U ovoj lekciji naučit ćemo kako izračunati količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili njegovo oslobađanje kada se ohladi. Da bismo to učinili, rezimirati ćemo znanje koje smo stekli u prethodnim lekcijama.

Osim toga, naučit ćemo kako koristiti formulu za količinu topline da izrazimo preostale količine iz ove formule i izračunamo ih, znajući druge količine. Razmotrit će se i primjer zadatka sa rješenjem za izračunavanje količine topline.

Ova lekcija je posvećena izračunavanju količine toplote kada se telo zagreje ili otpusti kada se ohladi.

Sposobnost izračunavanja potreban iznos toplina je veoma bitna. Ovo može biti potrebno, na primjer, kada se izračuna količina topline koja se mora predati vodi za zagrijavanje prostorije.

Rice. 1. Količina topline koja se mora prijaviti vodi za zagrijavanje prostorije

Ili da izračunate količinu topline koja se oslobađa kada se gorivo sagorijeva u različitim motorima:

Rice. 2. Količina topline koja se oslobađa kada se gorivo sagorijeva u motoru

Također, ovo znanje je potrebno, na primjer, za određivanje količine topline koju Sunce oslobađa i udara u Zemlju:

Rice. 3. Količina toplote koju oslobađa Sunce i pada na Zemlju

Da biste izračunali količinu toplote, morate znati tri stvari (slika 4):

• tjelesna težina (koja se obično može mjeriti vagom);
• temperaturna razlika kojom je potrebno zagrijati tijelo ili ga ohladiti (obično se mjeri termometrom);
• specifični toplotni kapacitet tela (koji se može utvrditi iz tabele).

Rice. 4. Šta trebate znati da biste utvrdili

Formula za izračunavanje količine toplote je sljedeća:

Ova formula sadrži sljedeće količine:

Količina topline, mjerena u džulima (J);

Specifični toplinski kapacitet tvari, mjeren u;

- temperaturna razlika, mjerena u stepenima Celzijusa ().

Razmotrite problem izračunavanja količine topline.

Zadatak

Bakarna čaša mase grama sadrži vodu zapremine jedan litar na temperaturi od . Koliko topline treba prenijeti čaši vode da bi njena temperatura postala jednaka ?

Rice. 5. Ilustracija stanja problema

Prvo napišemo kratak uslov ( Dato) i pretvoriti sve količine u međunarodni sistem (SI).

Dato:	SI
Nađi:

Rješenje:

Prvo odredimo koje su nam druge količine potrebne da riješimo ovaj problem. Prema tabeli specifičnog toplotnog kapaciteta (tabela 1) nalazimo (specifični toplotni kapacitet bakra, pošto je po uslovu staklo bakar), (specifični toplotni kapacitet vode, pošto po uslovu ima vode u čaši). Osim toga, znamo da nam je za izračunavanje količine topline potrebna masa vode. Po uslovu nam je data samo zapremina. Stoga gustinu vode uzimamo iz tabele: (Tabela 2).

Tab. 1. Specifični toplotni kapacitet nekih supstanci,

Tab. 2. Gustine nekih tečnosti

Sada imamo sve što nam je potrebno da riješimo ovaj problem.

Imajte na umu da će se ukupna količina topline sastojati od zbira količine topline potrebne za zagrijavanje bakrenog stakla i količine topline potrebne za zagrijavanje vode u njemu:

Prvo izračunamo količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bakrenog stakla:

Prije izračunavanja količine topline potrebne za zagrijavanje vode, izračunavamo masu vode koristeći formulu koja nam je poznata iz 7. razreda:

Sada možemo izračunati:

Tada možemo izračunati:

Prisjetite se šta to znači: kilodžuli. Prefiks "kilo" znači .

odgovor:.

Za praktičnost rješavanja problema nalaženja količine topline (tzv. direktni problemi) i veličina povezanih s ovim konceptom, možete koristiti sljedeću tabelu.

Željena vrijednost	Oznaka	Jedinice	Osnovna formula	Formula za količinu
Količina toplote

Koncept količine toplote formiran je u ranim fazama razvoja moderne fizike, kada nije bilo jasnih ideja o unutrašnjoj strukturi materije, o tome šta je energija, o tome koji oblici energije postoje u prirodi i o energiji kao oblik kretanja i transformacije materije.

