Aké veľké teplo. Vnútorná energia. Práca a teplo
Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla alebo prenos tepla. Výmena tepla prebieha medzi telesami s rôznymi teplotami. Pri nadviazaní kontaktu medzi telesami s rôznymi teplotami sa časť vnútornej energie prenáša z telesa s vyššou vysoká teplota k telu, ktorého teplota je nižšia. Energia odovzdaná telesu v dôsledku výmeny tepla sa nazýva množstvo tepla.
Špecifická tepelná kapacita látky:
Ak proces prenosu tepla nie je sprevádzaný prácou, potom na základe prvého zákona termodynamiky množstvo tepla rovná zmene vnútornej energie tela: .
Priemerná energia náhodného translačného pohybu molekúl je úmerná absolútnej teplote. Zmena vnútornej energie telesa sa rovná algebraickému súčtu zmien energie všetkých atómov alebo molekúl, ktorých počet je úmerný hmotnosti telesa, preto zmena vnútornej energie, a teda, množstvo tepla je úmerné hmotnosti a zmene teploty:
Faktor proporcionality v tejto rovnici sa nazýva merná tepelná kapacita látky. Merná tepelná kapacita ukazuje, koľko tepla je potrebné na zohriatie 1 kg látky o 1 K.
Práca v termodynamike:
V mechanike je práca definovaná ako súčin modulov sily a posunutia a kosínus uhla medzi nimi. Práca sa vykoná, keď sila pôsobí na pohybujúce sa teleso a rovná sa zmene jeho kinetickej energie.
V termodynamike sa neberie do úvahy pohyb telesa ako celku, hovoríme o o pohybe častí makroskopického telesa voči sebe navzájom. V dôsledku toho sa objem tela mení, ale jeho rýchlosť zostáva rovná nule. Práca v termodynamike je definovaná rovnako ako v mechanike, ale rovná sa zmene nie kinetickej energie telesa, ale jeho vnútornej energie.
Pri vykonávaní práce (stlačenie alebo expanzia) sa vnútorná energia plynu mení. Dôvodom je: pri pružných zrážkach molekúl plynu s pohybujúcim sa piestom sa mení ich kinetická energia.
Vypočítajme prácu, ktorú vykoná plyn počas expanzie. Plyn pôsobí silou na piest 
, Kde 
- tlak plynu a 
- plocha povrchu 
piest Keď plyn expanduje, piest sa pohybuje v smere sily 
krátka vzdialenosť 
. Ak je vzdialenosť malá, tlak plynu možno považovať za konštantný. Práca vykonaná plynom je:
Kde 
- zmena objemu plynu.
V procese expanzie plynu vykonáva pozitívnu prácu, pretože smer sily a posunu sa zhodujú. Počas procesu expanzie plyn uvoľňuje energiu do okolitých telies.
Práca vykonaná vonkajšími telesami na plyne sa líši od práce vykonanej plynom iba v znamienkach 
, pretože silu 
, pôsobiaci na plyn, je opačný ako sila 
, s ktorým plyn pôsobí na piest a rovná sa mu v module (tretí Newtonov zákon); a pohyb zostáva rovnaký. Preto sa práca vonkajších síl rovná:
.
Prvý zákon termodynamiky:
Prvý zákon termodynamiky je zákon zachovania energie, rozšírený na tepelné javy. Zákon zachovania energie: Energia v prírode nevzniká z ničoho a nezaniká: množstvo energie sa nemení, iba prechádza z jednej formy do druhej.
Termodynamika považuje telesá, ktorých ťažisko zostáva prakticky nezmenené. Mechanická energia takýchto telies zostáva konštantná a môže sa meniť iba vnútorná energia.
Vnútorná energia sa môže meniť dvoma spôsobmi: prenosom tepla a prácou. Vo všeobecnosti sa vnútorná energia mení tak v dôsledku prenosu tepla, ako aj v dôsledku vykonanej práce. Prvý zákon termodynamiky je formulovaný presne pre takéto všeobecné prípady:
Zmena vnútornej energie systému počas jeho prechodu z jedného stavu do druhého sa rovná súčtu práce vonkajších síl a množstva tepla preneseného do systému:
Ak je systém izolovaný, tak sa na ňom nepracuje a nevymieňa si teplo s okolitými telesami. Podľa prvého zákona termodynamiky vnútorná energia izolovaného systému zostáva nezmenená.
