Tällä oppitunnilla opimme laskemaan lämpömäärän, joka tarvitaan kehon lämmittämiseen tai sen vapauttamiseen sen jäähtyessä. Tätä varten teemme yhteenvedon edellisillä tunneilla hankituista tiedoista.
Lisäksi opimme käyttämään lämpömäärän kaavaa ilmaisemaan jäljellä olevat suuret tästä kaavasta ja laskemaan ne, tietäen muita suureita. Pohditaan myös esimerkkiä ongelmasta, jossa on ratkaisu lämmön määrän laskemiseen.
Tämä oppitunti on omistettu lämmön määrän laskemiseen, kun keho kuumenee tai vapautuu siitä jäähtyessään.
Kyky laskea vaadittava määrä lämpö on erittäin tärkeää. Tämä voi olla tarpeen esimerkiksi laskettaessa lämpömäärää, joka on annettava veteen huoneen lämmittämiseksi.
Riisi. 1. Lämmön määrä, joka on ilmoitettava veteen huoneen lämmittämiseksi
Tai laskea lämpömäärä, joka vapautuu, kun polttoainetta poltetaan eri moottoreissa:
Riisi. 2. Lämmön määrä, joka vapautuu, kun polttoainetta poltetaan moottorissa
Tätä tietoa tarvitaan myös esimerkiksi Auringon vapauttaman ja Maahan osuvan lämpömäärän määrittämiseen:
Riisi. 3. Auringon vapauttaman ja maan päälle putoavan lämmön määrä
Lämmön määrän laskemiseksi sinun on tiedettävä kolme asiaa (kuva 4):
- ruumiinpaino (joka voidaan yleensä mitata vaa'alla);
- lämpötilaero, jolla kehoa on lämmitettävä tai jäähdytettävä (mitataan yleensä lämpömittarilla);
- kehon ominaislämpökapasiteetti (joka voidaan määrittää taulukosta).
Riisi. 4. Mitä sinun on tiedettävä määrittääksesi
Kaava lämpömäärän laskemiseksi on seuraava:
Tämä kaava sisältää seuraavat määrät:
Lämmön määrä, mitattuna jouleina (J);
Aineen ominaislämpökapasiteetti mitattuna;
- lämpötilaero, mitattuna Celsius-asteina ().
Harkitse lämmön määrän laskemisen ongelmaa.
Tehtävä
Kuparilasi, jonka massa on grammaa, sisältää yhden litran vettä lämpötilassa . Kuinka paljon lämpöä on siirrettävä vesilasiin, jotta sen lämpötila tulee yhtä suureksi kuin ?
Riisi. 5. Kuva ongelman tilasta
Ensin kirjoitamme lyhyen ehdon ( Annettu) ja muuntaa kaikki suureet kansainväliseen järjestelmään (SI).
|
Annettu: |
SI |
|
|
Löytö: |
Ratkaisu:
Ensin määritetään, mitä muita määriä tarvitsemme tämän ongelman ratkaisemiseksi. Ominaislämpökapasiteettitaulukon (Taulukko 1) mukaan löydämme (kuparin ominaislämpökapasiteetti, koska lasi on ehdon mukaan kuparia), (veden ominaislämpökapasiteetti, koska ehdon mukaan lasissa on vettä). Lisäksi tiedämme, että lämpömäärän laskemiseksi tarvitsemme vesimassan. Ehdon mukaan meille annetaan vain tilavuus. Siksi otamme veden tiheyden taulukosta: (Taulukko 2).
Tab. 1. Joidenkin aineiden ominaislämpökapasiteetti,
Tab. 2. Joidenkin nesteiden tiheydet
Nyt meillä on kaikki mitä tarvitsemme tämän ongelman ratkaisemiseksi.
Huomaa, että kokonaislämmön määrä koostuu kuparilasin lämmittämiseen tarvittavan lämpömäärän ja siinä olevan veden lämmittämiseen tarvittavan lämpömäärän summasta:
Laskemme ensin kuparilasin lämmittämiseen tarvittavan lämpömäärän:
Ennen kuin laskemme veden lämmittämiseen tarvittavan lämpömäärän, laskemme vesimassan meille luokasta 7 tutulla kaavalla:
Nyt voimme laskea:
Sitten voimme laskea:
Muista mitä se tarkoittaa: kilojoulea. Etuliite "kilo" tarkoittaa 
.
Vastaus:.
