Formula za određivanje količine topline. Unutarnja energija

Unutarnja energija tijela mijenja se tijekom rada ili prijenosa topline. U fenomenu prijenosa topline unutarnja energija se prenosi kondukcijom, konvekcijom ili zračenjem.

Svako tijelo pri zagrijavanju ili hlađenju (prijenosom topline) dobiva ili gubi određenu količinu energije. Na temelju toga, uobičajeno je ovu količinu energije nazvati količinom topline.

Tako, količina topline je energija koju tijelo daje ili prima tijekom procesa prijenosa topline.

Koliko je topline potrebno za zagrijavanje vode? Koristeći jednostavan primjer, možete shvatiti da će zagrijavanje različitih količina vode zahtijevati različite količine topline. Recimo da uzmemo dvije epruvete s 1 litrom vode i 2 litre vode. U kojem će slučaju biti potrebno više topline? U drugom, gdje se u epruveti nalaze 2 litre vode. Druga će se epruveta dulje zagrijavati ako ih zagrijavamo na istom izvoru vatre.

Dakle, količina topline ovisi o masi tijela. Što je veća masa, to je veća količina topline potrebna za zagrijavanje, a samim time i duže vrijeme za hlađenje tijela.

O čemu još ovisi količina topline? Naravno, od razlike u tjelesnim temperaturama. Ali to nije sve. Uostalom, ako pokušamo zagrijati vodu ili mlijeko, trebat će nam različito vrijeme. Odnosno, ispada da količina topline ovisi o tvari od koje se tijelo sastoji.

Kao rezultat toga proizlazi da količina topline koja je potrebna za zagrijavanje ili količina topline koja se oslobađa pri hlađenju tijela ovisi o njegovoj masi, o promjeni temperature i vrsti tvari od koje se tijelo sastoji. sastavljen.

Kako se mjeri količina topline?

Iza jedinica topline opće je prihvaćeno 1 džul. Prije pojave mjerne jedinice energije, znanstvenici su količinu topline smatrali kalorijama. Ova mjerna jedinica obično se označava skraćenicom "J"

Kalorija- to je količina topline koja je potrebna da se 1 gram vode zagrije za 1 stupanj Celzija. Skraćeni oblik mjerenja kalorija je "cal".

1 cal = 4,19 J.

Imajte na umu da je u ovim energetskim jedinicama uobičajeno označavati hranjivu vrijednost hrane u kJ i kcal.

1 kcal = 1000 cal.

1 kJ = 1000 J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

Što je specifični toplinski kapacitet

Svaka tvar u prirodi ima svoja svojstva, a zagrijavanje svake pojedine tvari zahtijeva različitu količinu energije, tj. količina topline.

Specifični toplinski kapacitet tvari- to je količina jednaka količini topline koju je potrebno predati tijelu mase 1 kilograma da bi se ono zagrijalo na temperaturu od 1 0 C

Specifični toplinski kapacitet označen je slovom c i ima mjernu vrijednost J/kg*

Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/kg* 0 C. To jest, to je količina topline koju treba prenijeti na 1 kg vode da bi se zagrijala za 1 0 C

Treba imati na umu da je specifični toplinski kapacitet tvari u različitim agregatnim stanjima različit. Odnosno, zagrijati led za 1 0 C će zahtijevati različitu količinu topline.

Kako izračunati količinu topline za zagrijavanje tijela

Na primjer, potrebno je izračunati količinu topline koju je potrebno utrošiti da se zagrije 3 kg vode od temperature 15 0 C do temperature 85 0 C. Poznat nam je specifični toplinski kapacitet vode, odnosno količina energije koja je potrebna da se 1 kg vode zagrije za 1 stupanj. Odnosno, da biste saznali količinu topline u našem slučaju, trebate pomnožiti specifični toplinski kapacitet vode s 3 i s brojem stupnjeva za koji želite povećati temperaturu vode. Dakle, to je 4200*3*(85-15) = 882 000.

U zagradama izračunavamo točan broj stupnjeva, oduzimajući početni rezultat od konačnog traženog rezultata

Dakle, da bismo zagrijali 3 kg vode sa 15 na 85 0 C, potrebno nam je 882 000 J topline.

Količina topline označena je slovom Q, formula za izračunavanje je sljedeća:

Q=c*m*(t 2 -t 1).