Zvažujem to 
Prvý termodynamický zákon možno napísať takto:
Množstvo tepla preneseného do systému ide na zmenu jeho vnútornej energie a na vykonanie práce na vonkajších telesách systémom.
Druhý zákon termodynamiky: Prenos tepla z chladnejšej sústavy do teplejšej je nemožný bez iných súčasných zmien v oboch sústavách alebo v okolitých telesách.
Čo sa na sporáku rýchlejšie zohreje – rýchlovarná kanvica alebo vedro s vodou? Odpoveď je zrejmá – čajník. Potom je druhá otázka prečo?
Odpoveď nie je o nič menej zrejmá - pretože množstvo vody v kanvici je menšie. Skvelé. A teraz si môžete urobiť skutočný fyzický zážitok sami doma. Na to budete potrebovať dva rovnaké malé hrnce, rovnaké množstvo vody a zeleninový olej, napríklad pol litra a sporák. Umiestnite hrnce s olejom a vodou na rovnaké teplo. Teraz už len sledujte, čo sa rýchlejšie zahreje. Ak máte teplomer na tekutiny, môžete ho použiť, ak nie, teplotu si môžete jednoducho z času na čas vyskúšať prstom, len si dávajte pozor, aby ste sa nepopálili. V každom prípade čoskoro uvidíte, že olej sa zohrieva oveľa rýchlejšie ako voda. A ešte jedna otázka, ktorá sa dá realizovať aj formou zážitku. Čo bude vrieť rýchlejšie - teplá voda alebo studená? Všetko je opäť zrejmé – prvý bude v cieli teplý. Prečo všetky tieto zvláštne otázky a experimenty? Na určenie fyzikálnej veličiny nazývanej „množstvo tepla“.
Množstvo tepla
Množstvo tepla je energia, ktorú telo stratí alebo získa pri prenose tepla. To je jasné už z názvu. Pri ochladzovaní telo stratí určité množstvo tepla a pri zahrievaní absorbuje. A odpovede na naše otázky nám ukázali Od čoho závisí množstvo tepla? Po prvé, čím väčšia je hmotnosť telesa, tým väčšie množstvo tepla musí byť vynaložené na zmenu jeho teploty o jeden stupeň. Po druhé, množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa závisí od látky, z ktorej pozostáva, teda od typu látky. A po tretie, pre naše výpočty je dôležitý aj rozdiel telesnej teploty pred a po prestupe tepla. Na základe vyššie uvedeného môžeme určiť množstvo tepla pomocou vzorca:
Q=cm(t_2-t_1),
kde Q je množstvo tepla,
m - telesná hmotnosť,
(t_2-t_1) - rozdiel medzi počiatočnou a konečnou telesnou teplotou,
c je merná tepelná kapacita látky zistená z príslušných tabuliek.
Pomocou tohto vzorca môžete vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie akéhokoľvek telesa alebo ktoré toto teleso uvoľní pri ochladzovaní.
Množstvo tepla sa meria v jouloch (1 J), ako každý typ energie. Táto hodnota však bola zavedená nie tak dávno a ľudia začali merať množstvo tepla oveľa skôr. A použili jednotku, ktorá je v našej dobe široko používaná - kalória (1 cal). 1 kalória je množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Na základe týchto údajov si tí, ktorí radi počítajú kalórie v jedle, môžu pre zábavu vypočítať, koľko litrov vody sa dá uvariť s energiou, ktorú skonzumujú s jedlom počas dňa.
Ako je známe, počas rôznych mechanických procesov dochádza k zmene mechanickej energie W meh. Mierou zmeny mechanickej energie je práca síl pôsobiacich na systém:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
Pri výmene tepla dochádza k zmene vnútornej energie tela. Mierou zmeny vnútornej energie počas prenosu tepla je množstvo tepla.