Lämpömäärän (niin sanotut suorat ongelmat) ja tähän käsitteeseen liittyvien määrien löytämiseen liittyvien ongelmien ratkaisemisen helpottamiseksi voit käyttää seuraavaa taulukkoa.
|
Haluttu arvo |
Nimitys |
Yksiköt |
Peruskaava |
Määrän kaava |
|
Lämmön määrä |
Käsite lämmön määrästä muodostui modernin fysiikan kehityksen alkuvaiheessa, jolloin ei ollut selkeitä käsityksiä aineen sisäisestä rakenteesta, siitä, mitä energia on, mitä energiamuotoja luonnossa on olemassa ja energiasta aineen liikkeen ja muuntumisen muoto.
Lämmön määrä on fyysinen määrä vastaa materiaalikappaleeseen lämmönvaihtoprosessissa siirtyvää energiaa.
Lämmön määrän vanhentunut yksikkö on kalori, joka on 4,2 J, nykyään tätä yksikköä ei käytännössä käytetä, ja joule on tullut tilalle.
Aluksi oletettiin, että lämpöenergian kantaja on jokin täysin painoton väliaine, jolla on nesteen ominaisuuksia. Lukuisia lämmönsiirron fyysisiä ongelmia on ratkaistu ja ratkaistaan edelleen tämän lähtökohdan perusteella. Hypoteettisen kaloriarvon olemassaolo otettiin perustaksi monille oleellisesti oikeille rakenteille. Uskottiin, että kaloreita vapautuu ja imeytyy kuumenemisen ja jäähdytyksen, sulamisen ja kiteytymisen ilmiöissä. Oikeat yhtälöt lämmönsiirtoprosesseille saatiin vääristä fysikaalisista käsitteistä. On tunnettu laki, jonka mukaan lämmön määrä on suoraan verrannollinen lämmönvaihdossa mukana olevan kehon massaan ja lämpötilagradienttiin:
Missä Q on lämmön määrä, m on kappaleen massa ja kerroin Kanssa- ominaislämpökapasiteetiksi kutsuttu määrä. Ominaislämpökapasiteetti on prosessiin osallistuvan aineen ominaisuus.
Työskentele termodynamiikassa
Lämpöprosessien seurauksena voidaan suorittaa puhtaasti mekaanista työtä. Esimerkiksi kuumennettaessa kaasu lisää tilavuuttaan. Otetaan tilanne kuten alla olevassa kuvassa:
Tässä tapauksessa mekaaninen työ on yhtä suuri kuin mäntään kohdistuva kaasun painevoima kerrottuna männän paineen alaisena kulkemalla reitillä. Tämä on tietysti yksinkertaisin tapaus. Mutta jopa siinä voidaan havaita yksi vaikeus: painevoima riippuu kaasun tilavuudesta, mikä tarkoittaa, että emme ole tekemisissä vakioiden, vaan muuttujien kanssa. Koska kaikki kolme muuttujaa: paine, lämpötila ja tilavuus liittyvät toisiinsa, työn laskemisesta tulee paljon monimutkaisempaa. On olemassa joitain ihanteellisia, äärettömän hitaita prosesseja: isobaarisia, isotermisiä, adiabaattisia ja isokorisia - joille tällaiset laskelmat voidaan suorittaa suhteellisen yksinkertaisesti. Paineen ja tilavuuden käyrä piirretään, ja työ lasketaan muodon integraalina.
>>Fysiikka: Kehon lämmittämiseen tarvittavan ja jäähtymisen aikana vapautuvan lämpömäärän laskeminen
Jotta voimme oppia laskemaan kehon lämmittämiseen tarvittavan lämmön määrän, määritämme ensin, mistä määristä se riippuu.
Edellisestä kappaleesta tiedämme jo, että tämä lämpömäärä riippuu aineesta, josta keho koostuu (eli sen ominaislämpökapasiteetista):
Q riippuu c:stä
Mutta siinä ei vielä kaikki.
Jos haluamme lämmittää veden kattilassa niin, että se tulee vain lämpimäksi, emme lämmitä sitä pitkään. Ja jotta vesi kuumenee, lämmitämme sitä pidempään. Mutta mitä kauemmin vedenkeitin on kosketuksessa lämmittimeen, sitä enemmän lämpöä se saa siitä.
Siksi mitä enemmän kehon lämpötila muuttuu lämmityksen aikana, sitä enemmän lämpöä on siirrettävä siihen.