Analiza i rješavanje problema

Problem 1. Koliko je topline potrebno za zagrijavanje 0,5 kg vode od 20 do 50 0 C

dano:

m = 0,5 kg.,

s = 4200 J/kg* 0 C,

t 1 = 20 0 C,

t 2 = 50 0 C.

Specifični toplinski kapacitet odredili smo iz tablice.

Riješenje:

2 -t 1 ).

Zamijenite vrijednosti:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 J = 63 kJ.

Odgovor: Q=63 kJ.

Zadatak 2. Kolika je količina topline potrebna da se aluminijska šipka mase 0,5 kg zagrije na 85 0 C?

dano:

m = 0,5 kg.,

s = 920 J/kg* 0 C,

t 1 = 0 0 C,

t 2 = 85 0 C.

Riješenje:

količina topline određena je formulom Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Zamijenite vrijednosti:

Q=920*0,5*(85-0) = 39,100 J = 39,1 kJ.

Odgovor: Q= 39,1 kJ.

Što će se brže zagrijati na štednjaku - čajnik ili kanta vode? Odgovor je očit - čajnik. Onda je drugo pitanje zašto?

Odgovor nije ništa manje očit - jer je masa vode u kotliću manja. Sjajno. A sada možete i sami kod kuće napraviti pravo fizičko iskustvo. Da biste to učinili, trebat će vam dvije jednake male posude, jednaka količina vode i biljnog ulja, na primjer, pola litre svaka i štednjak. Na istu vatru stavite lonce s uljem i vodom. Sada samo gledajte što će se brže zagrijati. Ako imate termometar za tekućine, možete ga koristiti, ako nemate, možete samo povremeno ispitati temperaturu prstom, samo pazite da se ne opečete. U svakom slučaju, ubrzo ćete vidjeti da se ulje zagrijava puno brže od vode. I još jedno pitanje, koje se također može implementirati u obliku iskustva. Što će brže prokuhati - topla voda ili hladna? Opet je sve očito – topli će biti prvi na cilju. Čemu sva ta čudna pitanja i eksperimenti? Za određivanje fizičke veličine koja se naziva "količina topline".

Količina topline

Količina topline je energija koju tijelo gubi ili dobiva tijekom prijenosa topline. To je jasno iz naziva. Hlađenjem će tijelo gubiti određenu količinu topline, a grijanjem će je apsorbirati. A odgovori na naša pitanja pokazali su nam O čemu ovisi količina topline? Prvo, što je veća masa tijela, veća je količina topline koja se mora potrošiti da bi se njegova temperatura promijenila za jedan stupanj. Drugo, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o tvari od koje se ono sastoji, odnosno o vrsti tvari. I treće, razlika u tjelesnoj temperaturi prije i poslije prijenosa topline također je važna za naše izračune. Na temelju navedenog možemo odredite količinu topline pomoću formule:

Q=cm(t_2-t_1) ,

gdje je Q količina topline,
m - tjelesna težina,
(t_2-t_1) - razlika između početne i konačne temperature tijela,
c je specifični toplinski kapacitet tvari, koji se nalazi iz odgovarajućih tablica.

Pomoću ove formule možete izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela ili koju će to tijelo osloboditi pri hlađenju.

Količina topline se mjeri u džulima (1 J), kao i svaka vrsta energije. Međutim, ova vrijednost je uvedena ne tako davno, a ljudi su počeli mjeriti količinu topline mnogo ranije. I koristili su jedinicu koja se naširoko koristi u naše vrijeme - kalorija (1 cal). 1 kalorija je količina topline potrebna za zagrijavanje 1 grama vode za 1 stupanj Celzija. Vođeni ovim podacima, oni koji vole brojati kalorije u hrani koju jedu mogu, onako iz zabave, izračunati koliko litara vode mogu prokuhati s energijom koju unesu hranom tijekom dana.

1. Promjenu unutarnje energije vršenjem rada karakterizira količina rada, tj. rad je mjera promjene unutarnje energije u određenom procesu. Promjena unutarnje energije tijela pri prijenosu topline karakterizirana je veličinom tzv količina topline.

Količina topline je promjena unutarnje energije tijela tijekom procesa prijenosa topline bez izvršenja rada.

Količina topline je označena slovom ​\(Q\) ​. Budući da je količina topline mjera promjene unutarnje energije, njezina jedinica je joule (1 J).

