Ķermeņa iekšējā enerģija ir atkarīga no tā temperatūras un ārējiem apstākļiem - tilpuma utt. Ja ārējie apstākļi paliek nemainīgi, t.i., tilpums un citi parametri ir nemainīgi, tad ķermeņa iekšējā enerģija ir atkarīga tikai no tā temperatūras.
Ķermeņa iekšējo enerģiju var mainīt ne tikai karsējot to liesmā vai veicot mehānisku darbu pie tā (nemainot ķermeņa stāvokli, piemēram, berzes darbu), bet arī saskaroties ar citu. ķermenis, kura temperatūra atšķiras no temperatūras dots ķermenis, t.i., izmantojot siltuma pārnesi.
Iekšējās enerģijas daudzumu, ko ķermenis iegūst vai zaudē siltuma pārneses laikā, sauc par "siltuma daudzumu". Siltuma daudzumu parasti apzīmē ar burtu `Q`. Ja ķermeņa iekšējā enerģija siltuma pārneses procesā palielinās, tad siltumam tiek piešķirta plus zīme, un ķermenim tiek teikts siltums `Q`. Kad iekšējā enerģija siltuma pārneses procesā samazinās, siltums tiek uzskatīts par negatīvu, un tiek teikts, ka siltuma daudzums `Q` ir izņemts (vai izņemts) no ķermeņa.
Siltuma daudzumu var izmērīt tajās pašās vienībās, kurās mēra mehānisko enerģiju. SI valodā tas ir "1". džouls. Ir vēl viena siltuma mērvienība - kalorija. Kaloriju ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu "1" g ūdens par "1^@ bb"C". Sakarību starp šīm mērvienībām noteica Džouls: `1` cal `= 4,18` J. Tas nozīmē, ka `4,18` kJ darba dēļ `1` kilograma ūdens temperatūra paaugstināsies par `1` grādu.
Siltuma daudzumu, kas nepieciešams ķermeņa uzsildīšanai par `1^@ bb"C" sauc par ķermeņa siltumietilpību. Ķermeņa siltumietilpību apzīmē ar burtu "C". Ja ķermenim tiek dots neliels siltuma daudzums `Delta Q`, un ķermeņa temperatūra mainās uz `Delta t` grādiem, tad
| `Q=C*Deltat=C*(t_2 — t_1)=c*m*(t_2 — t_1)'. | (1.3) |
Ja ķermeni ieskauj apvalks, kas slikti vada siltumu, tad ķermeņa temperatūra, ja to atstāj pašplūsmā, ilgstoši saglabāsies praktiski nemainīga. Tādas ideālās čaulas, protams, dabā neeksistē, taču ir iespējams izveidot čaulas, kas pēc savām īpašībām ir tuvu tādām.
Piemēri ietver apšuvumu kosmosa kuģi, Djūāra kuģi, ko izmanto fizikā un tehnoloģijās. Djūāra kolba ir stikla vai metāla cilindrs ar dubultām spoguļa sienām, starp kurām tiek izveidots augsts vakuums. Mājas termosa stikla kolba ir arī Dewar kolba.
Apvalks ir izolējošs kalorimetrs- ierīce, kas ļauj izmērīt siltuma daudzumu. Kalorimetrs ir liels plānsienu stikls, kas novietots uz korķa gabaliņiem cita liela stikla iekšpusē tā, lai starp sienām paliktu gaisa slānis, un no augšas noslēgts ar siltumizolējošu vāku.
Ja kalorimetrā nonāk termiskā kontaktā divi vai vairāki ķermeņi ar atšķirīgu temperatūru un nogaida, tad pēc kāda laika kalorimetrā tiks izveidots termiskais līdzsvars. Pārejas procesā uz termisko līdzsvaru daži ķermeņi izdalīs siltumu (kopējais siltuma daudzums `Q_(sf"floor")`, citi saņems siltumu (kopējais siltuma daudzums `Q_(sf"floor")`) . Un tā kā kalorimetrs un tajā esošie ķermeņi neapmaina siltumu ar apkārtējo telpu, bet tikai viens ar otru, mēs varam pierakstīt attiecības, ko sauc arī siltuma bilances vienādojums:
Vairākos termiskajos procesos ķermenis var absorbēt vai izdalīt siltumu, nemainot tā temperatūru. Šādi termiskie procesi notiek, mainoties vielas agregētajam stāvoklim – kušana, kristalizācija, iztvaikošana, kondensācija un vārīšanās. Īsi apskatīsim šo procesu galvenās iezīmes.
