Рабочая программа по физике 8 класс

Введение

Сегодня на уроке мы потренируемся в решении задач по теме «Тепловые явления». Мы решим несколько задач, в которых описаны агрегатные превращения веществ и тепловой баланс, а также процессы, связанные с влажностью и КПД. При решении задач мы будем придерживаться определенной схемы решения, которую можно применить к решению любой физической задачи:

  1. Проанализировать условие. Определить, какие процессы происходят.
  2. Определить закономерности, которым подчиняются происходящие процессы, записать эти закономерности в виде уравнений. Посмотреть на величины, входящие в эти формулы: определить, какие из них даны в условии, а какие нужно дополнительно выразить. При необходимости перевести величины в СИ.
  3. Математическая часть: решить полученную систему уравнений. Получить ответ, подставив численные значения переменных.

Приступим к решению задач и применим этот алгоритм на практике.

Задача 2 (электрический ток)

Рис. 2. Иллюстрация к задаче

Определить полный ток (сила тока, которую показывает амперметр) в схеме, если сопротивление первого резистора равно 2 Ом и напряжение на нём составляет 6 В, а сопротивление второго резистора равно 3 Ом (см. Рис. 2).

Дано:; ;

Найти:

Решение

Резисторы в данной схеме соединены между собой параллельно, следовательно, напряжение на втором резисторе также составляет 6 В.

Используя закон Ома для участка цепи, определим силу тока в каждом из этих сопротивлений (резисторов):

А

 А

При параллельном соединении проводников общая сила тока на участке цепи (полный ток) равна сумме сил токов, следовательно:

 А

Ответ: А

Задача 1

В металлической кружке находится 200 мл холодной воды при температуре 22 °С. В кружку доливают 100 мл теплой воды при температуре 40 °С. После этого температура кружки с водой становится равной 26 °С. По результатам этого эксперимента определите теплоемкость кружки. Теплообменом с окружающей средой пренебречь.

Анализ условия

В эксперименте участвуют три тела: холодная вода, теплая вода и кружка (см. рис. 1).

Рис. 1. Холодная вода, теплая вода и кружка

В процессе теплообмена между телами более горячее тело отдает тепло более холодному. Поэтому теплая вода однозначно будет отдавать тепло и остывать, а холодная – получать и нагреваться (см. рис. 2).

Рис. 2. Процесс теплообмена

А что с кружкой: она будет отдавать или получать тепло? В условии сказано, что в кружке уже находилась холодная вода. Значит, их начальные температуры равны и кружка будет нагреваться вместе с холодной водой, получая тепло.

В итоге температура изначально холодной, горячей воды и кружки выровняется, наступит тепловой баланс (см. рис. 3).

Рис. 3. Тепловой баланс

Теплообменом с окружающей средой, по условию, можно пренебречь, значит, переданное системе тепло равно 0.

Физическая часть решения

Запишем в виде уравнения, как передавалась теплота внутри рассматриваемой системы тел. Чтобы различать величины, относящиеся к разным телам, будем ставить соответствующие индексы: теплая вода отдаст  тепла, холодная вода получит  тепла, кружка получит  тепла. Запишем:

Такое уравнение часто называют уравнением теплового баланса.

Запишем количество теплоты для теплой и холодной воды.

Теплая вода отдаст тепла:

Холодная вода получит тепла:

 для кружки мы так не распишем: мы ничего не знаем ни о материале кружки, чтобы узнать удельную теплоемкость, ни о массе. В условии речь идет о теплоемкости кружки. Это величина, которую ввели для удобства. Удельную теплоемкость ввели как теплоту, которую нужно сообщить каждому килограмму вещества, чтобы нагреть его на 1 градус: . А просто теплоемкостью тела (не удельной) называют теплоту, которую нужно сообщить телу, чтобы нагреть его на один градус. Чаще всего теплоемкость обозначают большой буквой :

Иногда это удобно, как в случае с кружкой: нас не интересует материал и масса кружки, нам важно лишь, что она при нагревании на каждый градус поглощает столько-то джоулей теплоты. Закона физики здесь нет, величина введена для удобства и ее можно использовать при решении задач

Если разделить теплоемкость на массу, получим удельную теплоемкость:

 – данная формула связывает эти величины.