Olkoon kehon alkulämpötila yhtä suuri kuin tini ja lopullinen lämpötila - tfin. Sitten kehon lämpötilan muutos ilmaistaan erolla:
Lopulta kaikki tietävät sen lämmitys Esimerkiksi 2 kg vettä vie enemmän aikaa (ja siten enemmän lämpöä) kuin 1 kg vettä lämmittää. Tämä tarkoittaa, että kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä riippuu kehon massasta:
Joten lämpömäärän laskemiseksi sinun on tiedettävä sen aineen ominaislämpökapasiteetti, josta keho on valmistettu, tämän kappaleen massa ja ero sen lopullisen ja alkulämpötilan välillä.
Olkoon esimerkiksi tarpeen määrittää, kuinka paljon lämpöä tarvitaan 5 kg painavan rautaosan lämmittämiseen edellyttäen, että sen alkulämpötila on 20 °C ja loppulämpötila 620 °C.
Taulukosta 8 havaitaan, että raudan ominaislämpökapasiteetti on c = 460 J/(kg°C). Tämä tarkoittaa, että 1 kilon rautaa kuumennetaan 1 °C:lla 460 J.
5 kilon rautaa lämmittämiseen 1 °C:lla tarvitaan 5-kertainen lämpömäärä, ts. 460 J * 5 = 2300 J.
Ei lämmittää rautaa 1 °C:lla, vaan A t \u003d 600 °C, tarvitaan vielä 600 kertaa enemmän lämpöä, eli 2300 J X 600 \u003d 1 380 000 J. Täsmälleen sama (modulo) lämpömäärä vapautuu, kun tämä rauta jäähtyy 620 °C:sta 20 °C:seen.
Joten löytääksesi kehon lämmittämiseen tarvittavan tai sen jäähdytyksen aikana vapauttaman lämpömäärän, sinun on kerrottava kehon ominaislämpö sen massalla ja sen lopullisen ja alkulämpötilan erolla: 
??? 1. Anna esimerkkejä siitä, että kehon kuumennettaessa vastaanottama lämmön määrä riippuu sen massan ja lämpötilan muutoksesta. 2. Millä kaavalla mitataan kehon lämmittämiseen tarvittava tai sen aikana vapautuva lämpömäärä? jäähdytys?
S.V. Gromov, N.A. Isänmaa, fysiikka luokka 8
Internet-sivustojen lukijoiden lähettämät
Tehtävä ja vastaukset fysiikasta luokittain, lataa fysiikan abstraktit, fysiikan oppituntien suunnittelu luokka 8, kaikki oppilaan tunneille valmistautumiseen, fysiikan tuntisuunnitelma, fysiikan testit verkossa, kotitehtävät ja työt
Oppitunnin sisältö oppitunnin yhteenveto tukikehys oppituntiesitys kiihdyttävät menetelmät interaktiiviset tekniikat Harjoitella tehtävät ja harjoitukset itsetutkiskelu työpajat, koulutukset, tapaukset, tehtävät kotitehtävät keskustelukysymykset opiskelijoiden retoriset kysymykset Kuvituksia ääni, videoleikkeet ja multimedia valokuvat, kuvat grafiikka, taulukot, kaaviot huumori, anekdootit, vitsit, sarjakuvavertaukset, sanonnat, ristisanatehtävät, lainaukset Lisäosat abstrakteja artikkelit sirut uteliaisiin huijausarkkeihin oppikirjat perus- ja lisäsanasto muut Oppikirjojen ja oppituntien parantaminenkorjata oppikirjan virheet päivittää oppikirjan fragmentti innovaation elementtejä oppitunnilla vanhentuneen tiedon korvaaminen uudella Vain opettajille täydellisiä oppitunteja kalenterisuunnitelma vuodelle ohjeita keskusteluohjelmia Integroidut oppitunnit(tai lämmönsiirto).
Aineen ominaislämpökapasiteetti.
Lämpökapasiteetti on lämpömäärä, jonka keho absorboi 1 asteen kuumennettaessa.
Rungon lämpökapasiteetti ilmoitetaan isolla latinalaiskirjaimella FROM.
Mikä määrittää kehon lämpökapasiteetin? Ensinnäkin sen massasta. On selvää, että esimerkiksi 1 kilogramman vettä lämmittäminen vaatii enemmän lämpöä kuin 200 gramman lämmittäminen.
Entä aineen tyyppi? Tehdään kokeilu. Otetaan kaksi identtistä astiaa ja kaatamalla yhteen niistä 400 g painavaa vettä ja toiseen 400 g kasviöljyä, alamme lämmittää niitä identtisten polttimien avulla. Tarkkailemalla lämpömittareiden lukemia näemme, että öljy lämpenee nopeasti. Veden ja öljyn lämmittämiseksi samaan lämpötilaan vettä on lämmitettävä pidempään. Mutta mitä kauemmin lämmitämme vettä, sitä enemmän lämpöä se saa polttimesta.
Siten lämmittää samaa massaa erilaisia aineita samaan lämpötilaan asti tarvitaan eri lämpömäärä. Kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä ja siten sen lämpökapasiteetti riippuvat siitä, millaisesta aineesta tämä kappale koostuu.
Joten esimerkiksi 1 kg:n painoisen veden lämpötilan nostamiseksi 1 °C:lla tarvitaan 4200 J:n suuruinen lämpömäärä ja saman massan auringonkukkaöljyn lämmittämiseen 1 °C:lla määrä tarvitaan lämpöä 1700 J.
Fysikaalista määrää, joka osoittaa, kuinka paljon lämpöä tarvitaan 1 kg:n aineen lämmittämiseen 1 ºС:lla ominaislämpö tämä aine.
Jokaisella aineella on oma ominaislämpökapasiteettinsa, joka on merkitty latinalaisella kirjaimella c ja mitataan jouleina kilogrammaa kohti (J / (kg ° C)).
Saman aineen ominaislämpökapasiteetti eri aggregaattitiloissa (kiinteä, nestemäinen ja kaasumainen) on erilainen. Esimerkiksi veden ominaislämpökapasiteetti on 4200 J/(kg ºС) ja jään ominaislämpökapasiteetti on 2100 J/(kg ºС); alumiinin ominaislämpökapasiteetti kiinteässä tilassa on 920 J/(kg - °C) ja nestemäisessä tilassa 1080 J/(kg - °C).
Huomaa, että veden ominaislämpökapasiteetti on erittäin korkea. Siksi merien ja valtamerten vesi, joka lämpenee kesällä, imeytyy ilmasta suuri määrä lämpöä. Tästä johtuen paikoissa, jotka sijaitsevat suurten vesistöjen lähellä, kesä ei ole yhtä kuuma kuin paikoissa, jotka sijaitsevat kaukana vedestä.
Kehon lämmittämiseen tarvittavan tai siitä jäähtyessään vapautuvan lämpömäärän laskeminen.
Edellä olevan perusteella on selvää, että kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä riippuu siitä, minkä aineen tyypistä keho koostuu (eli sen ominaislämpökapasiteetista) ja kehon massasta. On myös selvää, että lämmön määrä riippuu siitä, kuinka monta astetta aiomme nostaa kehon lämpötilaa.
Joten, jotta voit määrittää kehon lämmittämiseen tarvittavan tai sen jäähdytyksen aikana vapauttaman lämmön määrän, sinun on kerrottava kehon ominaislämpö sen massalla ja sen lopullisen ja alkulämpötilan erolla:
K = cm (t 2 - t 1 ) ,
missä K- lämmön määrä, c on ominaislämpökapasiteetti, m- kehomassa , t 1 -alkulämpötila, t 2 on lopullinen lämpötila.
Kun keho kuumenee t 2 > t 1 ja siten K > 0 . Kun vartalo on jäähtynyt t 2 ja< t 1 ja siten K< 0 .
Jos tiedetään koko kehon lämpökapasiteetti FROM, K määräytyy kaavalla:
Q \u003d C (t 2 - t 1 ) .
Käytännössä käytetään usein lämpölaskelmia. Esimerkiksi rakennuksia rakennettaessa on otettava huomioon, kuinka paljon lämpöä koko lämmitysjärjestelmän tulee antaa rakennukselle. Sinun tulisi myös tietää kuinka paljon lämpöä menee ympäröivään tilaan ikkunoiden, seinien, ovien kautta.
Näytämme esimerkein, kuinka yksinkertaisimmat laskelmat suoritetaan.