Kušana- kristāliskas cietas vielas pārvēršanas šķidrumā process. Kušanas process notiek nemainīgā temperatūrā, kamēr siltums tiek absorbēts.
Īpatnējais saplūšanas siltums "lambda" ir vienāds ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai izkausētu "1" kg kristāliskas vielas, kas ņemta tās kušanas temperatūrā. Siltuma daudzums Q_(sf"pl)", kas nepieciešams, lai kušanas temperatūrā cietu ķermeni ar masu "m" pārvērstu šķidrā stāvoklī, ir vienāds ar
Tā kā kušanas temperatūra paliek nemainīga, siltuma daudzums, kas tiek nodots ķermenim, palielina molekulu mijiedarbības potenciālo enerģiju, un kristāliskais režģis tiek iznīcināts.
Process kristalizācija- Šis ir process, kas ir pretējs kausēšanas procesam. Kristalizācijas laikā šķidrums pārvēršas cietā vielā un izdalās siltuma daudzums, ko nosaka arī formula (1.5).
Iztvaikošana ir process, kurā šķidrums tiek pārvērsts tvaikos. Iztvaikošana notiek no šķidruma atvērtās virsmas. Iztvaikošanas procesā no šķidruma iziet ātrākās molekulas, t.i., molekulas, kas spēj pārvarēt šķidruma molekulu pievilcīgos spēkus. Rezultātā, ja šķidrums ir termiski izolēts, tas iztvaikošanas procesā atdziest.
Īpatnējais iztvaikošanas siltums `L` ir vienāds ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai `1` kg šķidruma pārvērstu tvaikā. Siltuma daudzums `Q_(sf"use")`, kas nepieciešams, lai šķidrumu ar masu `m` pārvērstu tvaika stāvoklī, ir vienāds ar
| Q_(sf"isp") =L*m. | (1.6) |
Kondensāts- process, kas ir pretējs iztvaikošanas procesam. Kad notiek kondensāts, tvaiki pārvēršas šķidrumā. Tas rada siltumu. Siltuma daudzumu, kas izdalās tvaika kondensācijas laikā, nosaka pēc formulas (1.6).
Vāra- process, kurā šķidruma piesātināta tvaika spiediens ir vienāds ar atmosfēras spiedienu, tāpēc iztvaikošana notiek ne tikai no virsmas, bet visā tilpumā (šķidrumā vienmēr ir gaisa burbuļi; vārot, tvaika spiediens tajos sasniedz atmosfēras spiedienu, un burbuļi paceļas uz augšu).
« Fizika - 10. klase"
Kādos procesos notiek matērijas kopējās pārvērtības?
Kā jūs varat mainīt vielas agregācijas stāvokli?
Jūs varat mainīt jebkura ķermeņa iekšējo enerģiju, veicot darbu, sildot vai, gluži pretēji, atdzesējot.
Tātad, metālu kaļot, tiek veikts darbs un tas uzsilst, tajā pašā laikā metālu var karsēt virs degošas liesmas.
Tāpat, ja piefiksē virzuli (13.5. att.), tad sildot gāzes tilpums nemainās un netiek veikts darbs. Bet gāzes temperatūra un līdz ar to arī tās iekšējā enerģija palielinās.
Iekšējā enerģija var palielināties un samazināties, tāpēc siltuma daudzums var būt pozitīvs vai negatīvs.
Tiek saukts enerģijas pārnešanas process no viena ķermeņa uz otru, neveicot darbu siltuma apmaiņa.
Tiek saukts iekšējās enerģijas izmaiņu kvantitatīvs mērījums siltuma pārneses laikā siltuma daudzums.
Siltuma pārneses molekulārais attēls.
Siltuma apmaiņas laikā uz robežas starp ķermeņiem notiek auksta ķermeņa lēni kustīgu molekulu mijiedarbība ar karsta ķermeņa ātri kustīgām molekulām. Rezultātā molekulu kinētiskās enerģijas izlīdzinās un aukstā ķermeņa molekulu ātrums palielinās, bet karstā ķermeņa molekulu ātrums samazinās.
Siltuma apmaiņas laikā enerģija netiek pārveidota no vienas formas citā;
Siltuma daudzums un siltuma jauda.
