Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Физика 8 класс. Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Топливо

Физика 8 класс. Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Топливо.

Физика 8 класс Конспект Количество теплоты

Физика 8 класс Конспект Количество теплоты

Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Топливо.

Внутренняя энергия тела может изменяться как при совершении работы, так и путем теплопередачи (без совершения работы). Если изменение внутренней энергии происходит путем теплопередачи, то переход энергии от одних тел к другим осуществляется теплопроводностью, конвекцией или излучением.

Количество энергии, переданной от одного тела к другому в процессе теплопередачи, называют количеством теплоты.

Количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела (или выделяемое при остывании), зависит от массы этого тела, от изменения его температуры и рода вещества .

Количество теплоты обозначают буквой Q , измеряют в джоулях (Дж) или в килоджоулях (кДж).

1 кДж = 1 000 Дж

Количество теплоты измеряют также в калориях (кал) или килокалориях (ккал)

1 ккал = 1 000 кал.

Калория – это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1 ºС.

1 кал = 4,19 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж.

Физическая величина равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1ºС, называется удельной теплоёмкостью вещества.

Удельная теплоемкость обозначается буквой с и измеряется в Дж/кг ºС.

Пример удельной теплоемкости:

удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг ºС — это означает, что для нагревания воды массой 1 кг на 1 ºС необходимо количество теплоты, равное 4200 Дж.

Удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.

Количество теплоты. Удельная теплоемкость

Количество теплоты. Удельная теплоемкость

Чтобы рассчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое при охлаждении, следует :

удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность между конечной и начальной температурами.

Топливо — это горючее вещество, которое используется для получения некоторого количества теплоты.

Топливо используют для кипячения воды, приготовления пищи, обогревания жилища, езды на автомобиле.

Самые распространенные виды топлива: газ, нефть, дерево, уголь, бензин.

Примеры топлива:

твердые виды топлива: уголь, сера, фосфор
жидкие виды топлива: нефть, бензин, керосин, эфир, спирт, ацетон
газообразные виды топлива: водород, метан, пропан, ацетилен.

Топливо - источник энергии

Топливо — источник энергии

Основные свойства топлива

  • горючее вещество, которое при сгорании выделяет тепло
  • вещество должно иметь небольшую температуру воспламенения
  • топливом может быть горючее вещество, продукты сгорания которого безвредны
  • топливом могут стать только широко распространенные, сравнительно лёгкие в добыче и удобные для транспортировки вещества.

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг, называется удельной теплотой сгорания топлива.

Читайте так же:
Тепловая деятельность электрического тока

Удельная теплота сгорания топлива обозначается буквой q . Единицей удельной теплоты сгорания является 1 Дж/кг.

Общее количество теплоты Q, выделяемое при сгорании m кг топлива, вычисляется по формуле

где q — удельная теплота сгорания топлива, m — масса топлива.

Пример удельной теплоты топлива:

удельная теплота сгорания бензина 4,6 · 10 7 Дж/кг – это значит, что при полном сгорании бензина массой 1 кг выделяется 4,6 · 10 7 Дж энергии.

Конспект составлен на основании теоретического материала учебника «Физика 8 класс» А.В. Перышкин, «Физика 8 класс»А.В.Грачев.

Расчет количества теплоты, сообщенного телу при его нагревании или выделяемого при его охлаждении

Мы узнали, от каких величин зависит количество теплоты и какими единицами его измеряют.

Для подсчета количества теплоты нужно знать удельную теплоемкость вещества, из которого изготовлено тело, массу этого тела и разность между его начальной и конечной температурой.

Например, нужно подсчитать, какое количество теплоты получила железная деталь массой 5 кг при нагревании на 600 °С.

Удельная теплоемкость железа равна 460 Дж/кг*°С, это означает, что для нагревания железа массой 1 кг на 1 °С требуется 460 Дж.

Для нагревания железа массой 5 кг на 1°С потребуется в 5 раз большее количество теплоты, т. е. 460 Дж X 5 =2300 Дж; для нагревания железа массой 5 кг на 600 °С потребуется еще в 600 раз большее количество теплоты, т. е. 2300 Дж X 600 = 1380 000 Дж.