Возвращаясь к задаче, теплоту, полученную кружкой, запишем через теплоемкость: .

Анализируем величины, входящие в записанные формулы.

Удельную теплоемкость воды  можно найти по таблице: .

Массы теплой и холодной воды  и  не даны, но их можно узнать из объемов, они заданы. Помним, что плотность – это, по определению, масса единицы объема вещества, , поэтому:

Из таблицы: . В единицах измерения плотности видим , значит, и заданный объем нужно перевести в :

 – это разность конечной и начальной температуры тела, поэтому:

Вычисления делать будем в математической части решения, здесь же мы убедились, что все необходимые нам величины у нас есть и все уравнения, описывающие процесс, выписаны.

Математическая часть решения

Для удобства объяснения пронумеруем выписанные уравнения. Теперь осталось решить полученную систему уравнений и найти .

Подставим выражения 5–6 в уравнения 2–3:

Теперь подставим эти выражения в уравнение 1:

В полученном уравнении только одна неизвестная величина: . Выразим ее и найдем ее численное значение:

Ответ: теплоемкость кружки равна .

Задача об исследовании графика тепловых процессов

Пример 1. По указанному графику (рис. 1) определите участок этого графика, который соответствует конденсации вещества. Первоначально вещество находится в газообразном состоянии.

Рис. 1.

Решение. Как видно из графика, по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат – температура вещества.

В условии задачи указано, что некое вещество изначально находится в газообразном состоянии (в точке А), из графика можем сделать вывод, что из исходного состояния с течением времени происходит понижение температуры вещества в газообразном состоянии (до точки B). На участке BC, как видно, с течением времени не происходит изменения температуры, а это соответствует либо поддержанию вещества при постоянной температуре, либо агрегатному переходу. Поскольку в условии указано, что агрегатный переход (конденсация) осуществляется, а на графике горизонтальных участков больше нет, то BC соответствует процессу конденсации, о котором спрашивается в условии.

Если проанализировать график на остальных его участках, то на участке CD происходит остывание жидкости, а на DE – ее нагревание.

Ответ. Участок BC.

Задача 1 (электризация)

Как можно наэлектризовать тело? Варианты ответа:

А. Наэлектризовать тело можно только трением.

Б. Тело можно наэлектризовать только соприкосновением с другим заряженным телом.

В. Наэлектризовать тело можно только наведением.

Г. Правильными ответами являются все вышеперечисленные (А, Б, В).

Решение

Электризация – это разделение электрических зарядов при контакте двух или более тел. Существуют несколько видов электризации:

— трения (эксперимент, при котором бумажки начинают двигаться, если к ним поднести наэлектризованную палочку);

— соприкосновения (если одно тело, обладающее зарядом, поднести к другому незаряженному, то при соприкосновении электрический заряд от одного тела перейдёт к другому, таким образом, наэлектризуются оба тела);

— электризация наведением.

Рассмотрим электризацию наведением. Для этого возьмем линейку и положим ее на вершину железного стержня, на котором закреплен бумажный султан (султан представляет собой мелко нарезанные бумажные ленточки, перевязанные посредине) (см. Рис. 1), после этого прикоснемся к стержню, чтобы снять на нем заряд, и расправим полоски султана. Затем наэлектризуем стеклянную палочку трением о бумагу и подведем ее к линейке, результатом станет то, что линейка начнет вращаться на вершине железного стержня. При этом стеклянной палочкой прикасаться к линейке не следует. Это доказывает то, что существует электризация без непосредственного соприкосновения между телами – электризация наведением.

Рис. 1. Бумажный султан

Ответ: наэлектризовать тело можно трением, соприкосновением и наведением (вариант Г).

