Задание №1: прослушай лекцию (нажми ♦)

Задание №2: прослушай лекцию (нажми ♦)

Задание №3: прослушай лекцию (нажми ♦)

                         Количество теплоты                          

Удельная теплоемкость

Проделаем опыт. Возьмем два одинаковых сосуда и, налив в один из них воду массой 400 г, а в другой - растительное масло массой 400 г, начнем их нагревать с помощью одинаковых горелок (рис. 74). Наблюдая за показаниями термометров, мы увидим, что масло нагревается быстрее. Чтобы нагреть воду и масло до одной и той же температуры, воду следует нагревать дольше. Но чем дольше мы нагреваем воду, тем большее количество теплоты она получает от горелки.

Таким образом, для нагревания одной и той же массы разных веществ до одинаковойтемпературы требуется разное количество теплоты. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого состоит это тело.

Так, например, чтобы увеличить на 1 °С температуру воды массой 1 кг, требуется количество теплоты, равное 4200 Дж, а для нагревания на 1° С такой же массы подсолнечного масла необходимо количество теплоты, равное 1700 Дж.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для нагревания 1 кг вещества на 1 °С, называется удельной теплоемкостью этого вещества.

У каждого вещества своя удельная теплоемкость. Обозначается она латинской буквой с, а измеряется в джоулях на кило- грамм-градус (Дж/(кг°С) ):
                                                                  с - удельная теплоемкость.

Удельные теплоемкости некоторых веществ можно найти в таблице 8.

Из таблицы, например, видно, что удельная теплоемкость свинца равна 140 Дж/(кг°С). Это число показывает, что для нагревания 1 кг свинца на 1 °С требуется количество теплоты, равное 140 Дж. Точно такое же (по модулю) количество теплоты будет выделено этой массой свинца при его охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоемкость одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном) различна. Например, удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг °С), а удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг-°С); алюминий в твердом состоянии имеет удельную теплоемкость, равную 920 Дж/ (кг °С), а в жидком - 1080 Дж/(кг°С).

Заметим, что вода имеет очень большую удельную теплоемкость (см. табл. 8). Поэтому вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из воздуха большое количество теплоты. Благодаря этому в тех местах, которые расположены близко от больших водоемов, лето не бывает таким жарким, как в местах, удаленных от воды. 

??? 1. Опишите опыт, показывающий, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого оно состоит. 2. Какую величину называют удельной теплоемкостью? 3. Удельная теплоемкость бумаги равна 1500 Дж/(кг °С). Что это означает? 4. Каким образом большая удельная теплоемкость воды сказывается на климате?

   Количество теплоты  

Изменить внутреннюю энергию газа в цилиндре можно, не только совершая работу, но и нагревая газ.
   Если закрепить поршень (рис.13.5), то объем газа при нагревании не меняется и работа не совершается. Но температура газа, а следовательно, и его внутренняя энергия возрастают.

   Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называюттеплообменом или теплопередачей.
   Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называютколичеством теплоты. Количеством теплоты называют также энергию, которую тело отдает в процессе теплообмена.
   Молекулярная картина теплообмена
   При теплообмене не происходит превращения энергии из одной формы в другую, часть внутренней энергии горячего тела передается холодному телу.
   Количество теплоты и теплоемкость. Вам уже известно, что для нагревания тела массой m от температуры t₁ до температуры t₂ необходимо передать ему количество теплоты:

   При остывании тела его конечная температура t₂ оказывается меньше начальнойтемпературы t₁ и количество теплоты, отдаваемое телом, отрицательно.
   Коэффициент c в формуле (13.5) называют удельной теплоемкостью вещества.Удельная теплоемкость - это величина, численно равная количеству теплоты, которое получает или отдает вещество массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К.
   Удельная теплоемкость зависит не только от свойств вещества, но и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1°С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме, когда газ будет только нагреваться.
   Жидкие и твердые тела расширяются при нагревании незначительно. Их удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении мало различаются.
   Удельная теплота парообразования. Для превращения жидкости в пар в процессе кипения необходима передача ей определенного количества теплоты. Температура жидкости при кипении не меняется. Превращение жидкости в пар при постоянной температуре не ведет к увеличению кинетической энергии молекул, но сопровождается увеличением потенциальной энергии их взаимодействия. Ведь среднее расстояние между молекулами газа много больше, чем между молекулами жидкости.
   Величину, численно равную количеству теплоты, необходимому для превращения при постоянной температуре жидкости массой 1 кг в пар, называют удельной теплотой парообразования. Эту величину обозначают буквой r и выражают в джоулях на килограмм (Дж/кг).
   Очень велика удельная теплота парообразования воды: r_H2O=2,256•10⁶ Дж/кг при температуре 100°С. У других жидкостей, например у спирта, эфира, ртути, керосина, удельная теплота парообразования меньше в 3-10 раз, чем у воды.
   Для превращения жидкости массой m в пар требуется количество теплоты, равное:

   При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:

   Удельная теплота плавления. При плавлении кристаллического тела вся подводимая к нему теплота идет на увеличение потенциальной энергии молекул. Кинетическая энергиямолекул не меняется, так как плавление происходит при постоянной температуре.
   Величину, численно равную количеству теплоты, необходимому для превращения кристаллического вещества массой 1 кг при температуре плавления в жидкость, называют удельной теплотой плавления .
   При кристаллизации вещества массой 1 кг выделяется точно такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении.
   Удельная теплота плавления льда довольно велика: 3,34•10⁵ Дж/кг. «Если бы лед не обладал большой теплотой плавления, - писал Р. Б л эк еще в XVIII в., - то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота непрерывно передается льду из воздуха. Последствия этого были бы ужасны; ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда или снега».
   Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, необходимо количество теплоты, равное:

   Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела, равно:

   Внутренняя энергия тела меняется при нагревании и охлаждении, при парообразовании и конденсации, при плавлении и кристаллизации. Во всех случаях телу передается или от него отнимается некоторое количество теплоты.


   ???
   1. Что называют количеством теплоты?
   2. От чего зависит удельная теплоемкость вещества?
   3. Что называют удельной теплотой парообразования?
   4. Что называют удельной теплотой плавления?
   5. В каких случаях количество теплоты положительная величина, а в каких случаях отрицательная?

Ответь на вопросы теста               (нажми  ♦)       

Запиши задачи и вопросы теста в тетрадь. Реши их и ответь на вопросы. Отметь сколько баллов ты набрал(а)?

Решение задач.

Задача 1.

Какое количество теплоты потребуется, чтобы 29 кг воды, взятой при температуре 20 °С, нагреть до кипения  и обратить в пар. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х°С ; удельная теплота парообразования воды L = 2,26 х 10⁶ Дж/ кг?

Задача 2.

Какая энергия расходуется для получения дистиллированной воды, если в аппарат вливают воду объемом 10 л при температуре 20 °С и нагревают до кипения, затем 2 литра выпаривают?

Задача 3.

Какая энергия выделяется при конденсации водяного пара массой 3 кг, имеющего температуру 100 °С, и охлаждении получившейся воды до температуры 50 °С?

Задача 4.

Определите  количество   теплоты  необходимо  для  превращения  300  кг  льда,   взятого  при температуре:  а) 0 °С: б) -10 °С;  в пар при температуре 100 °С. Удельная тепломощность льда с = 2100 Дж/ кг х°С, удельная теплота плавления льда ? = 3,4 х 10' Дж/ кг., удельная теплота парообразования L = 2,26 х 10⁶ Дж/ кг.

Задача 5.

На рисунке представлен график измерения температуры воды в сосуде. Укажите каким процессам соответствуют участки АВ и ВС. Рассчитайте, используя данные графики, какое количество теплоты потребуется для нагревания воды массой 2 кг до кипения и последнего испарения. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х °С .

Дополнительные карточки.

Задача 1.

Какая энергия выделяется при конденсации водяного пара массой 200 г при температуре 100°С в воду при той же температуре?

Задача 2.

На рисунке  представлен  график   изменения температуры воды  в  сосуде. Укажите,  какими процессами соответствуют участки АВ и ВС графика.

Задача 3.

Какая энергия выделяется при конденсации выделяемого пара массой 20 кг при температуре 100°С и охлаждении полученной из него воды до температуры 50 °С ?

Задача 4.

Какое количество теплоты требуется   для плавления меди массой 2 кг, взятой при температуре 25 °С ? Температура плавления меди 1085 °С , удельная теплота плавления меди 2,1 х 10⁵ Дж/кг.

                 Заполни бланк домашнего задания.