Množstvo tepla je mierou zmeny vnútornej energie, ktorú telo prijíma (alebo sa vzdáva) počas procesu výmeny tepla.
Práca aj množstvo tepla teda charakterizujú zmenu energie, ale nie sú totožné s energiou. Necharakterizujú stav samotného systému, ale určujú proces energetického prechodu z jedného typu do druhého (z jedného telesa do druhého), keď sa stav mení a výrazne závisia od charakteru procesu.
Hlavný rozdiel medzi prácou a množstvom tepla je v tom, že práca charakterizuje proces zmeny vnútornej energie systému sprevádzaný premenou energie z jedného typu na druhý (z mechanickej na vnútornú). Množstvo tepla charakterizuje proces prenosu vnútornej energie z jedného telesa do druhého (od viac ohriateho k menej ohriatemu), nesprevádzaný energetickými premenami.
Skúsenosti ukazujú, že množstvo tepla potrebné na zahriatie telesnej hmoty m na teplote T 1 na teplotu T 2, vypočítané podľa vzorca
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
Kde c- merná tepelná kapacita látky;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
Jednotkou SI mernej tepelnej kapacity je joule na kilogram Kelvina (J/(kg K)).
Špecifické teplo c sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré sa musí odovzdať telesu s hmotnosťou 1 kg, aby sa zohrialo o 1 K.
Tepelná kapacita telo C T sa číselne rovná množstvu tepla potrebnému na zmenu telesnej teploty o 1 K:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
Jednotkou SI tepelnej kapacity telesa je joule na Kelvin (J/K).
Na premenu kvapaliny na paru pri konštantnej teplote je potrebné vynaložiť množstvo tepla
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
Kde L- špecifické teplo vyparovania. Pri kondenzácii pary sa uvoľňuje rovnaké množstvo tepla.
Aby sa roztavilo kryštalické teleso váž m pri bode topenia potrebuje telo komunikovať množstvo tepla
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
Kde λ - špecifické teplo topenia. Keď telo kryštalizuje, uvoľňuje sa rovnaké množstvo tepla.
Množstvo tepla uvoľneného počas úplného spaľovania masy paliva m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
Kde q- špecifické spalné teplo.
Jednotkou SI špecifických teplôt vyparovania, topenia a spaľovania je joule na kilogram (J/kg).
Literatúra
Aksenovič L. A. Fyzika na strednej škole: teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné vzdelávanie. prostredie, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - S. 154-155.
Ako už vieme, vnútorná energia telesa sa môže meniť tak pri práci, ako aj pri prenose tepla (bez práce). Hlavný rozdiel medzi prácou a množstvom tepla je v tom, že práca určuje proces premeny vnútornej energie systému, ktorý je sprevádzaný premenou energie z jedného druhu na druhý.
V prípade, že dôjde k zmene vnútornej energie pomocou o prenos tepla, prenos energie z jedného tela do druhého sa uskutočňuje v dôsledku tepelná vodivosť, žiarenia, príp konvekcia.
Energia, ktorú telo stráca alebo získava pri prenose tepla, sa nazýva množstvo tepla.
Pri výpočte množstva tepla musíte vedieť, aké veličiny ho ovplyvňujú.
Budeme ohrievať dve nádoby pomocou dvoch rovnakých horákov. Jedna nádoba obsahuje 1 kg vody, druhá obsahuje 2 kg. Teplota vody v oboch nádobách je spočiatku rovnaká. Vidíme, že za rovnaký čas sa voda v jednej z nádob zohreje rýchlejšie, hoci obe nádoby dostávajú rovnaké množstvo tepla.
Dospeli sme teda k záveru: čím väčšia je hmotnosť daného telesa, tým väčšie množstvo tepla sa musí vynaložiť, aby sa jeho teplota znížila alebo zvýšila o rovnaký počet stupňov.
Keď sa teleso ochladzuje, vydáva väčšie množstvo tepla susedným objektom, čím väčšia je jeho hmotnosť.