Kada tijelo preda određenu količinu topline bez obavljanja rada, njegova unutarnja energija se povećava, a ako tijelo preda određenu količinu topline, tada mu se unutarnja energija smanjuje.

2. Ako u dvije jednake posude, jednu i 400 g, ulijete 100 g vode iste temperature i stavite ih na iste plamenike, tada će voda u prvoj posudi prije prokuhati. Dakle, što je tijelo veće, to je veća količina topline potrebna za zagrijavanje. Isto je i s hlađenjem: kada se tijelo veće mase hladi, ono odaje veću količinu topline. Ta su tijela građena od iste tvari i zagrijavaju se ili hlade za isti broj stupnjeva.

​3. Ako sada zagrijemo 100 g vode od 30 do 60 °C, t j . na 30 °C, a zatim do 100 °C, tj. za 70 °C, tada će u prvom slučaju trebati manje vremena da se zagrije nego u drugom, pa će prema tome zagrijavanje vode za 30 °C zahtijevati manje topline nego zagrijavanje vode za 70 °C. Dakle, količina topline izravno je proporcionalna razlici između konačne ​\((t_2\,^\circ C) \) ​ i početne \((t_1\,^\circ C) \) temperature: ​\( Q\sim(t_2- t_1) \) ​.

4. Ako sada u jednu posudu ulijete 100 g vode, au drugu istu posudu ulijete malo vode i u nju stavite metalno tijelo takve da njegova masa i masa vode budu 100 g i zagrijete posude na jednakim pločicama, tada primijetit ćete da će posuda koja sadrži samo vodu imati nižu temperaturu od one koja sadrži vodu i metalno tijelo. Dakle, da bi temperatura sadržaja u objema posudama bila ista, potrebno je više topline predati vodi nego vodi i metalnom tijelu. Dakle, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje je tijelo izgrađeno.

5. Ovisnost količine topline potrebne za zagrijavanje tijela o vrsti tvari karakterizira fizikalna veličina tzv. specifični toplinski kapacitet tvari.

Fizička veličina jednaka količini topline koja se mora predati 1 kg tvari da bi se zagrijala za 1 °C (ili 1 K) naziva se specifični toplinski kapacitet tvari.

1 kg tvari oslobađa istu količinu topline kada se ohladi za 1 °C.

Specifični toplinski kapacitet označava se slovom ​\(c\) ​. Jedinica specifičnog toplinskog kapaciteta je 1 J/kg °C ili 1 J/kg K.

Specifični toplinski kapacitet tvari određuje se eksperimentalno. Tekućine imaju veći specifični toplinski kapacitet od metala; Voda ima najveću specifičnu toplinu, zlato ima vrlo malu specifičnu toplinu.

Specifična toplina olova je 140 J/kg °C. To znači da je za zagrijavanje 1 kg olova za 1 °C potrebno utrošiti količinu topline od 140 J. Ista količina topline oslobodit će se kada se 1 kg vode ohladi za 1 °C.

Budući da je količina topline jednaka promjeni unutarnje energije tijela, možemo reći da specifični toplinski kapacitet pokazuje koliko se promijeni unutarnja energija 1 kg tvari pri promjeni njezine temperature za 1 °C. Konkretno, unutarnja energija 1 kg olova se povećava za 140 J kada se zagrije za 1 °C, a smanjuje se za 140 J kada se ohladi.

Količina topline ​\(Q \) ​ potrebna za zagrijavanje tijela mase ​\(m \) ​ od temperature \((t_1\,^\circ C) \) do temperature \((t_2\,^\ circ C) \) jednaka je umnošku specifičnog toplinskog kapaciteta tvari, mase tijela i razlike između konačne i početne temperature, tj.

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

​Ista formula se koristi za izračunavanje količine topline koju tijelo odaje hlađenjem. Samo u tom slučaju treba konačnu temperaturu oduzeti od početne temperature, tj. Oduzmite manju temperaturu od veće temperature.

6. Primjer rješenja problema. U čašu u kojoj se nalazi 200 g vode temperature 80 °C ulije se 100 g vode temperature 20 °C. Nakon toga je temperatura u posudi dosegla 60 °C. Koliko je topline primila hladna voda, a koliko topline otpustila topla voda?