Joten sinun on selvitettävä, kuinka paljon lämpöä kupariosa sai kuumennettaessa. Sen massa on 2 kg ja lämpötila nousi 20 °C:sta 280 °C:seen. Ensin määritetään taulukon 1 mukaan kuparin ominaislämpökapasiteetti m = 400 J / kg ° C). Tämä tarkoittaa, että 1 kg painavan kupariosan lämmittämiseen 1 °C:lla kuluu 400 J. 2 kg painavan kupariosan lämmittämiseen 1 °C:lla tarvitaan 2 kertaa enemmän lämpöä - 800 J. Kupariosan lämpötilan on oltava nostetaan yli 1 °C ja 260 °C, se tarkoittaa, että tarvitaan 260 kertaa enemmän lämpöä, eli 800 J 260 \u003d 208 000 J.
Jos merkitsemme massaa m, erotuksen loppulämpötilan (t 2) ja alkulämpötilan (t 1) välillä - t 2 - t 1, saadaan kaava lämmön määrän laskemiseksi:
Q \u003d cm (t 2 - t 1).
Esimerkki 1. 5 kg painava rautakattila täytetään 10 kg painoisella vedellä. Kuinka paljon lämpöä on siirrettävä kattilaan veden kanssa, jotta niiden lämpötila muuttuisi 10 °C:sta 100 °C:seen?
Ongelmaa ratkaistaessa on otettava huomioon, että molemmat rungot - sekä kattila että vesi - lämmitetään yhdessä. Lämmönvaihto tapahtuu niiden välillä. Niiden lämpötiloja voidaan pitää samoina, eli kattilan ja veden lämpötila muuttuu 100 °C - 10 °C = 90 °C. Mutta kattilan ja veden vastaanottamat lämmön määrät eivät ole samat. Loppujen lopuksi niiden massat ja ominaislämpökapasiteetit ovat erilaisia.
Veden lämmitys kattilassa
Esimerkki 2. Sekoitettu vesi, joka painaa 0,8 kg, jonka lämpötila on 25 ° C, ja vesi, jonka lämpötila on 100 ° C, paino 0,2 kg. Saadun seoksen lämpötila mitattiin ja sen havaittiin olevan 40 °C. Laske kuinka paljon lämpöä lämmin vesi luovutti jäähtyessään ja kylmä vesi sai lämmitettäessä. Vertaa näitä lämpömääriä.
Kirjataan ylös ongelman tila ja ratkaistaan se.
Näemme, että kuuman veden luovuttaman lämmön määrä ja vastaanotetun lämmön määrä kylmä vesi, ovat keskenään samanarvoisia. Tämä ei ole satunnainen tulos. Kokemus osoittaa, että jos lämmönvaihto tapahtuu kappaleiden välillä, niin sisäinen energia Kaikkien lämmityskappaleiden määrä kasvaa yhtä paljon kuin jäähdytyskappaleiden sisäinen energia vähenee.
Kokeita tehtäessä yleensä käy ilmi, että kuuman veden luovuttama energia on suurempi kuin kylmän veden vastaanottama energia. Tämä selittyy sillä, että osa energiasta siirtyy ympäröivään ilmaan ja osa energiasta astiaan, jossa vesi sekoitettiin. Annettujen ja vastaanotettujen energioiden yhtäläisyys on sitä tarkempi, mitä vähemmän energian hukkaa kokeessa sallitaan. Jos lasket ja otat nämä tappiot huomioon, yhtäläisyys on tarkka.
Kysymyksiä
- Mitä sinun on tiedettävä, jotta voit laskea kehon kuumennettaessa vastaanottaman lämmön määrän?
- Selitä esimerkin avulla, kuinka kehoon lämmitettäessä tai jäähtyessään vapautuva lämmön määrä lasketaan.
- Kirjoita kaava lämmön määrän laskemiseksi.
- Mitä johtopäätöksiä voidaan tehdä kylmän ja kuuman veden sekoittamisesta? Miksi nämä energiat eivät ole käytännössä samat?
Harjoitus 8
- Kuinka paljon lämpöä tarvitaan nostamaan 0,1 kg veden lämpötilaa 1 °C:lla?
- Laske lämpömäärä, joka tarvitaan lämmittämään: a) 1,5 kg painava valurauta muuttaakseen lämpötilaansa 200 °C; b) alumiinilusikka, joka painaa 50 g 20 - 90 °C:ssa; c) 2 tonnia painava tiilitakka 10 - 40 °C.
- Kuinka paljon lämpöä vapautuu 20 litraa tilavuudeltaan olevan veden jäähtyessä, jos lämpötila muuttuu 100:sta 50 °C:seen?