Jūs jau zināt, ka, lai uzsildītu ķermeni ar masu m no temperatūras t 1 līdz temperatūrai t 2, ir nepieciešams nodot tam siltuma daudzumu:
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)
Ķermenim atdziestot, tā galīgā temperatūra t 2 izrādās zemāka par sākotnējo temperatūru t 1 un ķermeņa izdalītā siltuma daudzums ir negatīvs.
Tiek izsaukts koeficients c formulā (13.5). īpatnējā siltuma jauda vielas.
Īpatnējais siltums- tas ir skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem vai izdala viela, kas sver 1 kg, ja tās temperatūra mainās par 1 K.
Gāzu īpatnējā siltumietilpība ir atkarīga no procesa, kurā notiek siltuma pārnese. Ja karsējat gāzi pastāvīgā spiedienā, tā paplašināsies un darbosies. Lai uzsildītu gāzi par 1 °C nemainīgā spiedienā, tai ir nepieciešams nodot vairāk siltuma nekā sildīt konstantā tilpumā, kad gāze tikai uzkarsēs.
Šķidrums un cietvielas karsējot nedaudz izplešas. To īpatnējās siltuma jaudas nemainīgā tilpumā un nemainīgā spiedienā nedaudz atšķiras.
Īpatnējais iztvaikošanas siltums.
Lai šķidrums viršanas procesā pārvērstos tvaikā, tam jānodod noteikts siltuma daudzums. Šķidruma temperatūra vārot nemainās. Šķidruma pārvēršana tvaikos nemainīgā temperatūrā neizraisa molekulu kinētiskās enerģijas palielināšanos, bet gan to pavada to mijiedarbības potenciālās enerģijas palielināšanās. Galu galā vidējais attālums starp gāzes molekulām ir daudz lielāks nekā starp šķidruma molekulām.
Tiek saukts daudzums, kas skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai 1 kg smags šķidrums nemainīgā temperatūrā pārvērstu tvaikā. īpatnējais iztvaikošanas siltums.
Šķidruma iztvaikošanas process notiek jebkurā temperatūrā, savukārt ātrākās molekulas atstāj šķidrumu, un iztvaikošanas laikā tas atdziest. Īpatnējais iztvaikošanas siltums ir vienāds ar īpatnējo iztvaikošanas siltumu.
Šo vērtību apzīmē ar burtu r un izsaka džoulos uz kilogramu (J/kg).
Ūdens īpatnējais iztvaikošanas siltums ir ļoti augsts: r H20 = 2,256 10 6 J/kg 100 °C temperatūrā. Citiem šķidrumiem, piemēram, spirtam, ēterim, dzīvsudrabam, petrolejai, īpatnējais iztvaikošanas siltums ir 3-10 reizes mazāks nekā ūdens.
Lai šķidrumu ar masu m pārvērstu tvaikos, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:
Q p = rm. (13.6)
Kad tvaiks kondensējas, izdalās tāds pats siltuma daudzums:
Q k = -rm. (13.7)
Īpatnējais saplūšanas siltums.
Kad kristālisks ķermenis kūst, viss tam piegādātais siltums tiek novirzīts, lai palielinātu molekulu mijiedarbības potenciālo enerģiju. Molekulu kinētiskā enerģija nemainās, jo kušana notiek nemainīgā temperatūrā.
Tiek saukta vērtība, kas skaitliski vienāda ar siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai kristālisku vielu, kas kušanas punktā sver 1 kg, pārvērstu šķidrumā. īpatnējais saplūšanas siltums un apzīmēts ar burtu λ.
Kad viela, kas sver 1 kg, kristalizējas, izdalās tieši tāds pats siltuma daudzums, kāds tiek absorbēts kušanas laikā.
Ledus kušanas īpatnējais siltums ir diezgan augsts: 3,34 10 5 J/kg.
“Ja ledus nebūtu ar augstu saplūšanas siltumu, tad pavasarī visai ledus masai būtu jāizkūst dažu minūšu vai sekunžu laikā, jo no gaisa uz ledu tiek nepārtraukti nodots siltums. Tam būtu briesmīgas sekas; galu galā pat pašreizējā situācijā, kūstot lielām ledus vai sniega masām, rodas lieli plūdi un spēcīgas ūdens plūsmas. R. Bleks, XVIII gs.