Všetci vieme, že ak potrebujeme zohriať plnú kanvicu s vodou na teplotu 50°C, strávime týmto úkonom menej času, ako ohrievaním kanvice s rovnakým objemom vody, ale len na 100°C. V prípade číslo jedna bude vode odovzdané menej tepla ako v prípade dva.
Množstvo tepla potrebného na vykurovanie teda priamo závisí od toho, či koľko stupňov telo sa môže zahriať. Môžeme skonštatovať: množstvo tepla priamo závisí od rozdielu telesnej teploty.
Je však možné určiť množstvo tepla potrebného na to, aby sa neohrievala voda, ale nejaká iná látka, povedzme olej, olovo alebo železo?
Naplňte jednu nádobu vodou a druhú naplňte rastlinným olejom. Hmotnosti vody a oleja sú rovnaké. Obe nádoby rovnomerne zohrejeme na rovnakých horákoch. Začnime experiment pri rovnakých počiatočných teplotách rastlinného oleja a vody. O päť minút neskôr, keď sme zmerali teploty ohriateho oleja a vody, si všimneme, že teplota oleja je oveľa vyššia ako teplota vody, hoci obe kvapaliny dostali rovnaké množstvo tepla.
Jednoznačný záver je: Pri zahrievaní rovnakých množstiev oleja a vody pri rovnakej teplote je potrebné rôzne množstvo tepla.
A hneď vyvodíme ďalší záver: množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa priamo závisí od látky, z ktorej sa telo skladá (druh látky).
Množstvo tepla potrebného na zahriatie telesa (alebo uvoľneného pri ochladzovaní) teda priamo závisí od hmotnosti telesa, premenlivosti jeho teploty a druhu látky.
Množstvo tepla sa označuje symbolom Q. Podobne ako iné rôzne druhy energie sa množstvo tepla meria v jouloch (J) alebo kilojouloch (kJ).
1 kJ = 1000 J
História však ukazuje, že vedci začali merať množstvo tepla dávno predtým, ako sa pojem energie objavil vo fyzike. V tom čase bola vyvinutá špeciálna jednotka na meranie množstva tepla - kalórie (cal) alebo kilokalórie (kcal). Slovo má latinské korene, calor - teplo.
1 kcal = 1000 kcal
Kalórie– to je množstvo tepla potrebné na zohriatie 1 g vody o 1°C
1 kal = 4,19 J ≈ 4,2 J
1 kcal = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4,2 kJ
Stále máte otázky? Neviete ako si spraviť domácu úlohu?
Ak chcete získať pomoc od tútora -.
Prvá lekcia je zadarmo!
blog.site, pri kopírovaní celého materiálu alebo jeho časti je potrebný odkaz na pôvodný zdroj.
>>Fyzika: Množstvo tepla
Vnútornú energiu plynu vo valci môžete meniť nielen vykonávaním práce, ale aj zahrievaním plynu.
Ak opravíte piest ( Obr.13.5), potom sa objem plynu pri zahrievaní nemení a nevykonáva sa žiadna práca. Ale teplota plynu, a teda aj jeho vnútorná energia, sa zvyšuje.
Proces prenosu energie z jedného tela do druhého bez vykonania práce sa nazýva výmena tepla alebo prenos tepla.
Kvantitatívna miera zmeny vnútornej energie pri prenose tepla sa nazýva množstvo tepla. Množstvo tepla sa tiež nazýva energia, ktorú telo vydáva pri výmene tepla.
Molekulový obraz prenosu tepla
Počas výmeny tepla sa energia nepremieňa z jednej formy na druhú; časť vnútornej energie horúceho telesa sa prenáša na studené teleso.
Množstvo tepla a tepelná kapacita. Už viete, že zahriať hmotné teleso m na teplote t 1 až do teploty t 2 je potrebné do nej odovzdať množstvo tepla:
Keď sa teleso ochladí, jeho konečná teplota je t 2 sa ukáže byť nižšia ako počiatočná teplota t 1 a množstvo tepla, ktoré telo vydáva, je záporné.