Prilikom rješavanja problema morate izvršiti sljedeći niz radnji:

1. ukratko zapisati uvjete problema;
2. pretvoriti vrijednosti količina u SI;
3. analizirati problem, ustanoviti koja tijela sudjeluju u izmjeni topline, koja tijela odaju, a koja primaju energiju;
4. riješiti problem u općem obliku;
5. izvršiti izračune;
6. analizirati dobiveni odgovor.

1. Zadatak.

dano:
\(m_1 \) = 200 g
\(m_2\) = 100 g
\(t_1 \) = 80 °C
\(t_2 \) = 20 °C
\(t\) = 60 °C
______________

​\(Q_1 \) ​ — ? ​\(Q_2 \) ​ — ?
​\(c_1 \) ​ = 4200 J/kg °C

2. SI:\(m_1\) = 0,2 kg; \(m_2\) = 0,1 kg.

3. Analiza zadatka. Problem opisuje proces izmjene topline između tople i hladne vode. Vruća voda otpušta određenu količinu topline ​\(Q_1 \) ​ i hladi se od temperature ​\(t_1 \) ​ do temperature ​\(t \) ​. Hladna voda prima količinu topline ​\(Q_2 \) ​ i zagrijava se od temperature ​\(t_2 \) ​ do temperature ​\(t \) ​.

4. Rješenje problema u općem obliku. Količina topline koju daje topla voda izračunava se formulom: ​\(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) ​.

Količina topline koju primi hladna voda izračunava se po formuli: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .

5. Izračuni.
​\(Q_1 \) ​ = 4200 J/kg · °S · 0,2 kg · 20 °S = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J

6. Odgovor je da je količina topline koju predaje topla voda jednaka količini topline koju prima hladna voda. U ovom slučaju razmatrana je idealizirana situacija i nije uzeto u obzir da se određena količina topline koristi za zagrijavanje stakla u kojem se nalazi voda i okolnog zraka. U stvarnosti, količina topline koju predaje topla voda veća je od količine topline koju prima hladna voda.

1. dio

1. Specifični toplinski kapacitet srebra je 250 J/(kg °C). Što to znači?

1) kada se 1 kg srebra ohladi na 250 °C, oslobađa se količina topline od 1 J
2) kada se 250 kg srebra ohladi za 1 °C, oslobađa se količina topline od 1 J
3) kada se 250 kg srebra ohladi za 1 °C, apsorbira se količina topline od 1 J
4) kada se 1 kg srebra ohladi za 1 °C, oslobađa se količina topline od 250 J

2. Specifični toplinski kapacitet cinka je 400 J/(kg °C). To znači da

1) kada se 1 kg cinka zagrije na 400 °C, njegova unutarnja energija se poveća za 1 J
2) kada se 400 kg cinka zagrije za 1 °C, njegova unutarnja energija se poveća za 1 J
3) za zagrijavanje 400 kg cinka za 1 °C potrebno je utrošiti 1 J energije
4) kada se 1 kg cinka zagrije za 1 °C, njegova unutarnja energija se poveća za 400 J

3. Prilikom prijenosa količine topline ​\(Q \) ​ na čvrsto tijelo mase ​\(m \) ​, temperatura tijela se povećala za ​\(\Delta t^\circ \) ​. Koji od sljedećih izraza određuje specifični toplinski kapacitet tvari tog tijela?

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \) ​
4) \(Qm\Delta t^\circ \) ​

4. Na slici je prikazan graf ovisnosti količine topline potrebne za zagrijavanje dva tijela (1 i 2) iste mase o temperaturi. Usporedite vrijednosti specifičnog toplinskog kapaciteta (​\(c_1 \) ​ i ​\(c_2 \) ​) tvari od kojih su ta tijela sastavljena.

1) ​\(c_1=c_2 \) ​
2) ​\(c_1>c_2 \) ​
3)\(c_1 4) odgovor ovisi o vrijednosti mase tijela

5. Dijagram prikazuje količinu topline koja se prenosi na dva tijela jednake mase kada im se temperatura promijeni za isti broj stupnjeva. Koji odnos je točan za specifične toplinske kapacitete tvari od kojih su tijela građena?

1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)

6. Na slici je prikazan graf promjene temperature krutog tijela ovisno o količini topline koju odaje. Tjelesna težina 4 kg. Koliki je specifični toplinski kapacitet tvari ovog tijela?