Lai izkausētu kristālisku ķermeni ar masu m, ir nepieciešams siltuma daudzums, kas vienāds ar:
Qpl = λm. (13.8)
Siltuma daudzums, kas izdalās ķermeņa kristalizācijas laikā, ir vienāds ar:
Q cr = -λm (13,9)
Siltuma bilances vienādojums.
Apskatīsim siltuma apmaiņu sistēmā, kas sastāv no vairākiem ķermeņiem, kuriem sākotnēji ir atšķirīga temperatūra, piemēram, siltuma apmaiņu starp ūdeni traukā un karstu dzelzs lodi, kas nolaista ūdenī. Saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu siltuma daudzums, ko izdala viens ķermenis, ir skaitliski vienāds ar siltuma daudzumu, ko saņem cits ķermenis.
Dotais siltuma daudzums tiek uzskatīts par negatīvu, saņemtais siltuma daudzums tiek uzskatīts par pozitīvu. Tāpēc kopējais siltuma daudzums Q1 + Q2 = 0.
Ja siltuma apmaiņa notiek starp vairākiem ķermeņiem izolētā sistēmā, tad
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10.)
Tiek izsaukts vienādojums (13.10). siltuma bilances vienādojums.
Šeit Q 1 Q 2, Q 3 ir siltuma daudzums, ko saņem vai izdala ķermeņi. Šos siltuma daudzumus izsaka ar formulu (13.5) vai formulām (13.6)-(13.9), ja siltuma apmaiņas procesā notiek dažādas vielas fāzu pārvērtības (kušana, kristalizācija, iztvaikošana, kondensācija).
Šajā nodarbībā mēs uzzināsim, kā aprēķināt siltuma daudzumu, kas nepieciešams ķermeņa uzsildīšanai vai tas izdalās dzesēšanas laikā. Lai to izdarītu, mēs apkoposim zināšanas, kas tika iegūtas iepriekšējās nodarbībās.
Turklāt mēs mācīsimies, izmantojot siltuma daudzuma formulu, izteikt atlikušos lielumus no šīs formulas un aprēķināt tos, zinot citus lielumus. Tiks apskatīts arī problēmas piemērs ar siltuma daudzuma aprēķināšanas risinājumu.
Šī nodarbība ir veltīta siltuma daudzuma aprēķināšanai, kad ķermenis tiek uzkarsēts vai izdalās no tā atdzesēšanas laikā.
Ļoti svarīga ir spēja aprēķināt nepieciešamo siltuma daudzumu. Tas var būt vajadzīgs, piemēram, aprēķinot siltuma daudzumu, kas jānodod ūdenim telpas sildīšanai.
Rīsi. 1. Siltuma daudzums, kas jānodod ūdenim, lai sildītu telpu
Vai arī aprēķināt siltuma daudzumu, kas izdalās, sadedzinot degvielu dažādos dzinējos:
Rīsi. 2. Siltuma daudzums, kas izdalās, sadedzinot degvielu dzinējā
Šīs zināšanas ir vajadzīgas arī, piemēram, lai noteiktu siltuma daudzumu, ko Saule izdala un nokrīt uz Zemes:
Rīsi. 3. Saules izdalītais un uz Zemi nokrītošais siltuma daudzums
Lai aprēķinātu siltuma daudzumu, jāzina trīs lietas (4. att.):
- ķermeņa svars (ko parasti var izmērīt, izmantojot svarus);
- temperatūras starpība, par kādu ķermenis ir jāuzsilda vai jāatdzesē (parasti mēra ar termometru);
- ķermeņa īpatnējā siltumietilpība (ko var noteikt no tabulas).
Rīsi. 4. Kas jums jāzina, lai noteiktu
Formula, pēc kuras tiek aprēķināts siltuma daudzums, izskatās šādi:
Šajā formulā parādās šādi daudzumi:
Siltuma daudzums, ko mēra džoulos (J);
Vielas īpatnējo siltumietilpību mēra ;
- temperatūras starpība, mērīta Celsija grādos ().
Apskatīsim siltuma daudzuma aprēķināšanas problēmu.
Uzdevums
Vara stikls ar masu gramiem satur litru ūdens temperatūrā. Cik daudz siltuma jānodod glāzē ūdens, lai tā temperatūra kļūtu vienāda ar ?
