiek saukts enerģijas pārnešanas process no viena ķermeņa uz otru, neveicot darbu siltuma apmaiņa.

Tiek saukts iekšējās enerģijas izmaiņu kvantitatīvs mērījums siltuma pārneses laikā siltuma daudzums.

Siltuma pārneses molekulārais attēls.

Siltuma apmaiņas laikā uz robežas starp ķermeņiem notiek auksta ķermeņa lēni kustīgu molekulu mijiedarbība ar karsta ķermeņa ātri kustīgām molekulām. Rezultātā molekulu kinētiskās enerģijas tiek izlīdzinātas un auksta ķermeņa molekulu ātrums palielinās, bet karstā ķermeņa molekulu ātrums samazinās.

Siltuma apmaiņas laikā enerģija nepārvēršas no vienas formas citā;

Siltuma daudzums un siltuma jauda.

Jūs jau zināt, ka, lai uzsildītu ķermeni ar masu m no temperatūras t 1 līdz temperatūrai t 2, ir nepieciešams nodot tam siltuma daudzumu:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

Ķermenim atdziestot, tā galīgā temperatūra t 2 izrādās zemāka par sākotnējo temperatūru t 1 un ķermeņa izdalītā siltuma daudzums ir negatīvs.

Tiek izsaukts koeficients c formulā (13.5). īpatnējā siltuma jauda vielas.

Īpašs karstums- tas ir skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem vai izdala viela, kas sver 1 kg, ja tās temperatūra mainās par 1 K.

Gāzu īpatnējā siltumietilpība ir atkarīga no procesa, kurā notiek siltuma pārnese. Ja karsējat gāzi pastāvīgā spiedienā, tā paplašināsies un darbosies. Lai uzsildītu gāzi par 1 °C nemainīgā spiedienā, tai ir nepieciešams nodot vairāk siltuma nekā sildīt konstantā tilpumā, kad gāze tikai uzkarsēs.

Šķidrumi un cietās vielas karsējot nedaudz izplešas. To īpatnējās siltuma jaudas nemainīgā tilpumā un nemainīgā spiedienā nedaudz atšķiras.

Īpatnējais iztvaikošanas siltums.

Lai šķidrums viršanas procesā pārvērstos tvaikā, tam jānodod noteikts siltuma daudzums. Šķidruma temperatūra vārot nemainās. Šķidruma pārvēršana tvaikos nemainīgā temperatūrā neizraisa molekulu kinētiskās enerģijas palielināšanos, bet gan to pavada to mijiedarbības potenciālās enerģijas palielināšanās. Galu galā vidējais attālums starp gāzes molekulām ir daudz lielāks nekā starp šķidruma molekulām.

Tiek saukts daudzums, kas skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai 1 kg smags šķidrums nemainīgā temperatūrā pārvērstu tvaikā. īpašs karstums iztvaikošana.

Šķidruma iztvaikošanas process notiek jebkurā temperatūrā, savukārt ātrākās molekulas atstāj šķidrumu, un iztvaikošanas laikā tas atdziest. Īpatnējais iztvaikošanas siltums ir vienāds ar īpatnējo iztvaikošanas siltumu.

Šo vērtību apzīmē ar burtu r un izsaka džoulos uz kilogramu (J/kg).

Ūdens īpatnējais iztvaikošanas siltums ir ļoti augsts: r H20 = 2,256 10 6 J/kg 100 °C temperatūrā. Citiem šķidrumiem, piemēram, spirtam, ēterim, dzīvsudrabam, petrolejai, īpatnējais iztvaikošanas siltums ir 3-10 reizes mazāks nekā ūdens.

Lai šķidrumu ar masu m pārvērstu tvaikos, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:

Q p = rm. (13.6)

Kad tvaiks kondensējas, izdalās tāds pats siltuma daudzums:

Q k = -rm. (13.7)

Īpatnējais saplūšanas siltums.

Kad kristālisks ķermenis kūst, viss tam piegādātais siltums tiek novirzīts, lai palielinātu molekulu mijiedarbības potenciālo enerģiju. Molekulu kinētiskā enerģija nemainās, jo kušana notiek nemainīgā temperatūrā.

Vērtība, kas skaitliski vienāda ar transformācijai nepieciešamo siltuma daudzumu kristāliska viela kušanas punktā sver 1 kg šķidrumā sauc īpatnējais saplūšanas siltums un tiek apzīmēti ar burtu λ.

Kad viela, kas sver 1 kg, kristalizējas, izdalās tieši tāds pats siltuma daudzums, kāds tiek absorbēts kušanas laikā.

Ledus kušanas īpatnējais siltums ir diezgan augsts: 3,34 10 5 J/kg.

“Ja ledus nebūtu ar augstu saplūšanas siltumu, tad pavasarī visai ledus masai būtu jāizkūst dažu minūšu vai sekunžu laikā, jo no gaisa uz ledu tiek nepārtraukti nodots siltums. Tam būtu briesmīgas sekas; galu galā pat pašreizējā situācijā, kūstot lielām ledus vai sniega masām, rodas lieli plūdi un spēcīgas ūdens plūsmas. R. Bleks, XVIII gs.