Презентация на тему: » 8 класс Решение задач по теме «Тепловые явления» МОУ СОШ 25 с УИОП, г. о. Орехово-Зуево, Московской области Учитель: Баранова Алина Александровна.» — Транскрипт:

1

8 класс Решение задач по теме «Тепловые явления» МОУ СОШ 25 с УИОП, г. о. Орехово-Зуево, Московской области Учитель: Баранова Алина Александровна

2

Температура (хар. степень нагретости тел) t, 0 С Внутренняя энергия (U, Дж.) Способы изменения Теплопередача 1.Теплопроводность 2.Конвекция 3.Излучение Совершение работы Количество теплоты (Q, Дж) Нагревание тела Q>0 Охлаждение Q

3

Основные понятия ОпределениеСвязь с другими величинами Отличитель- ные особенности Температура (t, 0С) Мера степени нагретости тела Внутренняя энергия ( U,Дж) Сумма потенциальной и кинетической энергии движения молекул Зависит от массы и температуры тела Количество теплоты (Q,Дж) Энергия, которую тело получает или теряет при теплопередаче Q=cm(tк- tн)

4

Основные понятия ОпределениеСвязь с другими величинами Отличитель- ные особенности Удельная теплоемкость (с, Дж /кг· 0 С ) Удельная теплота сгорания топлива ( q, Дж /кг) количество теплоты, которое нужно передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 0 С количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1кг топлива Q=cm(tк- tн) Q=qm Теплопроводность передача внутренней энергии от одной части тела к другой при непосредственном контакте не происходит переноса вещества Конвекция Излучение перенос энергии струями жидкости или газа Перенос энергии электромагнитной волной Не может происходить в твердых телах Происходит в вакууме

5

1.Почему шерсть, пух, мех и другие пористые тела обладают плохой теплопроводностью? 2. Если температура в комнате 16 0 С, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 0 С, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему? 3. Почему в холодную погоду животные сворачиваются в клубок? 4. Почему фруктовые сады не рекомендуется разводить в низинах? 5. Почему конвекция не может происходить в твердых телах? 6. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый? 7. Почему на улице электрические лампочки горят менее ярко, чем в помещении? Разбейте, пожалуйста, предложенные задачи на группы. Признак для классификации определите сами.

6

Теплопровод- ность КонвекцияИзлучение 1.Почему шерсть, пух, мех и другие пористые тела обладают плохой теплопроводностью? Если температура в комнате 16 0 С, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 0 С, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему? 3. Почему животные в холодную погоду сворачиваются в клубок? 4. Почему фруктовые сады не рекомендуется разводить в низинах? 5. Почему конвекция не может происходить в твердых телах? 6. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый? 7. Желая охладить кастрюлю с водой до комнатной температуры, хозяйка поставила ее на лед. Правильно ли она сделала?

7

Известны условия, нужно определить явление Известно явление, нужно определить его условия Почему шерсть, пух, мех и другие пористые тела обладают плохой теплопроводностью? 2. Если температура в комнате 16 0 С, то нам не холодно, но если войти в воду, температура которой 20 0 С, то мы ощущаем довольно сильный холод. Почему? 3. Почему животные в холодную погоду сворачиваются в клубок? 4. Почему фруктовые сады не рекомендуется разводить в низинах? 5. Почему конвекция не может происходить в твердых телах? 6. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый? 7. Желая охладить кастрюлю с водой до комнатной температуры, хозяйка поставила ее на лед. Правильно ли она сделала?

8

1.Какую массу воды можно нагреть на 10 0 С 2кДж теплоты?( ) 2. На сколько градусов остыл кипяток емкостью 27л, если он отдал окружающей среде 1500кДж теплоты? 3. Чтобы нагреть 110г алюминия на 90 0 С, требуется 9,1кДж теплоты. Вычислите удельную теплоемкость алюминия. 4. Сколько дров необходимо сжечь для того, чтобы нагреть 50л воды в железном котле массой 10кг от 15 0 С до 65 0 С? Потерями тепла пренебречь. ( )

9

Закон сохранения энергии в теплоизолированной системе Решение:,. ;

10

1. Установим, какие тела участвуют в теплообмене. 2. Определим, какие тепловые процессы с ними происходят. 3. Определим, отдают тела энергию или получают. 4. Запишем формулы для расчета количества теплоты при каждом процессе. 5. Запишем закон сохранения энергии, если система теплоизолированная 6. Определим неизвестную величину, решив уравнение или систему уравнений. 7.Оценим достоверность полученного результата решения.