Итак, чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела, нужно удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность между конечной и начальной температурой его.

Указанное правило можно записать в виде формулы, введя следующие обозначения: Q—количество теплоты, c – кудельная теплоемкость вещества, m — масса тела, t1 —начальная и t2 – конечная температура тела. Тогда

Пример 1. В железный котел массой 10 кг налито 20 кг воды. Какое количество теплоты нужно передать котлу, чтобы нагреть его вместе с налитой в него водой от 10 до 100 °С?

Оба тела — и котел, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен, и их температуры можно считать одинаковыми. Поэтому и котел, и вода нагреваются на одно и то же число градусов: 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми, ведь их массы и удельные теплоемкости различны.

Читайте так же:
Предельный выключатель тепловоза тэм2

Количество теплоты, полученное котлом, равно:

Q1 =460 Дж/кг*°С • 10 кг • 90°С=414 000 Дж ≈ 400 кДж.

Количество теплоты, полученное водой, равно:

Q2 = 4200 Дж/кг*°С • 20 кг • 90°С = 7560000 Дж≈7600 кДж.

На нагревание и котла, и воды израсходовано количество теплоты:

Q = 400 кДж+7 600 кДж = 8 000 кДж

Пример 2. Смешали 0,8 кг воды, имеющей температуру 25°С, и 0,2 кг кипятка. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислить, какое количество теплоты отдал при остывании кипяток и какое количество теплоты получила, при нагревании более холодная вода. Сравнить эти количества теплоты.

Кипяток остыл от 100 до 40 °С, при этом он отдал количество теплоты:

Q1 = 4 200 Дж/кг*°С • 0,2 кг • (100° С – 40° С) = 50 400 Дж.

Вода, в которую был влит кипяток, нагрелась от 25 до 40 °С и получила количество теплоты:

Q2 = 4 200 Дж/кг*°С • 0,8 кг • (40° С – 25° С) = 50 400 Дж.

Мы видим, что количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны между собой. Это не случайный результат. Опыт показывает, что если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Однако если провести более точные измерения в опытах по смешиванию горячей и холодной воды, то точного равенства отданной и полученной энергии не получится. Отданная энергия будет больше полученной. Объясняется это тем, что часть энергии во время опыта передается воздуху и сосуду. Разница в отданном и полученном количестве теплоты будет тем меньше, чем меньше потерь энергии допускается в опыте.

Вопросы. 1. Что нужно знать, чтобы подсчитать количество теплоты, полученное телом при нагревании? 2. Объясните на примере, как подсчитывают количество теплоты, сообщенное телу при его нагревании или выделяющееся при его охлаждении. 3. Как записывают формулу для подсчета количества теплоты? 4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды?

Единица количества теплоты

Передача энергии от одного тела к другому без совершения работы называется теплопередачей или теплообменом. Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты. Разберемся: какие единицы используются в физике для измерения теплоты.

Читайте так же:
Лабораторная работа 35 наблюдение теплового действия тока

Работа и количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы, когда тело перемещается под действием приложенной к нему силы. Механическая работа равна силе, умноженной на путь, пройденный по направлению силы. Но это не единственный способ изменения энергии.

При установлении контакта между телами с разными температурами, в результате взаимодействия атомов и молекул на границе соприкосновения тел, происходит передача части внутренней энергии от тела с более высокой температурой к телу, у которого температура ниже.

Энергия, переданная телу в результате теплообмена, называется количеством теплоты. Для обозначения количества теплоты используется буква Q.

Процесс теплообмена, теплопередачи

Рис. 1. Процесс теплообмена, теплопередачи.

В чем измеряется теплота

Любой вид энергии в физике измеряется с помощью единиц, которые названы в честь английского физика Джеймса Джоуля (1818-1889 г.г.). Для единицы измерения количества теплоты, наряду с работой и энергией в Международной системе единиц СИ используется джоуль (Дж — русское обозначение, J — международное).

Когда количество тепла представляет собой очень большую величину, допускается использование кратных единиц — килоджоуль (кДж), мегаджоуль (МДж), гигаджоуль (ГДж):

  • 1 кДж = 1000 Дж = 10 3 Дж;
  • 1 МДж = 1000000 Дж = 10 6 Дж;
  • 1 ГДж = 1000000000 Дж = 10 9 Дж.