Lai izkausētu kristālisku ķermeni ar masu m, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:

Qpl = λm. (13.8)

Siltuma daudzums, kas izdalās ķermeņa kristalizācijas laikā, ir vienāds ar:

Q cr = -λm (13,9)

Siltuma bilances vienādojums.

Apskatīsim siltuma apmaiņu sistēmā, kas sastāv no vairākiem ķermeņiem, kuriem sākotnēji ir atšķirīga temperatūra, piemēram, siltuma apmaiņu starp ūdeni traukā un karstu dzelzs lodi, kas nolaista ūdenī. Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu siltuma daudzums, ko izdala viens ķermenis, ir skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem cits ķermenis.

Dotais siltuma daudzums tiek uzskatīts par negatīvu, saņemtais siltuma daudzums tiek uzskatīts par pozitīvu. Tāpēc kopējais siltuma daudzums Q1 + Q2 = 0.

Ja siltuma apmaiņa notiek starp vairākiem ķermeņiem izolētā sistēmā, tad

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

Tiek izsaukts vienādojums (13.10). siltuma bilances vienādojums.

Šeit Q 1 Q 2, Q 3 ir siltuma daudzums, ko saņem vai izdala ķermeņi. Šos siltuma daudzumus izsaka ar formulu (13.5) vai formulām (13.6)-(13.9), ja siltuma apmaiņas procesā notiek dažādas vielas fāzu pārvērtības (kušana, kristalizācija, iztvaikošana, kondensācija).

Tiek saukts enerģijas pārnešanas process no viena ķermeņa uz otru, neveicot darbu siltuma apmaiņa vai siltuma pārnesi. Siltuma apmaiņa notiek starp ķermeņiem, kuriem ir dažādas temperatūras. Kad tiek izveidots kontakts starp ķermeņiem ar dažādu temperatūru, daļa iekšējās enerģijas tiek pārnesta no ķermeņa ar augstāku temperatūru uz ķermeni ar zemāku temperatūru. Siltuma apmaiņas rezultātā ķermenim nodoto enerģiju sauc siltuma daudzums.

Vielas īpatnējā siltumietilpība:

Ja siltuma pārneses procesu nepavada darbs, tad, pamatojoties uz pirmo termodinamikas likumu, siltuma daudzums ir vienāds ar ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņām: .

Molekulu nejaušās translācijas kustības vidējā enerģija ir proporcionāla absolūtajai temperatūrai. Ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņas ir vienādas ar visu atomu vai molekulu enerģijas izmaiņu algebrisko summu, kuru skaits ir proporcionāls ķermeņa masai, tāpēc iekšējās enerģijas izmaiņas un līdz ar to siltuma daudzums ir proporcionāls masai un temperatūras izmaiņām:

Proporcionalitātes koeficientu šajā vienādojumā sauc vielas īpatnējā siltumietilpība. Īpatnējā siltumietilpība parāda, cik daudz siltuma nepieciešams, lai uzsildītu 1 kg vielas par 1 K.

Darbs termodinamikā:

Mehānikā darbs tiek definēts kā spēka un nobīdes moduļu un starp tiem esošā leņķa kosinusa reizinājums. Darbs tiek veikts, kad spēks iedarbojas uz kustīgu ķermeni un ir vienāds ar tā kinētiskās enerģijas izmaiņām.

Termodinamikā netiek aplūkota ķermeņa kustība kopumā, mēs runājam par makroskopiskā ķermeņa daļu kustību attiecībā pret otru. Tā rezultātā mainās ķermeņa tilpums, bet tā ātrums paliek vienāds ar nulli. Darbs termodinamikā tiek definēts tāpat kā mehānikā, bet ir vienāds ar izmaiņām nevis ķermeņa kinētiskajā enerģijā, bet gan tā iekšējā enerģijā.

Veicot darbu (saspiešanu vai izplešanos), mainās gāzes iekšējā enerģija. Iemesls tam ir: gāzes molekulu elastīgās sadursmes laikā ar kustīgu virzuli mainās to kinētiskā enerģija.

Aprēķināsim gāzes veikto darbu izplešanās laikā. Gāze iedarbojas uz virzuli
, Kur - gāzes spiediens, un - virsmas laukums virzulis Kad gāze izplešas, virzulis pārvietojas spēka virzienā neliels attālums
. Ja attālums ir mazs, tad gāzes spiedienu var uzskatīt par nemainīgu. Gāzes veiktais darbs ir:

Kur
- gāzes tilpuma izmaiņas.

Gāzes izplešanās procesā tas veic pozitīvu darbu, jo spēka un nobīdes virziens sakrīt. Izplešanās procesā gāze izdala enerģiju apkārtējiem ķermeņiem.

Ārējo ķermeņu darbs pie gāzes atšķiras no gāzes veiktā darba tikai ar zīmi
, jo spēks iedarbojas uz gāzi ir pretēja spēkam , ar kuru gāze iedarbojas uz virzuli, un ir vienāda ar to pēc moduļa (Ņūtona trešais likums); un kustība paliek nemainīga. Tāpēc ārējo spēku darbs ir vienāds ar:

.