11

Повторить §1-11, 1054(Лукашик)

Задача на уравнение теплового баланса

Пример 2. 20 л холодной воды, взятой при температуре , поместили в некий изолированный сосуд. К этой воде добавили некоторое количество кипятка. В результате получилась вода температурой . Какой объем кипятка был добавлен к холодной воде?

Решение. Запишем условие задачи:

Дано:

СИ

Поскольку для определения количеств теплоты, которые участвуют в теплообмене, необходимо определить массу воды, выпишем ее плотность из соответствующей таблицы  и вычислим массу .

Выпишем также значение удельной теплоемкости воды, которая будет необходима для вычисления количества теплоты: .

Поскольку по условию сосуд, в котором находятся жидкости, теплоизолирован, то можно утверждать, что тепловая энергия перераспределится между холодной и горячей водой, и мы будем иметь возможность воспользоваться в данном случае уравнением теплового баланса. В уравнении будут присутствовать два количества теплоты: нагрева холодной воды и охлаждения горячей, другие тепловые процессы в рамках задачи не происходят.

 уравнение теплового баланса.

 количество теплоты нагревания холодной воды.

 количество теплоты охлаждения горячей воды.

Подставим полученные выражения в уравнение теплового баланса:

.

Вычислим искомый объем воды: .

Замечание

Следует отметить, что значение удельной теплоемкости воды не важно при решении задачи, т. к. эта величина сокращается на определенном этапе решения

Аналогично можно обойтись и без значения плотности воды, если не рассчитывать массу воды в начале решения, а подставить ее в общем виде в уравнение теплового баланса. В таком случае плотность воды также сократится.

Ответ. .

Количество теплоты

Обычно количество теплоты обозначается буквой Q. Количество теплоты – это изменение внутренней энергии при теплообмене, значит, эта величина измеряется, как и энергия, в джоулях: = Дж.

Обозначим внутреннюю энергию U. Тогда определение количества теплоты можно записать следующим образом:

Q = ΔU при равной нулю механической работе внешних сил (о чем мы договорились в начале урока).

Если тело получило 10 Дж теплоты и если тело потеряло 10 Дж теплоты – это не одно и то же (см. рис. 6).

Рис. 6. Получение и потеря теплоты

Как это обозначить? Для этого можем использовать удобный математический инструмент – отрицательные числа. Мы его уже использовали для обозначения направления движения. Если рассматривать прямолинейное движение вдоль одной прямой, удобно выбрать ось координат и одно направление считать положительным (см. рис. 7).

Рис. 7. Выбор положительного направления

В проекции на эту ось скорости тел 5 м/с и –5 м/с означают, что тела движутся со скоростью 5 м/с в противоположных направлениях.

Так и здесь: договоримся, что если тело получает теплоту (наши руки получили от теплой воды 10 Дж тепла), то Q положительно (запишем Q = 10 Дж), а если отдает – отрицательно, запишем Q = –10 Дж.

Остановимся пока на изучении тех случаев, когда агрегатное состояние вещества не меняется. Тогда если передать тепло телу, то оно нагреется, увеличится его температура (см. рис. 8)

.

Рис. 8. Агрегатное состояние вещества не изменяется при получении теплоты

Разберемся, как количественно описать этот процесс.

Чайник закипит быстрее, если в него залить теплую воду, а не холодную (см. рис. 9).

Рис. 9. Закипание чайника с теплой и холодной водой

То есть чем большей разности конечной и начальной температур нужно достичь, тем больше нужно передать энергии. Полный чайник будет закипать дольше, чем почти пустой (см. рис. 10).

Рис. 10. Закипание полного чайника и полупустого

То есть чем больше масса воды, тем больше нужно передать энергии, чтобы ее нагреть. И наверняка есть разница, нагреть на одни и те же 10 градусов килограмм воды или килограмм железа – это тоже нужно учесть (см. рис. 11).

Рис. 11. Нагревание разных веществ

Можно провести эксперименты и установить более точные закономерности.

