Чем обозначается количество теплоты
Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества.
Количеством теплоты называют количественную меру изменения внутренней энергии тела при теплообмене (или теплопередаче).
Количество теплоты — это энергия, которую тело отдает при теплообмене (без совершения работы). Количество теплоты, как и энергия, измеряется в джоулях (Дж).
Удельная теплоемкость вещества.
Теплоемкость — это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус.
Теплоемкость тела обозначается заглавной латинской буквой С.
От чего зависит теплоемкость тела? Прежде всего, от его массы. Ясно, что для нагрева, например, 1 килограмма воды потребуется больше тепла, чем для нагрева 200 граммов.
А от рода вещества? 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. Наблюдая за показаниями термометров, мы увидим, что масло нагревается быстрое. 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 одинаковой температуры требуется разное количество теплоты. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела и, следовательно, его теплоемкость зависят 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 ºС, называется удельной теплоемкостью этого вещества.
У каждого вещества своя удельная теплоемкость, которая обозначается латинской буквой с и измеряется в джоулях на килограмм-градус (Дж/(кг ·°С)).
Заметим, что вода имеет очень большую удельную теплоемкость. Поэтому вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из воздуха большое количество тепла. Благодаря этому в тех местах, которые расположены вблизи больших водоемов, лето не бывает таким жарким, как в местах, удаленных от воды.
Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.
Из вышеизложенного ясно, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого состоит тело (т. е. его удельной теплоемкости), и от массы тела. Ясно также, что количество теплоты зависит от того, на сколько градусов мы собираемся увеличить температуру тела.
Итак, чтобы определить количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость тела умножить на его массу и на разность между его конечной и начальной температурами:
где Q — количество теплоты, c — удельная теплоемкость, m — масса тела, t1 — начальная температура, t2 — конечная температура.
Чем обозначается количество теплоты
Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.
Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы. Количество теплоты обозначают буквой Q.
Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.
В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.
При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.
Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость
Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.
Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.
Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.
Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t1°С до температуры t2°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.
Q = c ∙ m (t2 — t1)
По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.
Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия:
Чем обозначается количество теплоты
Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.
Количество тепловой энергии в веществе нельзя определить, наблюдая за движением каждой его молекулы по отдельности. Напротив, только изучая макроскопические свойства вещества, можно найти усредненные за некий период времени характеристики микроскопического движения многих молекул. Температура вещества – это средний показатель интенсивности движения молекул, энергия которого и есть тепловая энергия вещества.
Один из самых привычных, но и наименее точных способов оценки температуры – на ощупь. Трогая предмет, мы судим о том, горячий он или холодный, ориентируясь на свои ощущения. Конечно, эти ощущения зависят от температуры нашего тела, что подводит нас к понятию теплового равновесия – одному из важнейших при измерении температуры.
Тепловое равновесие. Очевидно, что если два тела A и B плотно прижать друг к другу, то, потрогав их спустя достаточно долгое время, мы заметим, что температура их одинакова. В этом случае говорят, что тела A и B находятся в тепловом равновесии друг с другом. Однако тела, вообще говоря, не обязательно должны соприкасаться, чтобы между ними существовало тепловое равновесие, – достаточно, чтобы их температуры были од инак овыми.
Нагревание и охлаждение
Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле
Плавление и кристаллизация
Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле
Парообразование (испарение или кипение) и конденсация
Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества
Количество теплоты — формула, уравнения и расчеты
Физика под удельной теплоемкостью понимает количество теплоты, которое термодинамическое вещество или система способно поглотить до повышения температуры.
Определение из учебника говорит, что это количество тепла, необходимое для создания температуры при нагревании.
Количество теплоты
Единица измерения — джоуль. Другой распространенной формой измерения является использование калорий.
Обозначается латинской буквой Q.
Удельная теплоемкость вещества
Это физическая величина, выражающая количество тепла, необходимое веществу на единицу массы для повышения температуры на одну единицу.
Таким образом, удельная теплоёмкость является свойством вещества, поскольку его значение является репрезентативным для каждого вещества, каждое из которых, в свою очередь, имеет различные значения в зависимости от того, в каком состоянии оно находится (жидкое, твердое или газообразное).
