Čo si myslíte, že sa na sporáku rýchlejšie zohreje: liter vody v hrnci alebo samotná panvica s hmotnosťou 1 kilogram? Hmotnosť telies je rovnaká, dá sa predpokladať, že zahrievanie bude prebiehať rovnakou rýchlosťou.
Ale to tam nebolo! Môžete urobiť experiment - položte prázdnu panvicu na niekoľko sekúnd do ohňa, len ju nespálite a pamätajte, na akú teplotu sa zahriala. A potom nalejte vodu do panvice presne rovnakej hmotnosti, ako je hmotnosť panvice. Teoreticky by sa voda mala zohriať na rovnakú teplotu ako prázdna panvica za dvojnásobný čas, keďže v tento prípad ohrievajú sa obe - voda aj panvica.
Aj keď budete čakať trojnásobne dlhšie, dbajte na to, aby bola voda stále menej zohriata. Voda trvá takmer desaťkrát dlhšie, kým sa zohreje na rovnakú teplotu ako hrniec s rovnakou hmotnosťou. Prečo sa to deje? Čo bráni ohrevu vody? Prečo by sme pri varení mali plytvať plynom navyše na ohrev vody? Pretože existuje fyzikálna veličina tzv špecifické teplo látok.
Špecifická tepelná kapacita látky
Táto hodnota ukazuje, koľko tepla treba odovzdať telesu s hmotnosťou jedného kilogramu, aby sa jeho teplota zvýšila o jeden stupeň Celzia. Meria sa v J / (kg * ˚С). Táto hodnota neexistuje z rozmaru, ale z dôvodu rozdielu vo vlastnostiach rôznych látok.
Špecifické teplo vody je asi desaťkrát väčšie ako u železa, takže hrniec sa zohreje desaťkrát rýchlejšie ako voda v ňom. Zvláštne je, že merná tepelná kapacita ľadu je polovičná v porovnaní s vodou. Preto sa ľad zohreje dvakrát rýchlejšie ako voda. Roztopenie ľadu je jednoduchšie ako ohrev vody. Akokoľvek zvláštne to znie, je to fakt.
Výpočet množstva tepla
Merná tepelná kapacita je označená písmenom c A použité vo vzorci na výpočet množstva tepla:
Q = c*m*(t2 - t1),
kde Q je množstvo tepla,
c - merná tepelná kapacita,
m - telesná hmotnosť,
t2 a t1 sú konečné a počiatočné teploty telesa.
Špecifický vzorec tepla: c = Q / m*(t2 - t1)
Môžete tiež vyjadriť z tohto vzorca:
- m = Q / c*(t2-t1) - telesná hmotnosť
- t1 = t2 - (Q / c * m) - počiatočná telesná teplota
- t2 = t1 + (Q / c*m) - konečná telesná teplota
- Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - teplotný rozdiel (delta t)
Ako je to s mernou tepelnou kapacitou plynov? Všetko je tu mätúce. S pevnými látkami a kvapalinami je situácia oveľa jednoduchšia. Ich merná tepelná kapacita je konštantná, známa, ľahko vypočítateľná hodnota. Pokiaľ ide o špecifickú tepelnú kapacitu plynov, táto hodnota je v rôznych situáciách veľmi odlišná. Vezmime si ako príklad vzduch. Merná tepelná kapacita vzduchu závisí od zloženia, vlhkosti a atmosférického tlaku.
Zároveň s nárastom teploty plyn zväčšuje svoj objem a musíme zaviesť ešte jednu hodnotu - konštantný alebo premenlivý objem, ktorý tiež ovplyvní tepelnú kapacitu. Preto sa pri výpočte množstva tepla pre vzduch a iné plyny používajú špeciálne grafy hodnôt špecifickej tepelnej kapacity plynov v závislosti od rôznych faktorov a podmienok.
V dnešnej lekcii si predstavíme taký fyzikálny pojem, akým je merná tepelná kapacita látky. Vieme, že to závisí od chemické vlastnosti látky a jej hodnota, ktorú nájdete v tabuľkách, je pre rôzne látky rôzna. Potom zistíme merné jednotky a vzorec na zistenie špecifickej tepelnej kapacity a tiež sa naučíme analyzovať tepelné vlastnosti látok podľa hodnoty ich špecifickej tepelnej kapacity.