Rīsi. 5. Problēmas apstākļu ilustrācija
Vispirms pierakstīsim īss stāvoklis (Ņemot vērā) un konvertēt visus daudzumus starptautiskajā sistēmā (SI).
|
Ņemot vērā: |
SI |
|
|
Atrast: |
Risinājums:
Vispirms nosakiet, kādi citi daudzumi mums ir nepieciešami, lai atrisinātu šo problēmu. Izmantojot īpatnējās siltumietilpības tabulu (1. tabula) atrodam (vara īpatnējā siltumietilpība, jo pēc nosacījuma stikls ir varš), (ūdens īpatnējā siltumietilpība, jo pēc nosacījuma stiklā ir ūdens). Turklāt mēs zinām, ka, lai aprēķinātu siltuma daudzumu, mums ir nepieciešama ūdens masa. Saskaņā ar nosacījumu mums tiek dots tikai apjoms. Tāpēc no tabulas mēs ņemam ūdens blīvumu: (2. tabula).
Tabula 1. Dažu vielu īpatnējā siltumietilpība,
Tabula 2. Dažu šķidrumu blīvumi
Tagad mums ir viss, kas nepieciešams, lai atrisinātu šo problēmu.
Ņemiet vērā, ka galīgo siltuma daudzumu veidos vara stikla sildīšanai nepieciešamā siltuma daudzuma un tajā esošā ūdens sildīšanai nepieciešamā siltuma daudzuma summa:
Vispirms aprēķināsim siltuma daudzumu, kas nepieciešams vara stikla sildīšanai:
Pirms ūdens sildīšanai nepieciešamā siltuma daudzuma aprēķināšanas aprēķināsim ūdens masu, izmantojot formulu, kas mums ir pazīstama no 7. klases:
Tagad mēs varam aprēķināt:
Tad mēs varam aprēķināt:
Atcerēsimies, ko nozīmē kilodžouli. Prefikss "kilo" nozīmē 
.
Atbilde:.
Lai atvieglotu ar šo jēdzienu saistīto siltuma daudzuma (tā saukto tiešo problēmu) un daudzumu atrašanas problēmu risināšanu, varat izmantot šo tabulu.
|
Nepieciešamais daudzums |
Apzīmējums |
Mērvienības |
Pamatformula |
Daudzuma formula |
|
Siltuma daudzums |
Kā jau zināms, ķermeņa iekšējā enerģija var mainīties gan veicot darbu, gan ar siltuma pārnesi (neveicot darbu).
Galvenā atšķirība starp darbu un siltuma daudzumu ir tāda, ka darbs nosaka sistēmas iekšējās enerģijas pārveidošanas procesu, ko pavada enerģijas pārveide no viena veida uz otru. Gadījumā, ja iekšējās enerģijas izmaiņas notiek ar palīdzību siltuma pārnesi , enerģijas pārnešana no viena ķermeņa uz otru tiek veikta, pateicoties siltumvadītspēja , starojums vai.
konvekcija Tiek saukta enerģija, ko ķermenis zaudē vai iegūst siltuma pārneses laikā
siltuma daudzums.
Aprēķinot siltuma daudzumu, jums jāzina, kādi daudzumi to ietekmē.
Mēs sildīsim divus traukus, izmantojot divus identiskus degļus. Vienā traukā ir 1 kg ūdens, otrā - 2 kg. Ūdens temperatūra abos traukos sākotnēji ir vienāda. Redzams, ka vienā un tajā pašā laikā ūdens vienā no traukiem uzsilst ātrāk, lai gan abi trauki saņem vienādu siltuma daudzumu. Tādējādi mēs secinām: nekā vairāk masas
No konkrētā ķermeņa, jo lielāks ir siltuma daudzums, kas jāiztērē, lai pazeminātu vai paaugstinātu tā temperatūru par tādu pašu grādu skaitu.
Mēs visi zinām, ka, ja mums ir jāuzsilda pilna ūdens tējkanna līdz 50°C temperatūrai, mēs šai darbībai veltīsim mazāk laika nekā tējkannu uzsildīt ar tādu pašu ūdens tilpumu, bet tikai līdz 100°C. Pirmajā gadījumā ūdenim tiks nodots mazāk siltuma nekā otrajā gadījumā.
Tādējādi apkurei nepieciešamais siltuma daudzums tieši atkarīgs no tā, vai cik grāduķermenis var sasilt. Mēs varam secināt: siltuma daudzums tieši atkarīgs no ķermeņa temperatūras starpības.