1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)

7. Pri zagrijavanju kristalne tvari mase 100 g izmjerena je temperatura tvari i količina topline koja je privedena tvari. Podaci mjerenja prikazani su u obliku tablice. Uz pretpostavku da se gubici energije mogu zanemariti, odredite specifični toplinski kapacitet tvari u čvrstom stanju.

1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)

8. Da biste zagrijali 192 g molibdena za 1 K, potrebno mu je predati količinu topline od 48 J. Kolika je specifična toplina te tvari?

1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4·10 -3 J/(kg K)
4) 0,92 J/(kg K)

9. Kolika je količina topline potrebna da se 100 g olova zagrije s 27 na 47 °C?

1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ

10. Zagrijavanje opeke od 20 do 85 °C zahtijeva jednaku količinu topline kao zagrijavanje vode iste mase za 13 °C. Specifični toplinski kapacitet opeke je

1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)

11. S donjeg popisa tvrdnji odaberite dvije točne i upišite njihove brojeve u tablicu.

1) Količina topline koju tijelo primi kad mu se temperatura poveća za određeni broj stupnjeva jednaka je količini topline koju to tijelo preda kad mu se temperatura smanji za isti broj stupnjeva.
2) Kad se tvar hladi, njena unutarnja energija raste.
3) Količina topline koju tvar prima zagrijavanjem koristi se uglavnom za povećanje kinetičke energije njezinih molekula.
4) Količina topline koju tvar prima zagrijavanjem koristi se uglavnom za povećanje potencijalne energije interakcije njezinih molekula
5) Unutarnja energija tijela može se promijeniti samo ako mu se preda određena količina topline

12. U tablici su prikazani rezultati mjerenja mase ​\(m\) ​, promjena temperature ​\(\Delta t\) ​ i količine topline ​\(Q\) ​ koja se oslobađa tijekom hlađenja cilindara od bakra ili aluminija .

Koje tvrdnje odgovaraju rezultatima pokusa? Odaberite dva točna s ponuđenog popisa. Navedite njihove brojeve. Na temelju provedenih mjerenja može se tvrditi da je količina topline koja se oslobađa tijekom hlađenja

1) ovisi o tvari od koje je cilindar napravljen.
2) ne ovisi o tvari od koje je cilindar izrađen.
3) raste s povećanjem mase cilindra.
4) raste s povećanjem temperaturne razlike.
5) specifični toplinski kapacitet aluminija je 4 puta veći od specifičnog toplinskog kapaciteta kositra.

2. dio

C1.Čvrsto tijelo mase 2 kg stavi se u peć od 2 kW i počinje se zagrijavati. Na slici je prikazana ovisnost temperature ​\(t\) ​ ovog tijela o vremenu zagrijavanja ​\(\tau \) ​. Koliki je specifični toplinski kapacitet tvari?

1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)

Odgovori

Cilj učenja: Uvesti pojmove količine topline i specifičnog toplinskog kapaciteta.

Razvojni cilj: Razvijati pažljivost; naučiti razmišljati, donositi zaključke.

1. Ažuriranje teme

2. Objašnjenje novog gradiva. 50 min.

Već znate da se unutarnja energija tijela može mijenjati i radom i prijenosom topline (bez rada).

Energija koju tijelo dobiva ili gubi pri prijenosu topline naziva se količina topline. (zapisati u bilježnicu)

To znači da su jedinice za mjerenje količine topline također džuli ( J).

Provodimo pokus: dvije čaše u jednoj s 300 g vode, a u drugoj 150 g i željezni cilindar mase 150 g. Obje čaše su postavljene na istu pločicu. Nakon nekog vremena termometri će pokazati da se voda u posudi u kojoj se nalazi tijelo brže zagrijava.

To znači da zagrijavanje 150 g željeza zahtijeva manje topline nego zagrijavanje 150 g vode.

Količina topline predana tijelu ovisi o vrsti tvari od koje je tijelo izgrađeno. (zapisati u bilježnicu)

Postavljamo pitanje: je li potrebna ista količina topline da se tijela jednake mase, ali sastavljena od različitih tvari, zagriju na istu temperaturu?

Provodimo pokus s Tyndallovim uređajem za određivanje specifičnog toplinskog kapaciteta.

Zaključujemo: tijela sastavljena od različitih tvari, ali iste mase, odustaju pri hlađenju i zahtijevaju različite količine topline pri zagrijavanju za isti broj stupnjeva.