Kalorimeter(z lat. kalórií- teplý a merač- meranie) - zariadenie na meranie množstva tepla uvoľneného alebo absorbovaného pri akomkoľvek fyzikálnom, chemickom alebo biologickom procese. Termín "kalorimeter" navrhli A. Lavoisier a P. Laplace.
Kalorimeter pozostáva z krytu, vnútorného a vonkajšieho skla. Pri konštrukcii kalorimetra je veľmi dôležité, aby medzi menšou a väčšou nádobou bola vrstva vzduchu, ktorá v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti zabezpečuje zlý prenos tepla medzi obsahom a vonkajším prostredím. Táto konštrukcia umožňuje považovať kalorimeter za akúsi termosku a prakticky sa zbaviť vplyvu vonkajšieho prostredia na priebeh procesov prenosu tepla vo vnútri kalorimetra.
Kalorimeter je určený na presnejšie merania merných tepelných kapacít a iných tepelných parametrov telies ako je uvedené v tabuľke.
Komentujte. Je dôležité si uvedomiť, že taký pojem ako množstvo tepla, ktoré využívame veľmi často, si netreba zamieňať s vnútornou energiou tela. Množstvo tepla presne určuje zmenu vnútornej energie a nie jej špecifickú hodnotu.
Všimnite si, že merná tepelná kapacita rôznych látok je rôzna, čo je vidieť z tabuľky (obr. 3). Napríklad zlato má špecifickú tepelnú kapacitu. Ako sme už skôr uviedli, fyzikálny význam tejto špecifickej tepelnej kapacity znamená, že na zohriatie 1 kg zlata o 1 °C je potrebné dodať 130 J tepla (obr. 5).
Ryža. 5. Špecifická tepelná kapacita zlata
V ďalšej lekcii si povieme, ako vypočítať množstvo tepla.
Zoznamliteratúre
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.
- Internetový portál "vactekh-holod.ru" ()
Domáca úloha
V dnešnej lekcii si predstavíme taký fyzikálny pojem, akým je merná tepelná kapacita látky. Dozvedáme sa, že závisí od chemických vlastností látky a jej hodnota, ktorú nájdete v tabuľkách, je pre rôzne látky rôzna. Potom zistíme merné jednotky a vzorec na zistenie špecifickej tepelnej kapacity a tiež sa naučíme analyzovať tepelné vlastnosti látok podľa hodnoty ich špecifickej tepelnej kapacity.
Kalorimeter(z lat. kalórií- teplý a merač- meranie) - zariadenie na meranie množstva tepla uvoľneného alebo absorbovaného pri akomkoľvek fyzikálnom, chemickom alebo biologickom procese. Termín "kalorimeter" navrhli A. Lavoisier a P. Laplace.
Kalorimeter pozostáva z krytu, vnútorného a vonkajšieho skla. Pri konštrukcii kalorimetra je veľmi dôležité, aby medzi menšou a väčšou nádobou bola vrstva vzduchu, ktorá v dôsledku nízkej tepelnej vodivosti zabezpečuje zlý prenos tepla medzi obsahom a vonkajším prostredím. Táto konštrukcia umožňuje považovať kalorimeter za akúsi termosku a prakticky sa zbaviť vplyvu vonkajšieho prostredia na priebeh procesov prenosu tepla vo vnútri kalorimetra.
Kalorimeter je určený na presnejšie merania merných tepelných kapacít a iných tepelných parametrov telies ako je uvedené v tabuľke.
Komentujte. Je dôležité si uvedomiť, že taký pojem ako množstvo tepla, ktoré využívame veľmi často, si netreba zamieňať s vnútornou energiou tela. Množstvo tepla presne určuje zmenu vnútornej energie a nie jej špecifickú hodnotu.
Všimnite si, že merná tepelná kapacita rôznych látok je rôzna, čo je vidieť z tabuľky (obr. 3). Napríklad zlato má špecifickú tepelnú kapacitu. Ako sme už skôr uviedli, fyzikálny význam tejto špecifickej tepelnej kapacity znamená, že na zohriatie 1 kg zlata o 1 °C je potrebné dodať 130 J tepla (obr. 5).