Оказывается, количество теплоты, которое необходимо передать телу, прямо пропорционально изменению температуры: , где  обозначает изменение температуры: конечная температура минус начальная .

Если тело отдает тепло, то оно охлаждается. Конечная температура будет меньше начальной: . Тогда . Количество теплоты также будет . Это согласуется с введенным понятием количества теплоты: если тело отдает тепло, то .

Экспериментально также было установлено, что:  (количество теплоты, которое необходимо передать телу, прямо пропорционально массе тела).

Почему изменение внутренней энергии пропорционально массе?

Количество теплоты, которое получает тело, идет на увеличение его внутренней энергии. Внутренняя энергия – это суммарная энергия частиц вещества: атомов или молекул. Значит, изменение внутренней энергии должно быть пропорционально количеству частиц: .

Однако таким параметром, как количество молекул, мы пользуемся редко. Более удобной характеристикой, эквивалентной количеству частиц данного вещества, является масса.

Масса вещества равна массе одной частицы (атома или молекулы), умноженной на количество частиц: , тогда количество молекул равно .

Получаем, что  или , т. к. масса одной молекулы – величина постоянная для данного вещества и она будет заложена в коэффициенте пропорциональности, который определяется отдельно для каждого вещества и учитывает его параметры: массу молекул, связь между ними, связь кинетической энергии молекул и температуры и т. д.

Задачи на тепловые явления

Теория > Физика 8 класс > Тепловые явления

При решении задач полезно под рукой всегда иметь основные формулы по теме «Тепловые явления»Некоторым металлическим сплавам, например нитинолу (55% никеля и 45% титана), присущ эффект памяти формы. 
Он заключается в том, что деформированное изделие из такого материала при нагреве
до определённой температуры возвращается к своей первоначальной форме. 
Это связано с тем, что данные сплавы имеют особую внутреннюю структуру под названием мартенсит, 
обладающую свойством термоупругости. В деформированных частях структуры возникают внутренние напряжения, 
которые стремятся вернуть структуру в исходное состояние. Материалы с памятью формы 
нашли широкое применение в производстве — например, для соединительных втулок,
 которые при очень низкой температуре сжимаются, а при комнатной — распрямляются, 

формируя соединение гораздо надёжнее сварки.

3. СМЕШАННЫЕ ЗАДАЧИ
Задача № 3.1. На какую высоту можно было бы поднять груз массой 1000 кг, если бы удалось полностью использовать энергию, освобождающуюся при остывании 1 литра воды от 100 С до  20 С? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг С, плотность воды 1000 кг/м3.
Дано:mгр = 1000 гс  =4200 Дж/кг Сt1 = 100 Сt2 = 20 СVв = 1 лρв = 1000 кг / м3 СИ0,001м3 

Решение:При остывании воды освобождается энергия Q = mc(t1 — t2)
Для того, чтобы поднять груз массой на высоту , должна быть выполнена работа  

A = mгрgh

следовательно
mc(t1 — t2) = mгрgh
h = mc(t1 — t2) / mгрg
массу воды можно найти m = Vρ
отсюда искомое h = Vρc(t1 — t2) / mгрg
h = 34 м Ответ: h = 34 м

h =  ?
Задача № 3.2. В радиатор  водяного отопления в комнату поступило 100 кг воды при температуре 80 С. А обратная подача воды была при температуре 60 С. Сколько теплоты отняла комната?
Дано:mгр = 100 кгс =4200 Дж/кг С
t1 = 80 С
t2 = 60 С
Решение:При остывании воды освобождается энергия
Q = mc(t1 — t2)
Q = mc(t1 — t2) = 100 кг*4200 Дж/кг С (80 С — 60 С) =  8400000 Дж = 8400 кДж  Ответ:  Q = 8400 кДж  
Q = ?

 Задача № 3.3. Какое количество теплоты пошло на приготовление в полярных условиях питьевой воды изо льда массой 10 кг, взятого при температуре (-20 °С), если температура должна быть равной 15 °С? Удельная теплоемкость льда 2100 Дж / (кг · °С), температура его плавления 0 °С, удельная теплота плавления 340 кДж/кг, удельная теплоемкость воды 4200 Дж / (кг · °С).
 