Izvodimo zaključke:

1. Za zagrijavanje tijela jednake mase, koja se sastoje od različitih tvari, na istu temperaturu potrebne su različite količine topline.

2. Tijela jednake mase, koja se sastoje od različitih tvari i zagrijana su na istu temperaturu. Pri hlađenju za isti broj stupnjeva oslobađaju se različite količine topline.

Zaključujemo da količina topline potrebna za zagrijavanje jedinice mase različitih tvari za jedan stupanj će varirati.

Dajemo definiciju specifičnog toplinskog kapaciteta.

Fizikalna veličina brojčano jednaka količini topline koja se mora predati tijelu mase 1 kg da bi mu se temperatura promijenila za 1 stupanj naziva se specifični toplinski kapacitet tvari.

Unesite mjernu jedinicu za specifični toplinski kapacitet: 1J/kg*stupanj.

Fizičko značenje pojma : Specifični toplinski kapacitet pokazuje za koliko se promijeni unutarnja energija 1g (kg) tvari kada se zagrije ili ohladi za 1 stupanj.

Pogledajmo tablicu specifičnih toplinskih kapaciteta nekih tvari.

Problem rješavamo analitički

Koliko je topline potrebno za zagrijavanje čaše vode (200 g) od 20 0 do 70 0 C.

Za zagrijavanje 1 g po 1 g potrebno je 4,2 J.

A za zagrijavanje 200 g za 1 g, trebat će 200 više - 200 * 4,2 J.

A za zagrijavanje 200 g za (70 0 -20 0) trebat će još (70-20) više - 200 * (70-20) * 4,2 J

Zamjenom podataka dobivamo Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.

Napišimo dobivenu formulu u terminima odgovarajućih veličina

4. Što određuje količinu topline koju tijelo primi zagrijavanjem?

Imajte na umu da je količina topline potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela proporcionalna masi tijela i promjeni njegove temperature.,

Dva su cilindra jednake mase: željezni i mjedeni. Je li potrebna ista količina topline da se zagriju za isti broj stupnjeva? Zašto?

Kolika je količina topline potrebna da se 250 g vode zagrije s 20 o na 60 0 C.

Kakav je odnos između kalorija i džula?

Kalorija je količina topline potrebna za zagrijavanje 1 g vode za 1 stupanj.

1 cal = 4,19 = 4,2 J

1 kcal = 1000 cal

1kcal=4190J=4200J

3. Rješavanje problema. 28 min.

Ako se cilindri od olova, kositra i čelika težine 1 kg zagrijani u kipućoj vodi stave na led, oni će se ohladiti i dio leda ispod njih će se otopiti. Kako će se promijeniti unutarnja energija cilindara? Pod kojim će se cilindrom otopiti više leda, pod kojim manje?

Zagrijani kamen mase 5 kg. Hlađenjem u vodi za 1 stupanj predaje joj 2,1 kJ energije. Koliki je specifični toplinski kapacitet kamena?

Prilikom kaljenja dlijeto je prvo zagrijano na 650 0, zatim je spušteno u ulje, gdje se ohladilo na 50 0 C. Kolika se količina topline oslobodila ako je njegova masa 500 grama.

Koliko je topline utrošeno za zagrijavanje čeličnog obrasca radilice kompresora težine 35 kg od 20 0 do 1220 0 C.

Samostalni rad

Koja vrsta prijenosa topline?

Učenici popunjavaju tablicu.

1. Zrak u prostoriji se zagrijava kroz zidove.
2. Kroz otvoreni prozor u koji ulazi topli zrak.
3. Kroz staklo koje propušta sunčeve zrake.
4. Zemlju zagrijavaju sunčeve zrake.
5. Tekućina se zagrijava na štednjaku.
6. Čelična žlica se grije čajem.
7. Zrak se zagrijava svijećom.
8. Plin se kreće u blizini dijelova stroja koji stvaraju gorivo.
9. Zagrijavanje cijevi mitraljeza.
10. Kipuće mlijeko.

5. Domaća zadaća: Peryshkin A.V. “Fizika 8” § §7, 8; zbirka zadataka 7-8 Lukashik V.I. br. 778-780, 792,793 2 min.

Proces prijenosa energije s jednog tijela na drugo bez vršenja rada naziva se izmjena topline ili prijenos topline. Izmjena topline odvija se između tijela različitih temperatura. Kada se uspostavi kontakt između tijela s različitim temperaturama, dio unutarnje energije prelazi s tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom. Energija koja se prenosi na tijelo kao rezultat izmjene topline naziva se količina topline.

