Это одна из фундаментальных величин термодинамики. Тепло включено в математическое выражение первого и второго принципов термодинамики. Считается, что тепло — это энергия в форме молекулярного движения.
Удельная теплоёмкость. Расчёт количества теплоты
Класс 8 «Особая теплоемкость». Расчет теплоемкости’ обзор курса физики. ЗНАТЬ: Что такое специальная теплоемкость? Метод расчета количества тепла, необходимого для нагревания тела, или количества тепла, выделяемого при его охлаждении.
Опыт показывает, что для изменения температуры разных объектов на одно и то же количество требуется разное количество тепла. Например, для нагрева воды температурой 1 кг требуется количество тепла, равное 4200 дж, чтобы нагреть те же 1700 дж, для повышения температуры на 1 °C.
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Какое количество тепла требуется для нагрева большого объема воды? 2 кг при температуре 1°C. Для этого требуется количество тепла, равное 8400 Дж. Аналогично, для нагревания 2 кг подсолнечного масла при температуре 1°C требуется вдвое больше тепла, т.е. 3400 Дж.
Этот вывод относится не только к жидкостям. Например, чтобы нагреть 1 кг железа при температуре 1°C, необходимо 460 Дж тепла; 2 кг железа — в два раза больше, т.е. 920 Дж.
Поэтому количество тепла, необходимое для нагрева тела при определенной температуре, пропорционально массе тела.
В то же время количество тепла, отдаваемого телу при нагревании, зависит от степени повышения температуры тела.
Например, если 2 кг воды нужно нагреть при температуре 10°C вместо 1°C, опыт показывает, что для достижения желаемой температуры требуется в 10 раз больше тепла, т.е. 84 000 Дж. Поэтому количество тепла пропорционально разнице между начальной и конечной температурой тела: Δt = t2 -t1.
Учитывая вышесказанное, выражение для количества тепла, необходимого для нагревания тела массой T на DT, должно быть записано в виде q = cmdt, где. (1) s — это величина, характеризующая тепловые свойства тела.
Изучите физическое значение величин. Если масса тела принимается за единицу, а изменение температуры тела — за единицу, то, согласно виду (1), количество c равно количеству тепла: c = q / m
Эта величина называется удельной теплоемкостью вещества. Единицами СИ специального тепла являются джоули на килограмм — градусы Цельсия (дж/(кг — °C)).
Например, теплоемкость специального серебра составляет 250 дж/(кг — °C). Это означает, что для нагревания 1 кг серебра на 1 °C требуется количество тепла, равное 250 Дж. Такое же количество тепла (по модулю) выделяется одной и той же массой серебра при охлаждении на 1 °C.
Эксперименты показывают, что удельная теплоемкость одного и того же вещества считается постоянной в широком диапазоне температур. Однако удельная теплоемкость вещества в различных совокупных ситуациях будет различной. Например, специальная теплоемкость воды составляет 4200 дж/(кг — °C), а специальная теплоемкость льда — 2100 дж/(кг — °C).
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
В алюминиевый контейнер массой 400 г помещается 2 л воды при температуре 20 °C. Какое количество тепла необходимо для того, чтобы нагреть воду в кастрюле до 100 °C?
Запишите состояние проблемы и решите ее.
Ответ: q = 701,44 КДж.
В 8 классе мы изучали конспект по физике «особые теплоемкости». Рассчитайте теплоемкость.
В целом, удельная теплоемкость и основные принципы термодинамики используются при производстве холодильников и систем для охлаждения автомобилей, а также в химии, ядерной механике и аэродинамике. Если вы хотите узнать, как рассчитать специальные теплоемкости, прочитайте эту статью.
Формула
Прежде чем приступить к расчетам, необходимо ознакомиться с видами и материалами.
Типы для расчета специальных тепловых мощностей следующие
Очень важно знать цены и символические названия, используемые в расчетах. Однако необходимо не только знать их визуальную форму, но и четко понимать их смысл. Расчет удельной теплоемкости вещества представлен следующими элементами
DT — это символ, обозначающий ступенчатое изменение температуры вещества. Символ «D» произносится как «дельта».
DT может быть рассчитан с использованием следующих типов
M — масса вещества, используемого для нагрева (G).
Q — количество тепла (Дж/Дж).
Другие уравнения могут быть получены из QR:.
- Q = m*цp*ΔT – количество теплоты ;
- m = Q/цр*(t2 — t1) – массы вещества;
- t1 = t2–(Q/цp*m) – первичной температуры;
- t2 = t1+(Q/цp*m) – конечной температуры.
Инструкция по расчёту параметра
Вычислить Substance очень просто, для этого необходимо выполнить следующие действия.
- Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
- Выписать исходные данные.
- Подставить их в формулу.
- Провести расчёт и получим результат.
В качестве примера рассчитаем неизвестное вещество массой 480 ГР при температуре 15ºC. В результате нагрева (подача 35 000 дж) этот показатель увеличивается до 250 ºC.
В соответствии с вышеуказанной директивой действуйте следующим образом.
Перечислите исходные данные:.