Pirmais termodinamikas likums:

Pirmais termodinamikas likums ir enerģijas nezūdamības likums, kas attiecināts arī uz siltuma parādībām. Enerģijas nezūdamības likums: Enerģija dabā nerodas no nekā un nepazūd: enerģijas daudzums ir nemainīgs, tā tikai pāriet no vienas formas uz otru.

Termodinamikā tiek ņemti vērā ķermeņi, kuru smaguma centrs paliek praktiski nemainīgs. Šādu ķermeņu mehāniskā enerģija paliek nemainīga, un mainīties var tikai iekšējā enerģija.

Iekšējā enerģija var mainīties divos veidos: siltuma pārnese un darbs. Vispārīgā gadījumā iekšējā enerģija mainās gan siltuma pārneses, gan veiktā darba dēļ. Pirmais termodinamikas likums ir precīzi formulēts šādiem vispārīgiem gadījumiem:

Sistēmas iekšējās enerģijas izmaiņas tās pārejas laikā no viena stāvokļa uz otru ir vienādas ar ārējo spēku darba un sistēmai nodotā ​​siltuma daudzuma summu:

Ja sistēma ir izolēta, tad pie tās netiek strādāts un tā neapmaina siltumu ar apkārtējiem ķermeņiem. Saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu izolētas sistēmas iekšējā enerģija paliek nemainīga.

Ņemot vērā, ka
, pirmo termodinamikas likumu var uzrakstīt šādi:

Sistēmai nodotais siltuma daudzums tiek novirzīts, lai mainītu tās iekšējo enerģiju un veiktu darbu uz ārējiem ķermeņiem, ko sistēma veic.

Otrais termodinamikas likums: Nav iespējams pārnest siltumu no aukstākas sistēmas uz karstāku, ja abās sistēmās vai apkārtējos ķermeņos nav citu vienlaicīgu izmaiņu.

721. Kāpēc dažu mehānismu dzesēšanai izmanto ūdeni?
Ūdenim ir augsta īpatnējā siltumietilpība, kas veicina labu siltuma izvadīšanu no mehānisma.

722. Kādā gadījumā ir nepieciešams tērēt vairāk enerģijas: vienu litru ūdens uzsildīt par 1 °C vai simts gramus ūdens uzsildīt par 1 °C?
Lai uzsildītu litru ūdens, jo lielāka masa, jo vairāk enerģijas jāpatērē.

723. Karstā ūdenī tika nolaistas kuproniķeļa sudraba un vienādas masas sudraba dakšiņas. Vai viņi saņems tikpat daudz siltuma no ūdens?
Kuproniķeļa dakša saņems vairāk siltuma, jo vara niķeļa īpatnējais siltums ir lielāks nekā sudraba.

724. Svina gabals un vienādas masas čuguna gabals trīs reizes iesita ar veseri. Kurš gabals kļuva karstāks?
Svins kļūs karstāks, jo tā īpatnējā siltumietilpība ir mazāka nekā čugunam un svina sildīšanai nepieciešams mazāk enerģijas.

725. Vienā kolbā ir ūdens, otrā – tādas pašas masas un temperatūras petroleja. Katrā kolbā tika nomests vienādi sakarsēts dzelzs kubs. Kas uzsildīs vairāk paaugstināta temperatūra– ūdens vai petroleja?
Petroleja.

726. Kāpēc pilsētās jūras krastā temperatūras svārstības ziemā un vasarā ir mazāk asas nekā iekšzemē?
Ūdens uzsilst un atdziest lēnāk nekā gaiss. Ziemā tas atdziest un pārvieto siltās gaisa masas uz sauszemes, padarot klimatu piekrastē siltāku.

727. Alumīnija īpatnējā siltumietilpība ir 920 J/kg °C. Ko tas nozīmē?
Tas nozīmē, ka, lai uzsildītu 1 kg alumīnija par 1 °C, ir jāiztērē 920 J.

728. Alumīnija un vara stieņus ar vienādu masu 1 kg atdzesē par 1 °C. Cik daudz mainīsies katra bloka iekšējā enerģija? Kuram latiņam tas mainīsies vairāk un par cik?

729. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai kilogramu dzelzs sagataves uzsildītu par 45 °C?

730. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 0,25 kg ūdens no 30 °C līdz 50 °C?

731. Kā mainīsies divu litru ūdens iekšējā enerģija, uzkarsējot par 5 °C?

732. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 5 g ūdens no 20 °C līdz 30 °C?

733. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai 0,03 kg smagu alumīnija lodi uzsildītu par 72 °C?

734. Aprēķiniet siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai uzsildītu 15 kg vara par 80 °C.

735. Aprēķiniet siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai uzsildītu 5 kg vara no 10 °C līdz 200 °C.

736. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 0,2 kg ūdens no 15 °C līdz 20 °C?

737. Ūdens, kas sver 0,3 kg, ir atdzisis par 20 °C. Cik daudz ir samazinājusies ūdens iekšējā enerģija?

738. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 0,4 kg ūdens 20 °C temperatūrā līdz 30 °C temperatūrai?

739. Kāds siltuma daudzums tiek iztērēts, lai uzsildītu 2,5 kg ūdens par 20 °C?

740. Kāds siltuma daudzums izdalījās, 250 g ūdens atdziestot no 90 °C līdz 40 °C?

741. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 0,015 litrus ūdens par 1 °C?

742. Aprēķināt siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai uzsildītu dīķi ar tilpumu 300 m3 par 10 °C?

743. Kāds siltuma daudzums jāpievieno 1 kg ūdens, lai paaugstinātu tā temperatūru no 30 °C līdz 40 °C?

744. Ūdens ar tilpumu 10 litri ir atdzisis no 100 °C temperatūras līdz 40 °C. Cik daudz siltuma izdalījās šajā laikā?

745. Aprēķināt siltuma daudzumu, kas nepieciešams 1 m3 smilšu uzsildīšanai par 60 °C.

746. Gaisa tilpums 60 m3, īpatnējā siltumietilpība 1000 J/kg °C, gaisa blīvums 1,29 kg/m3. Cik daudz siltuma nepieciešams, lai to paceltu līdz 22°C?

747. Ūdens tika uzsildīts par 10 °C, iztērējot 4,20 103 J siltuma. Nosakiet ūdens daudzumu.

748. Ūdenim, kas sver 0,5 kg, tika nodots 20,95 kJ siltuma. Kāda kļuva ūdens temperatūra, ja sākotnējā ūdens temperatūra bija 20 °C?

749. Vara pannu, kas sver 2,5 kg, piepilda ar 8 kg 10 °C ūdens. Cik daudz siltuma nepieciešams, lai uzsildītu ūdeni pannā līdz vārīšanās temperatūrai?

750. Vara kausā, kas sver 300 g, ielej litru 15 °C ūdens. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai kausā uzsildītu ūdeni līdz 85 °C.

751. Ūdenī ieliek 3 kg smagu sakarsēta granīta gabalu. Granīts pārnes 12,6 kJ siltuma uz ūdeni, atdzesējot par 10 °C. Kāda ir akmens īpatnējā siltumietilpība?

752. 5 kg 12 °C ūdens tika pievienots 50 °C karsts ūdens, iegūstot maisījumu ar 30 °C temperatūru. Cik daudz ūdens pievienoji?

753. 20 °C ūdeni pievienoja 3 litriem 60 °C ūdens, iegūstot 40 °C ūdeni. Cik daudz ūdens pievienoji?

754. Kāda būs maisījuma temperatūra, ja sajauciet 600 g 80 °C ūdens ar 200 g 20 °C ūdens?

755. 10 °C ūdenī ielēja litru 90 °C ūdens, un ūdens temperatūra kļuva 60 °C. Cik daudz tur bija auksta ūdens?

756. Noteikt, cik daudz karstā ūdens, kas uzsildīts līdz 60 °C, jāielej traukā, ja traukā jau ir 20 litri auksta ūdens 15 °C temperatūrā; maisījuma temperatūrai jābūt 40 °C.

757. Nosaki, cik daudz siltuma nepieciešams, lai uzsildītu 425 g ūdens par 20 °C.

758. Par cik grādiem uzsils 5 kg ūdens, ja ūdens saņems 167,2 kJ?

759. Cik daudz siltuma nepieciešams, lai uzsildītu m gramus ūdens temperatūrā t1 līdz temperatūrai t2?

760. Kalorimetri 15 °C temperatūrā ielej 2 kg ūdens. Līdz kādai temperatūrai kalorimetra ūdens uzsils, ja tajā nolaiž 500 g misiņa svaru, kas uzkarsēts līdz 100 °C? Misiņa īpatnējā siltumietilpība ir 0,37 kJ/(kg °C).

761. Ir tāda paša tilpuma vara, alvas un alumīnija gabali. Kuram no šiem gabaliem ir vislielākā un kuram vismazākā siltumietilpība?

762. Kalorimetri ielēja 450 g ūdens, kura temperatūra bija 20 °C. Kad šajā ūdenī tika iegremdēti 200 g līdz 100 °C sakarsētas dzelzs skaidas, ūdens temperatūra kļuva 24 °C. Nosakiet zāģu skaidu īpatnējo siltumietilpību.

763. 100 g smags vara kalorimetrs satur 738 g ūdens, kura temperatūra ir 15 °C. Šajā kalorimetrā tika nolaisti 200 g vara 100 °C temperatūrā, pēc tam kalorimetra temperatūra paaugstinājās līdz 17 °C. Kāda ir vara īpatnējā siltumietilpība?

764. No krāsns izņem 10 g smagu tērauda lodi un ievieto 10 °C temperatūrā ūdenī. Ūdens temperatūra paaugstinājās līdz 25 °C. Kāda bija bumbiņas temperatūra cepeškrāsnī, ja ūdens masa bija 50 g? Tērauda īpatnējā siltumietilpība ir 0,5 kJ/(kg °C).

770. Tērauda griezējs, kas sver 2 kg, tika uzkarsēts līdz 800 °C temperatūrai un pēc tam nolaists traukā, kurā bija 15 litri ūdens 10 °C temperatūrā. Līdz kādai temperatūrai uzsils ūdens traukā?