Дано:mгр = 10 кг
св =4200 Дж/кг С
с л= 2100 Дж/кг С
t1 = -20 С
t2 = 0 С
t3 = 15 С
λ = 340 кДж/кг = 340000 Дж/кг

Решение:Сначала нужно нагреть лед до температуры плавленияQ1 = сm(t2 -t1) = 2100 Дж/(°С*кг)*10 кг*(0 + 20) = 420000ДжЛед прежде всего должен расплавиться: Q1 = λm
Q 1= λm = 340000 Дж/кг*10 кг = 3400000 Дж
Для нагревания воды, полученной изо льда, необходимо:
Q2 = сm(t3 — t2) = 4200 Дж/(°С*кг)*10 кг*(15 °С — 0 °С) = 630000 Дж
Общее количество теплоты:
Q = Q 1 + Q2 +Q3 = 420000Дж + 3400000Дж + 630000Дж = 4450000 Дж = 4450 кДж

Ответ: Q = 4450 кДж 

Q = ?
Задача 3.4. В кубический сосуд емкостью V = 3 л залили m = 1 кг воды и положили m = 1 кг льда. Начальная температура смеси t1 = 0 °С. Под сосудом сожгли m = 50 г  бензина, причем  80% выделившегося при этом тепла пошла на нагревание содержимого сосуда. Считая сосуд тонкостенным и пренебрегая теплоемкостью сосуда и тепловым расширением, найти уровень воды в сосуде после нагрева. Считать, что дно сосуда горизонтально.
Дано:V = 3 л ( 0,003 м3)
mв = 1 кг
mл = 1 кг
mбен = 50 г (0,05 кг)
св =4200 Дж/кг С
q л= 4.6*107 Дж/кг 
t1 = 0 С
L = 2,3*106 Дж/кг
λ = 3,4*105 Дж/кг
ρ = 1000 кг/м3

Решение:1. При сгорании бензина выделяется количество теплоты Q1.
2. На плавление льда затрачивается количество теплоты Q2.
3. На нагревание воды и воды полученной из льда, затрачивается количество теплоты Q3.
4. Остаток количество теплоты после нагревания воды до 100 С Q4
5. Узнаем массу воды, которая испарится при Q4
Для каждого количества теплоты запишем формулу и решим уравнение относительно искомой величины.

Q1 = q*m = 0,05 кг * 4,6 * 107Дж/кг = 2 300 000 Дж
80% = 1 840 000 Дж

Q2 = λ *m = 1кг * 3,4*105Дж/кг = 340 000 Дж
Масса воды после плавления 1 кг льда составит 1кг воды + 1 кг расплавленного льда = 2 кг

Q3 = сm(t2 -t1) = 4200 Дж/(кг*°С) * 2 кг * (100°С — 0 °С ) = 840 000 Дж

Q4 = Q1 – Q2 – Q3 = 1 840 000 — 340 000 – 840 000 = 660 000 Дж

m = Q4/L = 660 000 Дж /  2,3 * 106 Дж/кг = 0,28696 кг воды

Остаток воды в сосуде после испарения: 2 кг – 0,28696 кг = 1,71304 кг
Объем воды указанной массы найдем по формуле

V = m/ρ = 1,71304 кг / 1000 кг/м3 = 0,001713 м3

Сосуд имеет форму куба V = 0.003 м3, следовательно сторона куба = 0,144 м

Площадь дна сосуда = 0,144м * 0,144м = 0,020736 м2

Вода V = 0.001713 м3 при площади сосуда 0,020736 м2 займет высоту h = V / S 

h = 0.001713 м3 / 0,020736 м2 = 0.0826 м = 8,26 см

Ответ: h = 8,26 см

Теория | Калькуляторы | ГДЗ | Таблицы и знаки | Переменка | Главная Карта Сайта

Удельная теплоемкость

Количество теплоты пропорционально массе тела и изменению его температуры:

Кроме того, количество теплоты, необходимое для нагревания данной массы на данную температуру, зависит от вещества: для спирта нужно меньше теплоты, чем для воды (см. рис. 12), а для золота – меньше, чем для железа (см. рис. 13).