Bet vai ir iespējams noteikt siltuma daudzumu, kas nepieciešams nevis ūdens, bet kādas citas vielas, teiksim, eļļas, svina vai dzelzs sildīšanai?
Piepildiet vienu trauku ar ūdeni, bet otru piepildiet ar augu eļļu. Ūdens un eļļas masas ir vienādas. Mēs vienmērīgi sildīsim abus traukus uz identiskiem degļiem. Sāksim eksperimentu ar tādu pašu sākuma temperatūru augu eļļa un ūdens. Pēc piecām minūtēm, izmērot sakarsētās eļļas un ūdens temperatūru, mēs pamanīsim, ka eļļas temperatūra ir daudz augstāka par ūdens temperatūru, lai gan abi šķidrumi saņēma vienādu siltuma daudzumu.
Acīmredzamais secinājums ir šāds: Sildot vienādas eļļas un ūdens masas vienā temperatūrā, ir nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums.
Un mēs uzreiz izdarām vēl vienu secinājumu: ķermeņa uzsildīšanai nepieciešamais siltuma daudzums tieši ir atkarīgs no vielas, no kuras sastāv pats ķermenis (vielas veids).
Tādējādi siltuma daudzums, kas nepieciešams ķermeņa sildīšanai (vai izdalās dzesēšanas laikā), ir tieši atkarīgs no ķermeņa masas, tā temperatūras mainīguma un vielas veida.
Siltuma daudzumu apzīmē ar simbolu Q. Tāpat kā citi dažādi veidi enerģiju, siltuma daudzumu mēra džoulos (J) vai kilodžoulos (kJ).
1 kJ = 1000 J
Tomēr vēsture liecina, ka zinātnieki sāka mērīt siltuma daudzumu ilgi pirms enerģijas jēdziena parādīšanās fizikā. Tolaik tika izstrādāta speciāla mērvienība siltuma daudzuma mērīšanai – kalorija (cal) vai kilokalorija (kcal). Vārdam ir latīņu saknes, kalorija – siltums.
1 kcal = 1000 cal
Kaloriju– tas ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 g ūdens par 1°C
1 cal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Vai joprojām ir jautājumi? Vai nezināt, kā izpildīt mājasdarbus?
Lai saņemtu palīdzību no pasniedzēja, reģistrējieties.
Pirmā nodarbība bez maksas!
tīmekļa vietni, kopējot materiālu pilnībā vai daļēji, ir nepieciešama saite uz oriģinālo avotu.
Veicot darbu vai pārnesot siltumu, mainās ķermeņa iekšējā enerģija. Siltuma pārneses fenomenā iekšējā enerģija tiek pārnesta ar vadīšanas, konvekcijas vai starojuma palīdzību.
Katrs ķermenis, sildot vai atdzesējot (ar siltuma pārnesi), iegūst vai zaudē kādu enerģijas daudzumu. Pamatojoties uz to, šo enerģijas daudzumu ir pieņemts saukt par siltuma daudzumu.
Tātad, siltuma daudzums ir enerģija, ko ķermenis dod vai saņem siltuma pārneses procesā.
Cik daudz siltuma nepieciešams ūdens sildīšanai? Ieslēgts vienkāršs piemērs Var saprast, ka dažāda ūdens daudzuma sildīšanai būs nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums. Pieņemsim, ka mēs ņemam divas mēģenes ar 1 litru ūdens un 2 litriem ūdens. Kurā gadījumā būs nepieciešams vairāk siltuma? Otrajā, kur mēģenē ir 2 litri ūdens. Otrās mēģenes uzsilšana prasīs ilgāku laiku, ja mēs tās sildīsim ar vienu un to pašu uguns avotu.
Tādējādi siltuma daudzums ir atkarīgs no ķermeņa masas. Jo lielāka masa, jo lielāks siltuma daudzums nepieciešams apkurei un attiecīgi ilgāks laiks nepieciešams ķermeņa atdzesēšanai.
No kā vēl ir atkarīgs siltuma daudzums? Protams, no ķermeņa temperatūras starpības. Bet tas vēl nav viss. Galu galā, ja mēs mēģināsim sildīt ūdeni vai pienu, mums būs nepieciešams atšķirīgs laiks. Tas ir, izrādās, ka siltuma daudzums ir atkarīgs no vielas, no kuras sastāv ķermenis.