(Norāde: Lai atrisinātu šo problēmu, ir jāizveido vienādojums, kurā nezināmā ūdens temperatūra traukā pēc griezēja nolaišanas tiek uzskatīta par nezināmo.)

771. Kādu temperatūru iegūsit, ja sajauciet 0,02 kg ūdens 15 °C, 0,03 kg ūdens 25 °C un 0,01 kg ūdens 60 °C temperatūrā?

772. Labi vēdināmas klases apkurei nepieciešamais siltuma daudzums ir 4,19 MJ stundā. Ūdens ieplūst apkures radiatoros 80 °C temperatūrā un atstāj tos 72 °C temperatūrā. Cik daudz ūdens katru stundu jāpavada radiatoriem?

773. Svins, kas sver 0,1 kg, 100 °C temperatūrā tika iegremdēts 0,04 kg smagajā alumīnija kalorimetrā, kas satur 0,24 kg ūdens 15 °C temperatūrā. Pēc tam temperatūra kalorimetrā sasniedza 16 °C. Kāds ir svina īpatnējais siltums?

1. Iekšējās enerģijas izmaiņas, veicot darbu, raksturo darba apjoms, t.i. darbs ir iekšējās enerģijas izmaiņu mērs noteiktā procesā. Ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņas siltuma pārneses laikā raksturo lielums, ko sauc siltuma daudzums.

Siltuma daudzums ir ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņas siltuma pārneses procesā, neveicot darbu.

Siltuma daudzumu apzīmē ar burtu \(Q\) ​. Tā kā siltuma daudzums ir iekšējās enerģijas izmaiņu mērs, tā mērvienība ir džouls (1 J).

Kad ķermenis nodod noteiktu siltuma daudzumu, neveicot darbu, tā iekšējā enerģija palielinās, ja ķermenis izdala noteiktu siltuma daudzumu, tad tā iekšējā enerģija samazinās.

2. Ja divos identiskos traukos, vienā un 400 g otrā, vienā temperatūrā ielej 100 g ūdens un liek uz identiskiem degļiem, tad ūdens pirmajā traukā uzvārīsies agrāk. Tādējādi, jo lielāka ir ķermeņa masa, jo lielāks ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai tas uzsiltu. Tas pats attiecas uz dzesēšanu: lielākas masas ķermenis atdzesējot izdala vairāk siltuma. Šie ķermeņi ir izgatavoti no vienas un tās pašas vielas, un tie uzsilst vai atdziest par vienādu grādu skaitu.

​3. Ja tagad uzsildām 100 g ūdens no 30 līdz 60 °C, t.i. 30 °C temperatūrā, un pēc tam līdz 100 °C, t.i. par 70 °C, tad pirmajā gadījumā uzsilšana prasīs mazāk laika nekā otrajā, un attiecīgi ūdens uzsildīšanai par 30 °C būs nepieciešams mazāk siltuma nekā ūdens uzsildīšanai par 70 °C. Tādējādi siltuma daudzums ir tieši proporcionāls starpībai starp galīgo ​\((t_2\,^\circ C) \) ​ un sākotnējo \((t_1\,^\circ C) \) temperatūru: ​\( Q\sim(t_2-t_1) \) ​.

4. Ja tagad vienā traukā ielej 100 g ūdens un citā identiskā traukā ielej nedaudz ūdens un ievieto tajā metāla korpusu, lai tā masa un ūdens masa būtu 100 g, un karsētu traukus uz identiskām flīzēm, tad Jūs ievērosiet, ka traukā, kurā ir tikai ūdens, temperatūra būs zemāka nekā traukā, kurā ir ūdens un metāla korpuss. Tāpēc, lai satura temperatūra abos traukos būtu vienāda, ūdenim nepieciešams nodot vairāk siltuma nekā ūdenim un metāla korpusam. Tādējādi ķermeņa uzsildīšanai nepieciešamais siltuma daudzums ir atkarīgs no vielas veida, no kuras ķermenis ir izgatavots.

5. Ķermeņa sildīšanai nepieciešamā siltuma daudzuma atkarību no vielas veida raksturo fizikāls lielums, ko sauc vielas īpatnējā siltumietilpība.

Fizikālo lielumu, kas vienāds ar siltuma daudzumu, kas jāpiešķir 1 kg vielas, lai to uzsildītu par 1 ° C (vai 1 K), sauc par vielas īpatnējo siltumietilpību.

1 kg vielas, atdzesējot par 1 °C, izdala tikpat daudz siltuma.

Īpatnējo siltumietilpību apzīmē ar burtu \(c\) ​. Īpatnējās siltumietilpības mērvienība ir 1 J/kg °C vai 1 J/kg K.

Vielu īpatnējo siltumietilpību nosaka eksperimentāli. Šķidrumiem ir lielāka īpatnējā siltumietilpība nekā metāliem; Ūdenim ir visaugstākais īpatnējais siltums, zeltam ir ļoti mazs īpatnējais siltums.

Svina īpatnējais siltums ir 140 J/kg °C. Tas nozīmē, ka 1 kg svina uzsildīšanai par 1 °C nepieciešams iztērēt 140 J lielu siltuma daudzumu. Tikpat daudz siltuma izdalīsies, kad 1 kg ūdens atdziest par 1 °C.

Tā kā siltuma daudzums ir vienāds ar ķermeņa iekšējās enerģijas izmaiņām, var teikt, ka īpatnējā siltumietilpība parāda, cik daudz mainās 1 kg vielas iekšējā enerģija, tās temperatūrai mainoties par 1 °C. Konkrēti, 1 kg svina iekšējā enerģija palielinās par 140 J, kad to silda par 1 °C, un samazinās par 140 J, kad to atdzesē.

Siltuma daudzums ​\(Q \) ​, kas nepieciešams, lai uzsildītu ķermeņa masu ​\(m \) no temperatūras \((t_1\,^\circ C) \) līdz temperatūrai \((t_2\,^\) circ C) \) ir vienāds ar vielas īpatnējās siltumietilpības, ķermeņa masas un galīgās un sākotnējās temperatūras starpības reizinājumu, t.i.

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

To pašu formulu izmanto, lai aprēķinātu siltuma daudzumu, ko ķermenis izdala dzesēšanas laikā. Tikai šajā gadījumā gala temperatūra ir jāatņem no sākotnējās temperatūras, t.i. Atņemiet mazāko temperatūru no lielākās temperatūras.

6. Problēmas risinājuma piemērs. 100 g ūdens 20 °C temperatūrā ielej glāzē, kurā ir 200 g ūdens 80 °C temperatūrā. Pēc tam temperatūra traukā sasniedza 60 °C. Cik daudz siltuma saņēma aukstais ūdens un cik daudz siltuma izdalīja karstais ūdens?

Risinot problēmu, jums jāveic šāda darbību secība:

1. īsi pierakstiet problēmas nosacījumus;
2. pārvērst lielumu vērtības uz SI;
3. analizēt problēmu, noteikt, kuri ķermeņi ir iesaistīti siltuma apmaiņā, kuri ķermeņi izdala enerģiju un kuri saņem;
4. atrisināt problēmu vispārīgā formā;
5. veikt aprēķinus;
6. analizēt saņemto atbildi.

1. Uzdevums.

Ņemot vērā:
\(m_1 \) ​ = 200 g
\(m_2\) ​ = 100 g
​\(t_1 \) ​ = 80 °C
​\(t_2 \) ​ = 20 °C
\(t\) = 60 °C
______________

\(Q_1 \) ​ — ? \(Q_2 \) ​ — ?
​\(c_1 \) ​ = 4200 J/kg °C

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

3. Uzdevuma analīze. Problēma apraksta siltuma apmaiņas procesu starp karsto un auksto ūdeni. Karsts ūdens izdala noteiktu siltuma daudzumu ​\(Q_1 \) ​ un atdziest no temperatūras ​\(t_1 \) ​ līdz temperatūrai ​\(t \) ​. Aukstais ūdens saņem siltuma daudzumu ​\(Q_2 \) ​ un tiek uzkarsēts no temperatūras ​\(t_2 \) ​ līdz temperatūrai ​\(t \) ​.

4. Problēmas risinājums vispārīgā formā. Dotais siltuma daudzums karsts ūdens, aprēķina pēc formulas: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .

Siltuma daudzumu, ko saņem auksts ūdens, aprēķina pēc formulas: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Aprēķini.
​\(Q_1 \) ​ = 4200 J/kg · °С · 0,2 kg · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J

6. Atbilde ir tāda, ka siltuma daudzums, ko izdala karstais ūdens, ir vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem auksts ūdens. Šajā gadījumā tika uzskatīta idealizēta situācija un netika ņemts vērā, ka noteikts siltuma daudzums tika izmantots, lai sildītu stiklu, kurā atradās ūdens, un apkārtējo gaisu. Reāli karstā ūdens izdalītā siltuma daudzums ir lielāks nekā aukstā ūdens saņemtais siltuma daudzums.

1. daļa

1. Sudraba īpatnējā siltumietilpība ir 250 J/(kg °C). Ko tas nozīmē?

1) 1 kg sudraba atdziest pie 250 °C, izdalās 1 J siltuma daudzums
2) 250 kg sudraba atdziest par 1 °C, izdalās 1 J siltuma daudzums
3) 250 kg sudraba atdziest par 1 °C, tiek absorbēts 1 J siltuma daudzums
4) 1 kg sudraba atdziest par 1 °C, izdalās 250 J siltuma daudzums.

2. Cinka īpatnējā siltumietilpība ir 400 J/(kg °C). Tas nozīmē, ka

1) kad 1 kg cinka tiek uzkarsēts par 400 °C, tā iekšējā enerģija palielinās par 1 J
2) 400 kg cinka karsējot par 1 °C, tā iekšējā enerģija palielinās par 1 J
3) lai uzsildītu 400 kg cinka par 1 °C, nepieciešams iztērēt 1 J enerģijas
4) 1 kg cinka uzkarsējot par 1 °C, tā iekšējā enerģija palielinās par 400 J

3. Pārsūtot ciets ķermenis masa ​\(m \) ​ siltuma daudzums ​\(Q \) ​ ķermeņa temperatūra palielināta par ​\(\Delta t^\circ \) ​. Kura no šīm izteiksmēm nosaka šī ķermeņa vielas īpatnējo siltumietilpību?

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. Attēlā parādīts grafiks, kas parāda divu vienādas masas ķermeņu (1 un 2) sildīšanai nepieciešamā siltuma daudzuma atkarību no temperatūras. Salīdziniet īpatnējās siltumietilpības vērtības (\(c_1 \) ​ un \(c_2 \) ​) vielām, no kurām šie ķermeņi ir izgatavoti.

1) ​\(c_1=c_2 \)
2) \(c_1>c_2 \)
3)\(c_1 4) atbilde ir atkarīga no ķermeņu masas vērtības

5. Diagrammā parādīts siltuma daudzums, kas tiek nodots diviem vienādas masas ķermeņiem, kad to temperatūra mainās par vienādu grādu skaitu. Kura sakarība ir pareiza attiecībā uz vielu, no kurām veidojas ķermeņi, īpašajām siltumietilpībām?

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

6. Attēlā parādīts cieta ķermeņa temperatūras grafiks atkarībā no tā izdalītā siltuma daudzuma. Ķermeņa svars 4 kg. Kāda ir šīs ķermeņa vielas īpatnējā siltumietilpība?

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

7. Sildot kristālisku vielu, kas sver 100 g, tika mērīta vielas temperatūra un vielai nodotā ​​siltuma daudzums. Mērījumu dati tika parādīti tabulas veidā. Pieņemot, ka enerģijas zudumus var neņemt vērā, nosaka vielas īpatnējo siltumietilpību cietā stāvoklī.

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

8. Lai uzsildītu 192 g molibdēna par 1 K, jums jāpārnes uz to 48 J siltuma daudzums. Kāds ir šīs vielas īpatnējais siltums?

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

9. Kāds siltuma daudzums nepieciešams, lai uzsildītu 100 g svina no 27 līdz 47 °C?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Lai uzsildītu ķieģeli no 20 līdz 85 °C, nepieciešams tāds pats siltuma daudzums kā tādas pašas masas ūdens uzsildīšanai par 13 °C. Ķieģeļu īpatnējā siltumietilpība ir

1) 840 J/(kg K)
2) 21 000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)

11. Zemāk esošajā apgalvojumu sarakstā atlasiet divus pareizos apgalvojumus un ierakstiet to numurus tabulā.

1) Siltuma daudzums, ko ķermenis saņem, kad tā temperatūra paaugstinās par noteiktu grādu skaitu, ir vienāds ar siltuma daudzumu, ko šis ķermenis izdala, kad tā temperatūra pazeminās par tādu pašu grādu skaitu.
2) Vielai atdziestot, palielinās tās iekšējā enerģija.
3) Siltuma daudzumu, ko viela saņem karsējot, galvenokārt izmanto, lai palielinātu tās molekulu kinētisko enerģiju.
4) Siltuma daudzums, ko viela saņem karsējot, galvenokārt tiek izmantots, lai palielinātu tās molekulu mijiedarbības potenciālo enerģiju
5) Ķermeņa iekšējo enerģiju var mainīt, tikai nododot tam noteiktu siltuma daudzumu

12. Tabulā parādīti masas \(m\) ​, temperatūras izmaiņu ​\(\Delta t\) ​ un siltuma daudzuma \(Q\) ​ mērījumu rezultāti, kas izdalās vara vai alumīnija cilindru dzesēšanas laikā. .

Kuri apgalvojumi atbilst eksperimenta rezultātiem? No piedāvātā saraksta atlasiet divus pareizos. Norādiet to numurus. Pamatojoties uz veiktajiem mērījumiem, var apgalvot, ka dzesēšanas laikā izdalītais siltuma daudzums

1) ir atkarīgs no vielas, no kuras izgatavots cilindrs.
2) nav atkarīgs no vielas, no kuras izgatavots cilindrs.
3) palielinās, palielinoties cilindra masai.
4) palielinās, palielinoties temperatūras starpībai.
5) alumīnija īpatnējā siltumietilpība ir 4 reizes lielāka par alvas īpatnējo siltumietilpību.

2. daļa

C1. Cietu ķermeni, kas sver 2 kg, ievieto 2 kW krāsnī un sāk uzkarst. Attēlā parādīta šī ķermeņa temperatūras \(t\) atkarība no sildīšanas laika \(\tau \) ​. Kāda ir vielas īpatnējā siltumietilpība?

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

Atbildes

Balonā esošās gāzes iekšējo enerģiju var mainīt ne tikai veicot darbu, bet arī sildot gāzi (43. att.). Ja jūs nofiksēsit virzuli, gāzes tilpums nemainīsies, bet palielināsies temperatūra un līdz ar to arī iekšējā enerģija.
Enerģijas pārnešanas procesu no viena ķermeņa uz otru, neveicot darbu, sauc par siltuma apmaiņu vai siltuma pārnesi.

Siltuma apmaiņas rezultātā ķermenim nodoto enerģiju sauc par siltuma daudzumu. Siltuma daudzumu sauc arī par enerģiju, ko ķermenis izdala siltuma apmaiņas laikā.