Взять тип и решить для цены взаимозаменяемо.
c = q/(m*d) = 35 тыс. дж/(480 г*235º) = 35000 дж/(112800 г*º) = 0,31 дж/г*º.
Расчёт
Давайте рассчитаем cp воды и олова при следующих условиях: p
- m = 500 грамм;
- t1 =24ºC и t2 = 80ºC – для воды;
- t1 =20ºC и t2 =180ºC – для олова;
- Q = 28 тыс. Дж.
Сначала определите DT воды и олова соответственно.
Затем найдите специальную теплоемкость.
- с=Q/(m*ΔТв)= 28 тыс. Дж/(500 г *56ºC) = 28 тыс.Дж/(28 тыс.г*ºC) = 1 Дж/г*ºC.
- с=Q/(m*ΔТо)=28тыс.Дж/(500 гр*160ºC)=28 тыс.Дж/(80 тыс.г*ºC)=0,35 Дж/г*ºC.
Так, специальная водоемкость составила 1 дж/г *ºC, а олова — 0,35 дж/г *ºC. Из этого можно сделать вывод, что при равном притоке 28 000 дж олово нагревается быстрее воды из-за ее меньшей теплоемкости.
Газы, жидкости, твердые тела, а также продукты питания обладают теплоемкостью.
ОТВЕТ. Отношение теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме обозначается греческой буквой «гамма» и называется адиабатическим индексом.
Нагревание и охлаждение
Эти два процесса известны всем. Хочется чая, поставьте чайник и нагрейте воду. В качестве альтернативы положите соду в холодильник и дайте ей остыть.
Логично предположить, что нагрев — это повышение температуры, а охлаждение — понижение. Это был четкий процесс, так что давайте двигаться дальше.
Однако это не так. Температура не меняется «с потолка». Все зависит от таких понятий, как количество тепла. Тело получает количество тепла при нагревании и работает, когда нагревается.
Количество тепла — это энергия, которую тело получает или теряет в процессе теплообмена.
Было открыто новое неоднозначное слово — теплопередача. Давайте немного закончим с количеством тепла.
В процессах нагревания и охлаждения видами количества тепла являются
c — специальная теплоемкость вещества j/кг*°C
tОкончательный — Конечная температура °C
tПервоначальный — Начальная температура °C
Эти типы включают в себя изменения температуры, упомянутые выше, а также специальные теплоемкости, описанные ниже.
Теперь поговорим о теплопередаче.
Виды теплопередачи
Теплопередача — это процесс передачи тепла (обмен энергией).
Существует три типа: проводимость, синагога и излучение.
Теплопроводность
Тип теплопередачи, который можно описать как способность тела передавать энергию от более нагретого тела к менее нагретому.
Это передача тепла через контакт. Признайтесь, вы уже нагрелись возле радиатора. Если вы сидите рядом с ним, значит, вы согрелись с помощью тепловой терапии. Также могут помочь объятия с теплым животом кошки.
Иногда мы немного перебарщиваем с этим эффектом, когда лежим на горячем песке на пляже. Результаты есть, но не такие приятные. Так вот, замороженная грелка на лбу имеет противоположный эффект — лоб отдает тепло в радиатор.
Конвекция
Когда мы говорили о теплопроводности, мы привели пример с нагревательным элементом. Теплопроводность — это когда вы получаете тепло от контакта с холодильником. Однако все, что находится в комнате, не касается радиатора, и комната прогревается. В этот момент появляется синагога.
Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный воздух просто плотнее). Как только радиатор нагревает определенный большой объем воздуха, он поднимается вверх, проходит по крыше, успевает остыть и снова опускается вниз — чтобы снова нагреться от радиатора. Таким образом, чем теплее поток, тем холоднее он становится, тем равномернее прогревается все помещение.
Излучение
Мы уже упоминали о пляже, но речь шла только о горячем песке, который является очень важной частью процесса обогрева помещения. Тепло от солнца, с другой стороны, является излучением. В этом случае тепло передается от волн.
В обоих направлениях. Тепло, ощущаемое непосредственно от камина (когда очень близко к камину, когда лицо нагревается), является излучением. Однако обогрев целой комнаты — это синагога.
Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета
Мы уже анализировали различные типы отопления и охлаждения, но давайте посмотрим еще раз.
c — специальная теплоемкость вещества j/кг*°C
tОкончательный — Конечная температура °C
tПервоначальный — Начальная температура °C
Для этих типов используются специальные теплоемкости. По сути, это способность материала принимать или отдавать тепло.
Математически, удельная теплоемкость вещества — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1 кг по Цельсию.
Удельная теплоемкость вещества
c — специальная теплоемкость вещества j/кг*°C
tОкончательный — Конечная температура °C
tПервоначальный — Начальная температура °C
Также может быть рассчитана по теплоемкости вещества.
Удельная теплоемкость вещества
c — специальная теплоемкость вещества j/кг*°C
c- j/°c Теплоемкость вещества
Теплоемкость вещества и специальная теплота вещества означают одно и то же. Разница в том, что теплоемкость — это способность вещества в целом переносить тепло. Таким образом, тип тепла, необходимого для нагрева объекта, можно описать в следующей форме
Тепло, необходимое для нагревания тела
c — специальная теплоемкость вещества j/кг*°C
tОкончательный — Конечная температура °C
tПервоначальный — Начальная температура °C
Онлайн-уроки физики на SkySmart такие же увлекательные, как и наши статьи!