Rezultātā izrādās, ka siltuma daudzums, kas nepieciešams sildīšanai vai siltuma daudzums, kas izdalās, kad ķermenis atdziest, ir atkarīgs no tā masas, no temperatūras izmaiņām un no vielas veida, no kuras ķermenis ir. sastādīts.
Kā tiek mērīts siltuma daudzums?
Priekš siltuma vienība tas ir vispārpieņemts 1 džouls. Pirms enerģijas mērvienības parādīšanās zinātnieki siltuma daudzumu uzskatīja par kalorijām. Šo mērvienību parasti saīsina kā “J”
Kaloriju- tas ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 gramu ūdens par 1 grādu pēc Celsija. Kaloriju mērīšanas saīsinātā forma ir “cal”.
1 cal = 4,19 J.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka šajās enerģijas vienībās ir ierasts norādīt pārtikas produktu uzturvērtību kJ un kcal.
1 kcal = 1000 cal.
1 kJ = 1000 J
1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ
Kas ir īpatnējā siltuma jauda
Katrai vielai dabā ir savas īpašības, un katras atsevišķas vielas karsēšanai nepieciešams atšķirīgs enerģijas daudzums, t.i. siltuma daudzums.
Vielas īpatnējā siltumietilpība- tas ir daudzums, kas vienāds ar siltuma daudzumu, kas jānodod ķermenim, kura masa ir 1 kilograms, lai to uzsildītu līdz 1 kg 0 C
Īpatnējā siltumietilpība ir apzīmēta ar burtu c, un tās mērījuma vērtība ir J/kg*
Piemēram, ūdens īpatnējā siltumietilpība ir 4200 J/kg* 0 C. Tas ir, tas ir siltuma daudzums, kas jāpārnes uz 1 kg ūdens, lai to uzsildītu par 1 0 C
Jāatceras, ka vielu īpatnējā siltumietilpība dažādās agregācijas stāvokļi dažādi. Tas ir, lai uzsildītu ledu par 1 0 C būs nepieciešams atšķirīgs siltuma daudzums.
Kā aprēķināt siltuma daudzumu ķermeņa sildīšanai
Piemēram, ir jāaprēķina siltuma daudzums, kas jāpatērē, lai uzsildītu 3 kg ūdens no 15 ° C. 0 C līdz temperatūrai 85 0 C. Mēs zinām ūdens īpatnējo siltumietilpību, tas ir, enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai uzsildītu 1 kg ūdens par 1 grādu. Tas ir, lai mūsu gadījumā uzzinātu siltuma daudzumu, ūdens īpatnējā siltumietilpība jāreizina ar 3 un ar grādu skaitu, par kādu vēlaties paaugstināt ūdens temperatūru. Tātad tas ir 4200*3*(85-15) = 882 000.
Iekavās mēs aprēķinām precīzu grādu skaitu, no galīgā nepieciešamā rezultāta atņemot sākotnējo
Tātad, lai uzsildītu 3 kg ūdens no 15 līdz 85 0 C, mums vajag 882 000 J siltuma.
Siltuma daudzumu apzīmē ar burtu Q, tā aprēķināšanas formula ir šāda:
Q=c*m*(t 2 -t 1).
Problēmu analīze un risinājums
1. problēma. Cik daudz siltuma nepieciešams, lai uzsildītu 0,5 kg ūdens no 20 līdz 50 0 C
Ņemot vērā:
m = 0,5 kg.,
s = 4200 J/kg* 0 C,
t 1 = 20 0 C,
t 2 = 50 0 C.
Īpatnējo siltuma jaudu noteicām no tabulas.
Risinājums:
2 -t 1).
Aizstāt vērtības:
Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 J = 63 kJ.
Atbilde: Q=63 kJ.
2. uzdevums. Kāds siltuma daudzums ir nepieciešams, lai uzsildītu alumīnija stieni, kas sver 0,5 kg, par 85 0 C?
Ņemot vērā:
m = 0,5 kg.,
s = 920 J/kg* 0 C,
t 1 = 0 0 C,
t 2 = 85 0 C.
Risinājums:
siltuma daudzumu nosaka pēc formulas Q=c*m*(t 2 -t 1).
Aizstāt vērtības:
Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 J = 39,1 kJ.
Atbilde: Q= 39,1 kJ.