Količina toplote je fizička količina ekvivalentno energiji koja se prenosi na materijalno tijelo u procesu razmjene topline.

Zastarjela jedinica za količinu topline je kalorija, jednaka 4,2 J, danas se ova jedinica praktički ne koristi, a njeno mjesto je zauzeo džul.

U početku se pretpostavljalo da je nosilac toplotne energije neki potpuno bestežinski medij koji ima svojstva tečnosti. Na osnovu ove premise rješavaju se i još uvijek se rješavaju brojni fizički problemi prijenosa topline. Postojanje hipotetičke kalorije uzeto je kao osnova za mnoge suštinski ispravne konstrukcije. Vjerovalo se da se kalorija oslobađa i apsorbira u fenomenima zagrijavanja i hlađenja, topljenja i kristalizacije. Ispravne jednačine za procese prijenosa topline dobivene su iz netačnih fizičkih koncepata. Poznat je zakon prema kojem je količina topline direktno proporcionalna masi tijela uključenog u izmjenu topline i temperaturnom gradijentu:

Gdje je Q količina topline, m je masa tijela i koeficijent With- količina koja se zove specifični toplotni kapacitet. Specifični toplinski kapacitet je karakteristika tvari uključene u proces.

Rad u termodinamici

Kao rezultat termičkih procesa, može se izvesti čisto mehanički rad. Na primjer, kada se zagrije, plin povećava svoj volumen. Uzmimo situaciju kao na slici ispod:

U ovom slučaju, mehanički rad će biti jednak sili pritiska plina na klip pomnoženoj s putanjom koju klip pređe pod pritiskom. Naravno, ovo je najjednostavniji slučaj. Ali i u njemu se može uočiti jedna poteškoća: sila pritiska zavisiće od zapremine gasa, što znači da nemamo posla sa konstantama, već sa varijablama. Pošto su sve tri varijable: pritisak, temperatura i zapremina međusobno povezane, proračun rada postaje mnogo komplikovaniji. Postoje neki idealni, beskonačno spori procesi: izobarični, izotermni, adijabatski i izohorni - za koje se takvi proračuni mogu izvesti relativno jednostavno. Nacrtana je dijagram pritiska u odnosu na zapreminu, a rad se računa kao integral forme.

>>Fizika: Izračunavanje količine toplote potrebne da se zagreje telo i koje ono oslobađa tokom hlađenja

Da bismo naučili kako izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela, prvo utvrđujemo o kojim količinama ona ovisi.
Iz prethodnog paragrafa već znamo da ova količina toplote zavisi od vrste supstance od koje se telo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta):
Q zavisi od c
Ali to nije sve.

Ako želimo vodu u kotliću zagrijati tako da bude samo topla, onda je nećemo dugo grijati. A da bi voda postala vruća, grijaćemo je duže. Ali što je čajnik duže u kontaktu s grijačem, to će više topline dobiti od njega.

Dakle, što se temperatura tela više menja tokom zagrevanja, to mu se više toplote mora preneti.

Neka je početna temperatura tijela jednaka tini, a konačna temperatura - tfin. Tada će se promjena tjelesne temperature izraziti razlikom:

Konačno, svi to znaju za grijanje, na primjer, za 2 kg vode potrebno je više vremena (a samim tim i više topline) nego što je potrebno za zagrijavanje 1 kg vode. To znači da količina toplote potrebna za zagrevanje tela zavisi od mase tog tela:

Dakle, da biste izračunali količinu topline, morate znati specifični toplinski kapacitet tvari od koje je tijelo napravljeno, masu ovog tijela i razliku između njegove krajnje i početne temperature.

Neka je, na primjer, potrebno odrediti koliko je topline potrebno za zagrijavanje željeznog dijela mase 5 kg, s tim da je njegova početna temperatura 20 °C, a konačna temperatura 620 °C.

Iz tabele 8 nalazimo da je specifični toplotni kapacitet gvožđa c = 460 J/(kg°C). To znači da je za zagrijavanje 1 kg željeza za 1 °C potrebno 460 J.
Za zagrevanje 5 kg gvožđa za 1 °C potrebna je 5 puta veća količina toplote, tj. 460 J * 5 = 2300 J.

Zagrijati željezo ne za 1 °C, već za A t \u003d 600 ° C, bit će potrebno još 600 puta više topline, tj. 2300 J X 600 = 1 380 000 J. Tačno ista (modulo) količina topline će se osloboditi kada se ovo željezo ohladi sa 620 na 20 ° C.

Dakle, da biste pronašli količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove krajnje i početne temperature:

??? 1. Navedite primjere koji pokazuju da količina topline koju primi tijelo pri zagrijavanju zavisi od njegove mase i promjene temperature. 2. Po kojoj formuli je količina toplote potrebna da se zagreje telo ili kada se ono oslobađa hlađenje?

S.V. Gromov, N.A. Otadžbina, fizika 8 razred

Dostavili čitaoci sa internet stranica

Zadaci i odgovori iz fizike po razredima, preuzimanje sažetaka iz fizike, planiranje časova fizike 8. razred, sve za pripremu učenika za nastavu, plan časa iz fizike, testovi iz fizike online, domaći i radni

Sadržaj lekcije sažetak lekcije podrška okvir prezentacije lekcije akcelerativne metode interaktivne tehnologije Vježbajte zadaci i vježbe samoispitivanje radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća diskusija pitanja retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video i multimedija fotografije, slike grafike, tabele, šeme humor, anegdote, vicevi, strip parabole, izreke, ukrštene reči, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale cheat sheets udžbenici osnovni i dodatni glosar pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i lekcijaispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjenom zastarjelih znanja novim Samo za nastavnike savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice diskusioni programi Integrisane lekcije

(ili prenos toplote).

Specifični toplotni kapacitet supstance.

Toplotni kapacitet je količina toplote koju tijelo apsorbira kada se zagrije za 1 stepen.

Toplotni kapacitet tijela je označen velikim latiničnim slovom WITH.

Šta određuje toplotni kapacitet tela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će za zagrijavanje, na primjer, 1 kilogram vode potrebno više topline nego za zagrijavanje 200 grama.

Šta je sa vrstom supstance? Hajde da napravimo eksperiment. Uzmimo dvije identične posude i, ulivši u jednu vodu težine 400 g, a u drugu biljno ulje od 400 g, počet ćemo ih zagrijavati uz pomoć identičnih plamenika. Posmatrajući očitavanja termometara, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, voda se mora zagrijavati duže. Ali što duže zagrijavamo vodu, to više topline prima od gorionika.

Dakle, zagrejati istu masu različite supstance do iste temperature potrebna je druga količina topline. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela i, shodno tome, njegov toplinski kapacitet zavise od vrste tvari od koje se ovo tijelo sastoji.

Tako, na primjer, za povećanje temperature vode mase 1 kg za 1 °C potrebna je količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1 °C potrebna je količina potrebna je toplota jednaka 1700 J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je toplote potrebno da se 1 kg supstance zagreje za 1 ºS naziva se specifična toplota ovu supstancu.

Svaka tvar ima svoj specifični toplinski kapacitet, koji je označen latiničnim slovom c i mjeri se u džulima po kilogram-stepenu (J/(kg°C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (čvrsto, tekuće i plinovito) je različit. Na primer, specifični toplotni kapacitet vode je 4200 J/(kg ºS), a specifični toplotni kapacitet leda je 2100 J/(kg ºS); aluminijum u čvrstom stanju ima specifični toplotni kapacitet od 920 J/(kg - °C), au tečnom stanju 1080 J/(kg - °C).

Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Zbog toga voda u morima i okeanima, zagrijavajući se ljeti, upija iz zraka veliki broj toplota. Zbog toga, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih površina, ljeto nije tako vruće kao na mjestima udaljenim od vode.

Izračunavanje količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koje ono oslobađa tijekom hlađenja.

Iz prethodnog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela zavisi od vrste tvari od koje se tijelo sastoji (tj. njegovog specifičnog toplotnog kapaciteta) i od mase tijela. Takođe je jasno da količina toplote zavisi od toga za koliko stepeni ćemo povećati temperaturu tela.

Dakle, da biste odredili količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifičnu toplinu tijela s njegovom masom i razlikom između njegove krajnje i početne temperature:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Gdje Q- količina toplote, c je specifični toplotni kapacitet, m- tjelesna masa, t 1 - početna temperatura, t 2 je konačna temperatura.

Kada se telo zagreje t 2 > t 1 i stoga Q > 0 . Kada se telo ohladi t 2and< t 1 i stoga Q< 0 .