Рис. 12. Количество теплоты для нагревания воды и спирта

Рис. 13. Количество теплоты для нагревания железа и золота

Для данного вещества количество теплоты, которое нужно передать для нагревания данной m на данную , оказалось постоянной величиной.

Отношение  назвали удельной теплоемкостью, которую принято обозначать буквой c. Это количество теплоты, которое нужно передать 1 кг вещества, чтобы нагреть его на 1 °С (или 1 К, потому что мы говорим об изменении температуры, а цена деления этих двух шкал одинакова (см. рис. 14)).

Рис. 14. Шкалы температур Цельсия и Кельвина

Для разных веществ это отношение отличается.

Единицы измерения удельной теплоемкости:

Различные вещества имеют различные удельные теплоемкости. Почему это так – поговорим в ответвлении.

c = const

Удельная теплоемкость с зависит от температуры t. Чтобы нагреть один и тот же железный шарик с 10 градусов до 11 и с 200 до 201 – нужно разное количество теплоты (см. рис. 15).

Рис. 15. Нагрев одного и того же шарика на 1 градус

Изменение удельной теплоемкости с изменением температуры достаточно мало, поэтому для решения задач мы можем считать, что с = const и зависимость  линейная (на участках, где не изменяется агрегатное состояние вещества (см. рис. 16)).

Рис. 16. Линейная зависимость  на участках, где не изменяется агрегатное состояние вещества

На самом деле, с, кроме температуры, зависит и от давления, но обычно мы будем решать задачи, в которых описаны процессы при нормальном атмосферном давлении, поэтому и здесь можно считать с = const.

Почему у веществ различные удельные теплоемкости

Почему для нагревания одной и той же массы на одну и ту же температуру для разных веществ нужно разное количество энергии?

Мы определили внутреннюю энергию тела как сумму кинетической и потенциальной энергии всех частиц тела. Когда теплота передается телу, часть ее идет на увеличение кинетической энергии (а значит, увеличение температуры), а часть – на увеличение потенциальной энергии частиц (см. рис. 17).

Рис. 17. Внутренняя энергия тела

У разных веществ соотношение этих частей разное.

Например, двум разным телам передали 100 Дж теплоты (см. рис. 18).

Рис. 18. Нагревание разных тел

У одного тела 40 Дж ушло в кинетическую энергию, а 60 – в потенциальную. У другого в кинетическую энергию перешло 20 Дж, 80 – в потенциальную. Итого тела получили одинаковое количество теплоты, но первое тело нагрелось больше, чем второе, т. к. кинетическая энергия его частиц увеличилась сильнее (40 Дж > 20 Дж). Это значит, что удельная теплоемкость второго вещества больше – ведь его труднее нагреть, чем первое.

Для разных веществ полученная энергия может распределяться по-разному – для нас это не ново.

Возьмем три мяча (см. рис. 19): хорошо накачанный, спущенный и деревянный.

Рис. 19. Опыт с тремя мячами

Если ударить по ним, сообщив одинаковую энергию, полетят они с разной скоростью. Часть переданной энергии пойдет на неупругую деформацию мяча и обуви бьющего, а часть – на увеличение кинетической энергии мяча. Для перечисленных мячей соотношение этих частей будет разное.

Значения удельных теплоемкостей различных веществ уже измерены, их можно найти в соответствующих таблицах.

Итак, на основе всего вышесказанного можно записать формулу для расчета количества теплоты, необходимого для нагревания тела:

Процессы нагревания и охлаждения отличаются лишь знаком , так что формулу можно использовать и для расчета количества теплоты, которое выделяет тело при охлаждении.

Для задач, которые мы будем решать в ближайшее время, нам достаточно такого очевидного утверждения: тепло передается от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой до тех пор, пока температуры этих тел не уравняются (см. рис. 20).

Рис. 20. Теплообмен между телами с разной температурой

Более точно эта закономерность сформулирована в виде законов термодинамики, но их мы будем подробно изучать позже.

Ссылка на основную публикацию