Удельная теплоёмкость обозначается маленькой буквой c и измеряется в Дж/кг∗°С, представляет собой коэффициент повышения температуры в одной единице всей системы или всей массы вещества.
Кроме того, удельная теплоёмкость меняется в зависимости от физического состояния вещества, особенно в случае твердых частиц и газов, поскольку его молекулярная структура влияет на теплопередачу в системе частиц. То же самое относится и к условиям атмосферного давления: чем выше давление, тем ниже удельное тепло.
Основной состав удельной теплоты вещества должен быть с = С/m, т. е. удельная теплота равна соотношению калорийности и массы. Однако когда это применяется к данному изменению температуры, говорят о средней удельной теплоемкости, которая рассчитывается на основе следующей формулы:
Q — передача тепловой энергии между системой и средой (Дж);
m — масса системы (кг);
Δt или (t2 — t1) — повышение температуры, которой она подвергается (°C).
Формула для нахождения количества теплоты Q:
Чем выше удельная теплоёмкость вещества, тем больше тепловой энергии потребуется, чтобы его температура повысилась. Например, для нагрева воды (своды = 4200 Дж/кг∗°С) потребуется больше тепловой энергии, чем для нагрева свинца (ссвинца = 140 Дж/кг∗°С).
Уравнение теплового баланса:
Q отданное + Q полученное = 0.
Ниже представлена таблица значений удельной теплоёмкости некоторых веществ:
Примеры решения задач
Следующие задачи покажут примеры расчета необходимого количества теплоты.
Задача №1
Задача №2
В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100°С?
Начнем решение и отметим, что нагреваться будет и котёл, и вода. Разница температур составит 100 0 С — 10 0 С = 90 0 С. Т. е. и температура котла изменится на 90 градусов, и температура воды также изменится на 90 градусов.
Количества теплоты, которые получили оба объекта (Q1
– для котла и Q2 — для воды), не будут одинаковыми. Мы найдем общее количество теплоты по формуле теплового баланса Q = Q1 + Q2.
Количество теплоты. Удельная теплоёмкость
Урок 5. Физика 8 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость»
Нам с вами уже известно любое тело обладает внутренней энергией, которая представляет собой сумму кинетической энергии теплового движения частиц тела, и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.
А изменить внутреннюю энергию тела можно двумя способами — это путём совершения механической работы и теплопередачей.
Мы знаем, что мерой изменения внутренней энергии при совершении работы является величина этой работы. Тогда возникает логичный вопрос: а с помощью какой величины можно охарактеризовать изменение внутренней энергии тела при теплопередаче?
Такой величиной является количество теплоты.
Количество теплоты — это скалярная физическая величина, которая равна изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы.
Обозначается количество теплоты буквой «Q». А единицей её измерения в СИ является Дж.
Наверняка вы слышали и о такой единице измерения теплоты, как калория или килокалория. Откуда же она взялась? Всё дело в том, что измерять количество теплоты учёные начали давно, ещё за долго до введения понятия энергии. Поэтому практически все учёные восемнадцатого и первой половины девятнадцатого века рассматривали теплоту не как изменение внутренней энергии тела, а как особое вещество — теплород. Теплородом называлась особая жидкость, которая, по их мнению, могла перетекать от одного тела к другому. Так, например, считалось, что если происходит нагревание тела, то теплород в него вливается. Если же тело охлаждалось — то, наоборот, считали, что теплород выливается из тела.
При этом, по их мнению, теплород обладал объёмом, так как при увеличении температуры, тела расширяются. Однако в данной теории был и существенный недостаток: если теплород — это вещество, то тела при нагревании должны бы увеличиваться в массе. Однако многочисленные опыты показывали, что масса тела при нагреваниях не изменялась. Тогда теплород стали считать невесомой жидкостью.
Теорию теплорода поддерживали многие учёные того времени, кроме Дж. Джоуля, который, на основании проведённых серии экспериментов, пришёл к выводу о том, что такого вещества, как теплород, не существует. И что теплота — это мера изменения кинетической энергии движущихся частиц тела и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом. Однако введённая на основании теории теплорода единица количества теплоты — калория, дожила и до наших дней.