Ryža. 5. Špecifická tepelná kapacita zlata
V ďalšej lekcii si povieme, ako vypočítať množstvo tepla.
Zoznamliteratúre
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.
- Internetový portál "vactekh-holod.ru" ()
Domáca úloha
Každý školák sa na hodinách fyziky stretne s pojmom „merná tepelná kapacita“. Vo väčšine prípadov ľudia zabudnú na definíciu školy a často vôbec nerozumejú jej významu. tento termín. Na technických univerzitách sa väčšina študentov skôr či neskôr stretne so špecifickým teplom. Možno, že v rámci štúdia fyziky, alebo možno niekto bude mať takú disciplínu ako "tepelné inžinierstvo" alebo "technická termodynamika". V tomto prípade si musíte pamätať školské osnovy. Nižšie je uvedená definícia, príklady a významy niektorých látok.
Definícia
Špecifická tepelná kapacita je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje, koľko tepla treba dodať jednotke látky alebo odobrať jednotke látky, aby sa jej teplota zmenila o jeden stupeň. Dôležité je zrušiť, že na tom nezáleží, stupne Celzia, Kelvina a Fahrenheita, hlavná je zmena teploty na jednotku.
Špecifická tepelná kapacita má svoju vlastnú mernú jednotku - v medzinárodnej sústave jednotiek (SI) - Joule delené súčinom kilogramu a stupňa Kelvin, J / (kg K); mimosystémová jednotka je pomer kalórií k súčinu kilogramu a stupňa Celzia, cal/(kg °C). Táto hodnota sa najčastejšie označuje písmenom c alebo C, niekedy sa používajú indexy. Napríklad, ak je tlak konštantný, potom je index p, a ak je objem konštantný, potom v.
Variácie definície
Existuje niekoľko formulácií definície diskutovanej fyzikálnej veličiny. Okrem vyššie uvedeného sa za prijateľnú považuje definícia, ktorá hovorí, že merná tepelná kapacita je pomer hodnoty tepelnej kapacity látky k jej hmotnosti. V tomto prípade je potrebné jasne pochopiť, čo je "tepelná kapacita". Tepelná kapacita sa teda nazýva fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla treba telu (látke) priviesť alebo odobrať, aby sa hodnota jeho teploty zmenila o jednu. Merná tepelná kapacita hmotnosti látky väčšej ako kilogram sa určuje rovnakým spôsobom ako pre jednu hodnotu.
Niektoré príklady a významy pre rôzne látky
Experimentálne sa zistilo, že táto hodnota je pre rôzne látky odlišná. Napríklad merná tepelná kapacita vody je 4,187 kJ/(kg K). Väčšina veľký význam z tejto fyzikálnej veličiny pre vodík je 14,300 kJ / (kg K), najmenšia pre zlato je 0,129 kJ / (kg K). Ak potrebujete hodnotu pre konkrétnu látku, musíte si vziať referenčnú knihu a nájsť zodpovedajúce tabuľky a v nich - hodnoty, ktoré vás zaujímajú. ale moderné technológie umožňujú občas urýchliť proces vyhľadávania - stačí na akomkoľvek telefóne, ktorý má možnosť vstúpiť na World Wide Web, zadať otázku, ktorá vás zaujíma, do vyhľadávacieho panela, spustiť vyhľadávanie a hľadať odpoveď na základe výsledkov . Vo väčšine prípadov musíte kliknúť na prvý odkaz. Niekedy však nemusíte ísť vôbec nikam inam - dovnútra Stručný opis informácie zobrazujú odpoveď na otázku.
Najbežnejšie látky, pre ktoré hľadajú tepelnú kapacitu, vrátane špecifického tepla, sú:
- vzduch (suchý) - 1,005 kJ / (kg K),
- hliník - 0,930 kJ / (kg K),
- meď - 0,385 kJ / (kg K),
- etanol - 2,460 kJ / (kg K),
- železo - 0,444 kJ / (kg K),
- ortuť - 0,139 kJ / (kg K),
- kyslík - 0,920 kJ / (kg K),
- drevo - 1 700 kJ/(kg K),
- piesok - 0,835 kJ/(kg K).