Специальные теплоемкости представляют собой табличные значения. Часто они относятся к рассматриваемому высказыванию, но если они отсутствуют в рассматриваемом высказывании, можно использовать таблицу. Ниже приведена таблица с указанием конкретных тепловых районов для определенных (многих) веществ.
Удельная теплоемкость воды
Удельная теплоемкость — это физическая величина, используемая для расчета количества тепла, необходимого для нагревания вещества до определенной температуры. При снижении температуры значение этой величины используется для оценки количества тепла, выделяемого при охлаждении. Удельные теплоемкости различных веществ могут иметь значения, отличающиеся в десятки раз. Повседневная жизнь человека сильно зависит от качества воды и ее параметров, среди которых важное место занимает удельная теплоемкость воды.
Общее определение удельной теплоемкости
Передача энергии от одного объекта к другому без выполнения проекта называется теплопередачей или теплообменом. Теплопередача происходит, когда температуры тел различаются. Количество энергии, переданной телу в результате теплообмена, называется количеством тепла Q. Согласно первому закону термодинамики, количество тепла Q равно изменению внутренней энергии тела ΔU.
Следует помнить, что количество тепла определяет только изменение внутренней энергии, а не ее удельное значение. Полная внутренняя энергия представляет собой сумму динамической энергии взаимодействия частиц, составляющих объект, и кинетической энергии их неравномерного движения.
Рисунок 1.Что такое теплообмен и теплопередача?
Изменение внутренней энергии пропорционально изменению массы m и температуры объекта.
Где $ΔT= T_k-T_n $ — разница между конечной и начальной температурами.
Коэффициент пропорциональности c в уравнении (2) называется удельной теплоемкостью материала.
В международной системе СИ тепло измеряется в джоулях, масса — в килограммах, а разница температур — в кельвинах. Поэтому единицы измерения удельной теплоты следующие.
Из уравнений (3) и (4) следует, что значение удельной теплоемкости показывает количество тепла, необходимое для нагревания вещества массой 1 кг при температуре 10 К.
Ранее, до принятия джоуля в качестве единицы энергии в системе СИ, использовалась специальная единица калория (кал), которая равна количеству тепла, необходимого для нагревания 1 грамма воды на 1°C.. Так называемый механический эквивалент тепла (отношение джоулей к калориям) был определен экспериментально.
В настоящее время этот прибор используется для определения количества тепла, потребляемого в домах и на предприятиях.
Значения удельной теплоемкости твердых тел, жидкостей и газов определяются путем физических измерений и сведены в справочные таблицы.
Рисунок 2.Таблица значений удельной теплоемкости
Особенности удельной теплоемкости воды
Из приведенной выше таблицы видно, что удельная теплоемкость металлов довольно низкая (например, удельная теплоемкость свинца составляет 140 Дж/кг*0 К). Поэтому для нагрева металлических предметов требуется низкое тепло. Удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж/кг * 0 К, что намного выше, чем у металлов. Согласно исследованиям, это одна из самых высоких цен среди жидких материалов.
В твердом связном состоянии удельная теплоемкость воды (льда) в два раза ниже — 2100 Дж/кг * 0 К, тогда как в газообразном состоянии (водяной пар) она составляет 2200 Дж/кг * 0 К.
Значения удельной мощности в таблице обычно приводятся для постоянной температуры в диапазоне 20-25°C (температура окружающей среды или комнатная температура). Это связано с тем, что значения удельной теплоемкости зависят от температуры, что характерно как для воды, так и для других веществ. На следующем графике показана экспериментальная зависимость удельной теплоемкости воды при различных температурах. Можно заметить, что от 0°C до 37°C удельная теплоемкость воды уменьшается, а затем снова увеличивается. Точное определение удельной теплоемкости воды производится с помощью прибора, называемого калориметром.
Рисунок 3.График зависимости удельной теплоемкости воды от температуры
Максимальная удельная теплоемкость воды обуславливает следующие полезные применения в различных областях человеческой деятельности
- Использование воды в отопительных системах домов в качестве теплоносителя, который долго сохраняет тепло;
- Охлаждение водой металлических деталей, которые нагреваются в процессе механической обработки;
- Вода является одним из самых эффективных средств пожаротушения. Во время контакта с пламенем она превращаясь пар, отнимает большое количество теплоты у горящих материалов;
- Скорость тушения пламени дополнительно повышает водяной пар, который обволакивая горящий предмет, препятствует поступлению кислорода, без которого горение прекращается. Кстати, огонь эффективнее тушить горячей водой, так как у горячей воды образование пара произойдет быстрее;
- В районах проживания, расположенных рядом с большими водоемами (морем или океаном) летом не бывает слишком жарко, а зимы не очень холодные. В течение лета вода, нагреваясь, накапливает большое количество тепла. А зимой происходит медленное (из-за большой теплоемкости) остывание, что и является причиной мягкого зимнего климата приморских городов.