Specifični toplinski kapacitet tvari:

Ako proces prijenosa topline nije popraćen radom, tada je na temelju prvog zakona termodinamike količina topline jednaka promjeni unutarnje energije tijela: .

Prosječna energija nasumičnog translatornog gibanja molekula proporcionalna je apsolutnoj temperaturi. Promjena unutarnje energije tijela jednaka je algebarskom zbroju promjena energije svih atoma ili molekula, čiji je broj proporcionalan masi tijela, dakle promjena unutarnje energije i, prema tome, količina topline proporcionalna je masi i promjeni temperature:

Faktor proporcionalnosti u ovoj jednadžbi naziva se specifični toplinski kapacitet tvari. Specifični toplinski kapacitet pokazuje koliko je topline potrebno za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 K.

Rad iz termodinamike:

U mehanici se rad definira kao umnožak modula sile i pomaka i kosinusa kuta između njih. Rad se vrši kada na tijelo koje se kreće djeluje sila i jednak je promjeni njegove kinetičke energije.

U termodinamici se ne razmatra kretanje tijela kao cjeline, već govorimo o kretanju dijelova makroskopskog tijela jedan u odnosu na drugi. Zbog toga se volumen tijela mijenja, ali njegova brzina ostaje jednaka nuli. Rad se u termodinamici definira na isti način kao i u mehanici, ali je jednak promjeni ne kinetičke energije tijela, već njegove unutarnje energije.

Prilikom obavljanja rada (kompresija ili ekspanzija) mijenja se unutarnja energija plina. Razlog tome je: tijekom elastičnih sudara molekula plina s pokretnim klipom mijenja se njihova kinetička energija.

Izračunajmo rad koji plin izvrši tijekom širenja. Plin djeluje silom na klip
, Gdje - tlak plina, i - površina klip Kada se plin širi, klip se pomiče u smjeru sile kratka udaljenost
. Ako je udaljenost mala, tada se tlak plina može smatrati konstantnim. Rad koji izvrši plin je:

Gdje
- promjena volumena plina.

U procesu širenja plina vrši pozitivan rad, jer se smjer sile i pomaka podudaraju. Tijekom procesa širenja, plin oslobađa energiju okolnim tijelima.

Rad vanjskih tijela nad plinom razlikuje se od rada plina samo po predznaku
, budući da snaga , koja djeluje na plin, suprotna je sili , kojim plin djeluje na klip, a jednak mu je po modulu (treći Newtonov zakon); a kretanje ostaje isto. Stoga je rad vanjskih sila jednak:

.

Prvi zakon termodinamike:

Prvi zakon termodinamike je zakon održanja energije, proširen na toplinske pojave. Zakon očuvanja energije: Energija u prirodi ne nastaje ni iz čega i ne nestaje: količina energije je nepromijenjena, samo prelazi iz jednog oblika u drugi.

Termodinamika razmatra tijela čije težište ostaje gotovo nepromijenjeno. Mehanička energija takvih tijela ostaje konstantna, a mijenja se samo unutarnja energija.

Unutarnja se energija može mijenjati na dva načina: prijenos topline i rad. U općem slučaju unutarnja se energija mijenja i zbog prijenosa topline i zbog obavljenog rada. Prvi zakon termodinamike formuliran je upravo za takve opće slučajeve:

Promjena unutarnje energije sustava pri prijelazu iz jednog stanja u drugo jednaka je zbroju rada vanjskih sila i količine topline koja je predana sustavu:

Ako je sustav izoliran, tada se na njemu ne radi nikakav rad i on ne izmjenjuje toplinu s okolnim tijelima. Prema prvom zakonu termodinamike unutarnja energija izoliranog sustava ostaje nepromijenjena.

S obzirom na to
, prvi zakon termodinamike može se napisati na sljedeći način:

Količina topline prenesena u sustav ide za promjenu njegove unutarnje energije i za obavljanje rada na vanjskim tijelima od strane sustava.

Drugi zakon termodinamike: Nemoguće je prenijeti toplinu iz hladnijeg sustava u topliji bez drugih istodobnih promjena u oba sustava ili u okolnim tijelima.