Koeficient c vo vzorci (13.5) sa nazýva Špecifická tepelná kapacita látok. Špecifická tepelná kapacita je hodnota, ktorá sa číselne rovná množstvu tepla, ktoré látka s hmotnosťou 1 kg prijme alebo uvoľní, keď sa jej teplota zmení o 1 K.
Špecifická tepelná kapacita závisí nielen od vlastností látky, ale aj od procesu, ktorým dochádza k prenosu tepla. Ak ohrievate plyn pri konštantnom tlaku, roztiahne sa a bude pracovať. Na zahriatie plynu o 1°C pri konštantnom tlaku potrebuje odovzdať viac tepla, ako ho zohriať pri konštantnom objeme, kedy sa plyn bude iba ohrievať.
Kvapaliny a pevné látky pri zahrievaní mierne expandujú. Ich špecifické tepelné kapacity pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku sa líšia len málo.
Špecifické teplo vyparovania. Aby sa kvapalina počas procesu varu premenila na paru, musí sa do nej preniesť určité množstvo tepla. Teplota kvapaliny sa pri varení nemení. Premena kvapaliny na paru pri konštantnej teplote nevedie k zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ale je sprevádzaná zvýšením potenciálnej energie ich interakcie. Koniec koncov, priemerná vzdialenosť medzi molekulami plynu je oveľa väčšia ako medzi molekulami kvapaliny.
Množstvo, ktoré sa číselne rovná množstvu tepla potrebného na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg na paru pri konštantnej teplote, sa nazýva špecifické teplo vyparovania. Táto hodnota je označená písmenom r a sú vyjadrené v jouloch na kilogram (J/kg).
Merné teplo vyparovania vody je veľmi vysoké: r H2O=2,256 106 J/kg pri teplote 100 °C. Pre iné kvapaliny, napríklad alkohol, éter, ortuť, petrolej, je merné skupenské teplo vyparovania 3-10 krát menšie ako u vody.
Premeniť kvapalinu na hmotu m para vyžaduje množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Keď para kondenzuje, uvoľňuje sa rovnaké množstvo tepla:
Hodnota, ktorá sa číselne rovná množstvu tepla potrebného na premenu kryštalickej látky s hmotnosťou 1 kg pri teplote topenia na kvapalinu, sa nazýva špecifické teplo topenia.
Keď látka s hmotnosťou 1 kg vykryštalizuje, uvoľní sa presne také množstvo tepla, aké sa absorbuje pri tavení.
Merné teplo topenia ľadu je pomerne vysoké: 3,34 10 5 J/kg. „Ak by ľad nemal vysoké teplo topenia,“ napísal R. Black už v 18. storočí, „potom by sa na jar celá masa ľadu mala roztopiť v priebehu niekoľkých minút alebo sekúnd, pretože teplo sa neustále prenáša na ľad. zo vzduchu. Dôsledky toho by boli strašné; veď aj v súčasnej situácii vznikajú veľké povodne a silné prúdy vody, keď sa topia veľké masy ľadu alebo snehu.“
Aby sa roztavilo kryštalické teleso váž m, požadované množstvo tepla sa rovná:
Množstvo tepla uvoľneného počas kryštalizácie telesa sa rovná:
Vnútorná energia telesa sa mení počas zahrievania a ochladzovania, počas odparovania a kondenzácie, počas topenia a kryštalizácie. Vo všetkých prípadoch sa určité množstvo tepla prenáša do tela alebo z neho odvádza.
???
1. Čo sa nazýva množstvo teplo?
2. Od čoho závisí merná tepelná kapacita látky?
3. Čo sa nazýva špecifické teplo vyparovania?
4. Ako sa nazýva špecifické teplo topenia?
5. V ktorých prípadoch je množstvo tepla kladné a v ktorých záporné?
G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, fyzika 10. ročník
Obsah lekcie poznámky k lekcii podporná rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia autotest workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, diagramy, humor, anekdoty, vtipy, komiksy, podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky triky pre zvedavcov jasličky učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici, prvky inovácie v lekcii, nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania diskusného programu Integrované lekcieAk máte opravy alebo návrhy k tejto lekcii,