Ako je poznat toplotni kapacitet cijelog tijela WITH, Q određuje se formulom:

Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .

U praksi se često koriste termički proračuni. Na primjer, prilikom izgradnje objekata potrebno je voditi računa o tome koliko topline cijeli sistem grijanja treba dati zgradi. Treba znati i koliko će toplote ući u okolni prostor kroz prozore, zidove, vrata.

Na primjerima ćemo pokazati kako izvršiti najjednostavnije proračune.

Dakle, morate saznati koliko topline je bakreni dio dobio kada se zagrije. Njegova masa je 2 kg, a temperatura je porasla sa 20 na 280 °C. Prvo, prema tabeli 1, određujemo specifični toplotni kapacitet bakra sa m = 400 J/kg°C). To znači da je potrebno 400 J za zagrijavanje bakrenog dijela težine 1 kg za 1 °C. Za zagrijavanje bakrenog dijela težine 2 kg za 1 °C potrebno je 2 puta više topline - 800 J. Temperatura bakrenog dijela mora povećati za više od 1 °C, a za 260 °C, to znači da će biti potrebno 260 puta više topline, tj. 800 J 260 = 208 000 J.

Ako označimo masu m, razliku između konačne (t 2) i početne (t 1) temperature - t 2 - t 1 dobijamo formulu za izračunavanje količine topline:

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

Primjer 1. Gvozdeni kotao mase 5 kg napunjen je vodom mase 10 kg. Koliko toplote treba preneti kotao sa vodom da bi se njihova temperatura promenila sa 10 na 100 °C?

Prilikom rješavanja problema mora se uzeti u obzir da će se oba tijela - i kotao i voda - grijati zajedno. Između njih se odvija izmjena toplote. Njihove temperature se mogu smatrati istim, odnosno temperatura kotla i vode se mijenja za 100 °C - 10 °C = 90 °C. Ali količine topline koje primaju kotao i voda neće biti iste. Uostalom, njihove mase i specifični toplinski kapaciteti su različiti.

Grijanje vode u kotliću

Primjer 2. Mješovita voda težine 0,8 kg, temperature 25°C i vode temperature 100°C, težine 0,2 kg. Izmjerena je temperatura dobivene smjese i utvrđeno je da je 40°C. Izračunajte koliko je toplote topla voda dala kada se ohladila, a hladna dobila kada se zagrejala. Uporedite ove količine toplote.

Zapišimo stanje problema i riješimo ga.

Vidimo da je količina toplote koju daje topla voda i količina primljene toplote hladnom vodom, jednake su jedna drugoj. Ovo nije slučajan rezultat. Iskustvo pokazuje da ako dođe do razmene toplote između tela, onda unutrašnja energija svih grijaćih tijela raste za onoliko koliko se smanjuje unutrašnja energija rashladnih tijela.

Prilikom provođenja eksperimenata obično se ispostavi da je energija koju daje topla voda veća od energije koju prima hladna voda. To se objašnjava činjenicom da se dio energije prenosi u okolni zrak, a dio energije prenosi u posudu u kojoj se miješala voda. Jednakost date i primljene energije biće točnija, što je manji gubitak energije dozvoljen u eksperimentu. Ako izračunate i uzmete u obzir ove gubitke, tada će jednakost biti tačna.

Pitanja

1. Šta trebate znati da biste izračunali količinu topline koju tijelo primi kada se zagrije?
2. Objasnite na primjeru kako se izračunava količina topline koja se prenosi na tijelo kada se zagrije ili oslobađa kada se ohladi.
3. Napišite formulu za izračunavanje količine topline.
4. Kakav zaključak se može izvući iz iskustva miješanja hladne i tople vode? Zašto ove energije nisu jednake u praksi?

Vježba 8

1. Koliko je topline potrebno da bi se temperatura 0,1 kg vode podigla za 1°C?
2. Izračunajte količinu toplote koja je potrebna za zagrevanje: a) gvožđa od livenog gvožđa težine 1,5 kg da promeni temperaturu za 200 °C; b) aluminijumsku kašiku težine 50 g od 20 do 90 °C; c) zidani kamin od 2 tone od 10 do 40 °C.
3. Kolika je količina toplote koja se oslobađa pri hlađenju vode, čija je zapremina 20 litara, ako se temperatura promeni sa 100 na 50 °C?