Siltuma pārneses molekulārais attēls. Siltuma apmaiņas laikā uz robežas starp ķermeņiem notiek auksta ķermeņa lēni kustīgu molekulu mijiedarbība ar karsta ķermeņa ātrāk kustīgām molekulām. Rezultātā molekulu kinētiskās enerģijas tiek izlīdzinātas un auksta ķermeņa molekulu ātrums palielinās, bet karstā ķermeņa molekulu ātrums samazinās.

Siltuma apmaiņas laikā enerģija nepārvēršas no vienas formas citā: daļa no karstā ķermeņa iekšējās enerģijas tiek nodota aukstajam ķermenim.

Siltuma daudzums un siltuma jauda. No VII klases fizikas kursa ir zināms, ka ķermeņa m masas uzsildīšanai no temperatūras t 1 līdz temperatūrai t 2 nepieciešams informēt to par siltuma daudzumu

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt. (4.5)

Ķermenim atdziestot, tā mūžīgā temperatūra t 2 ir mazāka par sākotnējo temperatūru t 1 un ķermeņa izdalītā siltuma daudzums ir negatīvs.
Tiek izsaukts koeficients c formulā (4.5). īpatnējā siltuma jauda. Īpatnējā siltumietilpība ir siltuma daudzums, ko saņem vai izdala 1 kg vielas, kad tās temperatūra mainās par 1 K.

Īpatnējo siltumietilpību izsaka džoulos, dalītā ar kilogramu, kas reizināts ar kelviniem. Dažādiem ķermeņiem nepieciešams atšķirīgs enerģijas daudzums, lai paaugstinātu temperatūru par 1 K. Tādējādi ūdens īpatnējā siltumietilpība ir 4190 J/(kg K), bet vara – 380 J/(kg K).

Īpatnējā siltumietilpība ir atkarīga ne tikai no vielas īpašībām, bet arī no procesa, kurā notiek siltuma pārnese. Ja karsējat gāzi pastāvīgā spiedienā, tā paplašināsies un darbosies. Lai uzsildītu gāzi par 1°C nemainīgā spiedienā, tai būs jānodod vairāk siltuma, nekā sildīt konstantā tilpumā.

Šķidrie un cietie ķermeņi karsējot nedaudz izplešas, un to īpatnējās siltumietilpības nemainīgā tilpumā un nemainīgā spiedienā nedaudz atšķiras.

Īpatnējais iztvaikošanas siltums. Lai šķidrumu pārvērstu tvaikā, tam ir jānodod noteikts siltuma daudzums. Šīs transformācijas laikā šķidruma temperatūra nemainās. Šķidruma pārvēršana tvaikos nemainīgā temperatūrā neizraisa molekulu kinētiskās enerģijas palielināšanos, bet gan to pavada to potenciālās enerģijas palielināšanās. Galu galā vidējais attālums starp gāzes molekulām ir daudzkārt lielāks nekā starp šķidruma molekulām. Turklāt tilpuma palielināšanās vielas pārejas laikā no šķidruma uz gāzveida stāvokli prasa strādāt pret ārējiem spiediena spēkiem.

Siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai 1 kg šķidruma pārvērstu tvaikos nemainīgā temperatūrā, sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu. Šo daudzumu apzīmē ar burtu r un izsaka džoulos uz kilogramu.

Ūdens īpatnējais iztvaikošanas siltums ir ļoti augsts: 2,256 · 10 6 J/kg 100°C temperatūrā. Pārējiem šķidrumiem (spirtam, ēterim, dzīvsudrabam, petrolejai u.c.) īpatnējais iztvaikošanas siltums ir 3-10 reizes mazāks.

Lai šķidrumu ar masu m pārveidotu tvaikos, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:

Kad tvaiks kondensējas, izdalās tāds pats siltuma daudzums

Q k = –rm. (4.7)

Īpatnējais saplūšanas siltums. Kad kristālisks ķermenis kūst, viss tam piegādātais siltums tiek novirzīts, lai palielinātu molekulu potenciālo enerģiju. Molekulu kinētiskā enerģija nemainās, jo kušana notiek nemainīgā temperatūrā.

Siltuma daudzumu λ (lambda), kas nepieciešams, lai 1 kg kristāliskas vielas kušanas temperatūrā tādā pašā temperatūrā pārvērstu šķidrumā, sauc par īpatnējo saplūšanas siltumu.

Kad kristalizējas 1 kg vielas, izdalās tieši tāds pats siltuma daudzums. Ledus kušanas īpatnējais siltums ir diezgan augsts: 3,4 · 10 5 J/kg.

Lai izkausētu kristālisku ķermeni ar masu m, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:

Qpl = λm. (4.8)

Siltuma daudzums, kas izdalās ķermeņa kristalizācijas laikā, ir vienāds ar:

Q cr = – λm. (4.9)

1. Kā sauc siltuma daudzumu? 2. No kā ir atkarīga vielu īpatnējā siltumietilpība? 3. Ko sauc par īpatnējo iztvaikošanas siltumu? 4. Kā sauc īpatnējo saplūšanas siltumu? 5. Kādos gadījumos nodotā ​​siltuma daudzums ir negatīvs?