1 кал — это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 г воды на 1 о С.
Давайте с вами выясним, от чего же зависит количество теплоты? Ответим на этот вопрос, проведя серию небольших экспериментов.
Для начала, возьмём два одинаковых сосуда. В один из них нальём 200 г воды, а в другой 500 г. И удостоверимся в том, что в обоих сосудах начальная температура воды равная. Поместим под сосуды две абсолютно одинаковые спиртовки и зажжём их.
По истечении нескольких минут мы заметим, что вода в первом сосуде нагреется на большее число градусов, чем во втором, хотя оба сосуда получили одно и тоже количество теплоты.
Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется к нему подвести для нагревания на одно и тоже число градусов.
Соответственно, если тело охлаждается, то оно будет отдавать тем больше теплоты, чем больше его масса. Конечно же речь идёт о телах из одного и того же вещества, и нагреваются они или остывают на одно и то же число градусов.
Значит, количество теплоты, которое необходимо затратить на нагревание тела, прямо пропорционально массе этого тела.
Внесём некоторые изменения в опыт. Будем нагревать на одинаковых спиртовках в одном сосуде 200 г воды от 20 о С до 50 о С. А в другом, таком же сосуде, — 200 г воды от 20 о С до 80 о С. По секундомеру будем следить за временем нагревания воды в обоих сосудах.
На нагревание воды на 30 о С уходит почти в 2 раза меньше времени, чем на нагревание такой же массы воды на 60 о С. Значит, количество теплоты, которое тратится на нагревание воды на 30 о С, меньше, чем то, которое нам необходимо затратить для нагревания той же массы воды, но на 60 о С.
Таким образом, можем сделать вывод о том, что количество теплоты прямо пропорционально изменению температуры тела.
Но только ли от массы и разности температур зависит количество теплоты? И вновь вернёмся к опыту. Опять берём два одинаковых сосуда. Но теперь, в один из них нальём, например, 500 г воды, а во второй — такое же количество растительного или подсолнечного масла. И вновь будем нагревать их на одинаковых спиртовках.
Через некоторое время измерим температуры жидкостей в обоих сосудах. Заметим, что, получив за одинаковый промежуток времени от нагревателя равное с водой количество теплоты, масло нагрелось сильнее.
Следовательно, чтобы температура жидкостей в обоих сосудах была равной, воде нужно передать больше теплоты, чем маслу. Значит, количество теплоты, которое необходимо затратить для увеличения температуры тела, зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.
Эта зависимость характеризуется величиной, которая называется удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость вещества — это физическая скалярная величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу массой 1 кг для его нагревания на 1 о С.
Следует помнить о том, что такое же количество теплоты отдаёт тело массой 1 кг при своём охлаждении на 1 о С.
Удельная теплоёмкость обозначается буквой «c». Из определения следует, что единицей удельной теплоёмкости является 
.
Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально.
Как видно из таблицы, жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы. Самую большую удельную теплоёмкость, из приведённых в таблице веществ, имеет вода: на нагревание 1 кг воды на 1 о С необходимо затратить 4200 Дж теплоты.
Таким образом, количество теплоты, которое затрачивается на нагревание тела зависит от трёх факторов: массы тела, рода вещества, из которого изготовлено тело, и разности температур в конечном и начальном состояниях:
Эта же формула позволит рассчитать количество теплоты, которое выделяет тело при охлаждении. Но так как конечная температура остывшего тела меньше его начальной температуры, то выделяемое телом количество теплоты будет выражается отрицательным числом. Знак «−» будет указывать нам на то, что внутренняя энергия тела уменьшается.
При теплообмене двух или нескольких тел абсолютное значение количества теплоты, которое отдало более нагретое тело, равно количеству теплоты, которое было получено телом, более холодным:
Это равенство называется уравнением теплового баланса и выражает закон сохранения энергии. Оно справедливо при отсутствии потерь теплоты.