Портрет Джеймса Джоуля

Рис. 2. Портрет Джеймса Джоуля.

Джеймс Джоуль изучал закономерности термодинамических процессов. Своими экспериментами он доказал справедливость закона сохранения энергии и открыл закон, устанавливающий связь количества тепла и электрического тока в цепи. Теоретически определил скорость движения молекул газа и вывел формулу ее зависимости от температуры.

Калория

Джоуль в качестве универсальной энергетической единицы был введен в 1889 г. Но количество теплоты исследователи начали измеряли задолго до этого. Для этих целей была введена специальная единица — калория (от латинского слова calor — “тепло”), равная количеству теплоты, которое необходимо для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия при нормальном атмосферном давлении.

Калория (кал) и кратная ей единица — килокалория (ккал), до сих пор используются в качестве внесистемной единицы для некоторых областей деятельности. Например, килокалорию применяют в теплоэнергетике для расчетов потребленной тепловой энергии в домах, подключенных к централизованному отоплению в холодное время года.

Экспериментально установлено соответствие между калорией и джоулем, чтобы иметь возможность перевода количества тепла из одних единиц в другие:

  • 1 Дж = 0,2388 кал;
  • 1 кДж = 238,8 кал
  • 1 кал = 4,19 Дж;
  • 1 ккал = 4190 Дж.
Читайте так же:
Автоматические выключатели с тепловыми расцепителями 25а

Прибор для получения информации о количестве теплоты в научных экспериментах (физике, химии, биологии и медицине) называется калориметром. Внутреннее устройство калориметров определяется диапазоном температур, временем и характером изучаемых явлений.

Рис. 3. Примеры калориметров.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что единица количества теплоты — это джоуль. Наряду с джоулем используются кратные ему единицы. Кроме джоуля в отдельных областях деятельности допускается использование устаревшей единицы — калории.

Количество теплоты, удельная теплоемкость

От чего зависит количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы или теплопередаче. При явлении теплопередачи внутренняя энергия передается теплопроводностью, конвекцией или излучением.

Каждое тело при нагревании или охлаждении (при теплопередаче) получает или теряет какое-то количество энергии. Исходя из этого, принято это количество энергии назвать количеством теплоты.

Итак, количество теплоты — это та энергия, которую отдает или получает тело в процессе теплопередачи.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды? На простом примере можно понять, что для нагревания разного количества воды потребуется разное количество теплоты. Допустим, возьмем две пробирки с 1 литром воды и с 2-мя литрами воды. В каком случае потребуется большее количество теплоты? Во втором, там, где в пробирке 2 литра воды. Вторая пробирка будет нагреваться дольше, если мы подогреваем их одинаковым источником огня.

Таким образом, количество теплоты зависит от массы тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты требуется для нагрева и, соответственно, на охлаждение тела требуется большее время.

От чего еще зависит количество теплоты? Естественно, от разности температур тел. Но это еще не все. Ведь если мы попытаемся нагреть воду или молоко, то нам потребуется разное количество времени. Т.е получается, что количество теплоты зависит от вещества, из которого состоит тело.

В итоге получается, что количество теплоты, которое нужно для нагревания или количество теплоты, которое выделяется при остывании тела, зависит от его массы, от изменения температуры и от вида вещества, из которого состоит тело.

В чем измеряется количество теплоты

За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль. До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать — “Дж”

Калория — это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать — “кал”.

Читайте так же:
Что такое тепловая защита автоматического выключателя

1 кал = 4,19 Дж.

Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Что такое удельная теплоемкость

Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 0 C

Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*

Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг* 0 C. То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 0 C

Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 0 C потребуется другое количество теплоты.

Как рассчитать количество теплоты для нагревания тела

Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 0 С до температуры 85 0 С. Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус. То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное

Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 0 С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.

Количество теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:

Разбор и решение задач

Задача 1. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 0 С

Дано:

с = 4200 Дж/кг* 0 С,

Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Ответ: Q=63 кДж.

Задача 2. Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85 0 С?

Дано:

с = 920 Дж/кг* 0 С,

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector