Aký je počet v teple. Vnútorná energia. Práca a teplo
Nazýva sa proces prenosu energie z jedného tela na druhé bez práce prenos tepla alebo prenos tepla, K prenosu tepla dochádza medzi telesami s rôznymi teplotami. Keď sa vytvorí kontakt medzi telesami s rôznymi teplotami, časť vnútornej energie sa prenesie z telesa s vyššou teplotou na teleso s nižšou teplotou. Energia prenášaná do tela v dôsledku prenosu tepla sa nazýva množstvo tepla.
Merné teplo látky:
Ak proces prenosu tepla nie je sprevádzaný prácou, potom sa na základe prvého zákona o termodynamike množstvo tepla rovná zmene vnútornej energie tela:
Priemerná energia náhodného translačného pohybu molekúl je úmerná absolútnej teplote. Zmena vnútornej energie tela sa rovná algebraickému súčtu zmien energie všetkých atómov alebo molekúl, ktorých počet je úmerný hmotnosti tela, takže zmena vnútornej energie, a teda aj množstvo tepla, je úmerná zmene hmotnosti a teploty:
V tejto rovnici sa nazýva koeficient proporcionality merné teplo látky, Merné teplo ukazuje, koľko tepla je potrebné na zahriatie 1 kg látky na 1 K.
Práce v termodynamike:
V mechanike je práca definovaná ako súčin modulov sily a posunu a kosínus uhla medzi nimi. Práca sa vykonáva pôsobením sily na pohybujúce sa telo a rovná sa zmene v jeho kinetickej energii.
V termodynamike sa neberie do úvahy pohyb tela ako celku, hovoríme o vzájomnom pohybe častí makroskopického tela. Výsledkom je zmena objemu tela a jeho rýchlosť zostáva rovnaká ako nula. Práca v termodynamike je definovaná rovnakým spôsobom ako v mechanike, ale rovná sa zmene nie kinetickej energie tela, ale jeho vnútornej energie.
Po dokončení práce (kompresia alebo expanzia) sa zmení vnútorná energia plynu. Dôvod je nasledovný: pri elastických zrážkach molekúl plynu s pohybujúcim sa piestom sa mení ich kinetická energia.
Počítame prácu plynu počas expanzie. Piest pôsobí silou na piest 
kde 
- tlak plynu a 
- plocha povrchu 
piest. Keď sa plyn rozširuje, pohybuje sa piest v smere sily 
krátka vzdialenosť 
, Ak je vzdialenosť malá, potom sa tlak plynu môže považovať za konštantný. Práca plynu sa rovná:
kde 
- zmena objemu plynu.
V procese expanzie plynu robí pozitívnu prácu, pretože smer sily a posunutia sa zhodujú. V procese expanzie plyn uvoľňuje energiu okolitým telesám.
Práca vykonávaná externými orgánmi v oblasti plynu sa líši od práce s plynom iba v podpísať 
od sily 
pôsobenie na plyn je opačné ako sila 
, s ktorým plyn pôsobí na piest, a je s ním rovnakou veľkosťou (tretí Newtonov zákon); ale pohyb zostáva rovnaký. Preto je práca vonkajších síl rovná:
.
Prvý zákon termodynamiky:
Prvým termodynamickým zákonom je zákon zachovania energie, spoločný pre tepelné javy. Zákon o šetrení energie: energia v prírode nevzniká z ničoho a nezmizne: množstvo energie je nemenné, prechádza iba z jednej formy do druhej.
V termodynamike sa berú do úvahy telá, ktorých ťažisko je prakticky nezmenené. Mechanická energia týchto telies zostáva konštantná a môže sa meniť iba vnútorná energia.
Vnútornú energiu je možné meniť dvoma spôsobmi: prenos tepla a dokončenie práce. Všeobecne sa vnútorná energia mení tak v dôsledku prenosu tepla, ako aj v dôsledku ukončenia práce. Prvý termodynamický zákon 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 prenášaného do systému:
Ak je systém izolovaný, potom sa na ňom nevykonáva práca a nevymieňa teplo s okolitými telesami. Podľa prvého zákona termodynamiky vnútorná energia izolovaného systému zostáva nezmenená.
Vzhľadom na to 
, prvý termodynamický zákon možno písať takto:
Množstvo tepla prevedeného do systému sa používa na zmenu vnútornej energie a systém na vykonávanie práce na vonkajších telách.
Druhý zákon termodynamiky: nie je možné prevádzať teplo z chladnejšieho systému na teplejšie, ak nedôjde k súčasným zmenám v oboch systémoch alebo v okolitých telesách.
Čo sa rýchlejšie zohreje na sporáku - rýchlovarná kanvica alebo vedro s vodou? Odpoveď je zrejmá - rýchlovarná kanvica. Potom je druhá otázka, prečo?
Odpoveď nie je o nič menej zrejmá - pretože množstvo vody v kanvici je menšie. Výborne. A teraz si môžete urobiť ten najskorší fyzický zážitok doma. Na to budete potrebovať dva rovnaké malé hrnce, rovnaké množstvo vody a rastlinného oleja, napríklad pol litra a sporák. Na rovnaký oheň položte hrnce s olejom a vodou. Teraz len sledujte, ako sa zrýchľuje. Ak existuje teplomer pre kvapaliny, môžete ho použiť, ak nie, môžete si čas od času vyskúšať teplotu prstom iba opatrne, aby nedošlo k spáleniu. V každom prípade čoskoro uvidíte, že sa olej zahrieva oveľa rýchlejšie ako voda. A ešte jedna otázka, ktorá môže byť realizovaná aj formou skúseností. Čo vrie rýchlejšie - teplá voda alebo zima? Všetko je opäť zrejmé - teplo bude najskôr na cieľovej čiare. Prečo všetky tieto podivné otázky a skúsenosti? Okrem toho určiť fyzikálne množstvo, tzv "množstvo tepla."
Množstvo tepla
Množstvo tepla je energia, ktorú telo stráca alebo získava prenosom tepla. To je zrejmé aj z názvu. Pri ochladzovaní telo stráca určité množstvo tepla a pri zahrievaní absorbuje. A odpovede na naše otázky nám ukázali čo určuje množstvo tepla? Po prvé, čím väčšia je hmotnosť tela, tým väčšie množstvo tepla musí byť vynaložené na zmenu teploty o jeden stupeň. Po druhé, množstvo tepla potrebné na ohriatie tela závisí od látky, z ktorej pozostáva, to znamená od druhu látky. A po tretie, rozdiel v telesnej teplote pred a po prenose tepla je tiež dôležitý pre naše výpočty. Na základe vyššie uvedeného môžeme určiť množstvo tepla podľa vzorca:
Q \u003d cm (t_2-t_1),
kde Q je množstvo tepla
m je telesná hmotnosť
(t_2-t_1) je rozdiel medzi počiatočnou a konečnou telesnou teplotou,
c je špecifické teplo látky, zistené z príslušných tabuliek.
Pomocou tohto vzorca je možné vypočítať množstvo tepla, ktoré je potrebné na zahriatie akéhokoľvek telesa alebo ktoré toto telo uvoľní počas chladenia.
Množstvo tepla v jouloch (1 J) sa meria ako každá energia. Táto hodnota však bola zavedená až donedávna a ľudia začali merať množstvo tepla oveľa skôr. A oni používali jednotku, ktorá je v našej dobe široko používaná - kalórie (1 kal). 1 kalórie je množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 gramu vody na 1 stupeň Celzia. Na základe týchto údajov môžu milovníci počítania kalórií v potravinách, ktoré konzumujú, v záujme záujmu vypočítať, koľko litrov vody je možné prevariť s energiou, ktorú spotrebujú s jedlom po celý deň.
Ako je známe, k zmene mechanickej energie dochádza pri rôznych mechanických procesoch. W meh. Meradlom mechanickej energie je práca síl, ktoré pôsobia na systém:
\\ (~ \\ Delta W_ (meh) \u003d A. \\)
Počas prenosu tepla dochádza k zmene vnútornej energie tela. Miera zmeny vnútornej energie počas prenosu tepla je množstvo tepla.
Množstvo tepla - Toto je miera zmeny vnútornej energie, ktorú telo prijíma (alebo dáva) v procese prenosu tepla.
Tak práca, ako aj množstvo tepla charakterizujú zmenu energie, ale nie sú totožné s energiou. Ne charakterizujú stav samotného systému, ale určujú proces prenosu energie z jedného typu na druhý (z jedného tela na druhý), keď sa stav zmení, a do značnej miery závisia od charakteru procesu.
Hlavný rozdiel medzi prácou a množstvom tepla spočíva v tom, že práca charakterizuje proces zmeny vnútornej energie systému sprevádzaný konverziou energie z jedného typu na druhý (z mechanického na vnútorný). Množstvo tepla charakterizuje proces prenosu vnútornej energie z jedného telesa na druhé (z viac zahrievaného na menej zahrievaného), ktorý nesprevádza premena energie.
Skúsenosti ukazujú, že množstvo tepla potrebné na zahriatie tela hmotou m od teploty T 1 na teplotu T 2, vypočítané podľa vzorca
\\ (~ Q \u003d cm (T_2 - T_1) \u003d cm \\ Delta T, \\ qquad (1) \\)
kde c - špecifické teplo látky;
\\ (~ c \u003d \\ frac (Q) (m (T_2 - T_1)). \\)
Jednotkou špecifického tepla v SI je jouľ na kilogram-Kelvin (J / (kg · K)).
Merné teplo c číselne sa rovná množstvu tepla, ktoré sa musí nahlásiť telu s hmotnosťou 1 kg, aby sa zohrialo o 1 K.
Tepelná kapacita telo C T sa číselne rovná množstvu tepla potrebného na zmenu telesnej teploty o 1 K:
\\ (~ C_T \u003d \\ frac (Q) (T_2 - T_1) \u003d cm. \\)
Jednotkou tepelnej kapacity tela v SI je joule na Kelvin (J / K).
Na premenu kvapaliny na paru pri konštantnej teplote je potrebné vynaložiť určité množstvo tepla
\\ (~ Q \u003d Lm, \\ qquad (2) \\)
kde L - špecifické teplo odparovania. Pri kondenzácii pary sa uvoľní rovnaké množstvo tepla.
Aby sa rozpustila kryštalická tuhá hmota m pri teplote topenia musí byť telo informované o množstve tepla
\\ (~ Q \u003d \\ lambda m, \\ qquad (3) \\)
kde λ - špecifické teplo jadrovej syntézy. Keď telo kryštalizuje, uvoľní sa rovnaké množstvo tepla.
Množstvo tepla, ktoré sa uvoľňuje pri úplnom spaľovaní paliva podľa hmotnosti m,
\\ (~ Q \u003d qm, \\ qquad (4) \\)
kde q - špecifické spaľovacie teplo.
Jednotkové merané teplo odparovania, topenia a spaľovania v SI je joula na kilogram (J / kg).
literatúra
Aksenovich L.A. Fyzika na strednej škole: Teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné. prostredia, vzdelávanie / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsy I vykhavanne, 2004. - C. 154-155.
Ako už vieme, vnútorná energia tela sa môže zmeniť tak pri práci, ako aj pri prenose tepla (bez práce). Hlavný rozdiel medzi prácou a množstvom tepla spočíva v tom, že práca určuje proces premeny vnútornej energie systému, ktorý je sprevádzaný premenou energie z jedného typu na druhý.
V prípade, že dôjde k zmene vnútornej energie použitím prenos tepla, prechod energie z jedného tela na druhé je spôsobený tepelná vodivosťžiarenie alebo prúdenie.
Energia, ktorú telo stráca alebo prijíma počas prenosu tepla, sa nazýva množstvo tepla.
Pri výpočte množstva tepla musíte vedieť, aké hodnoty naň majú vplyv.
Z dvoch rovnakých horákov vyhrievame dve nádoby. V jednej nádobe 1 kg vody, v druhej - 2 kg. Teplota vody v oboch nádobách je spočiatku rovnaká. Vidíme, že voda v jednej z nádob sa súčasne zohrieva rýchlejšie, hoci obe nádoby dostávajú rovnaké množstvo tepla.
Z toho vyvodzujeme záver: čím väčšia je hmotnosť daného telesa, tým väčšie množstvo tepla by sa malo spotrebovať, aby sa jeho teplota znížila alebo zvýšila o rovnaký počet stupňov.
Keď sa telo ochladí, vydáva susedným objektom väčšie množstvo tepla, tým väčšiu jeho hmotnosť.
Všetci vieme, že ak potrebujete ohriať celú rýchlovarnú kanvicu na teplotu 50 ° C, strávime touto činnosťou menej času, ako zohrievaním rýchlovarnej kanvice rovnakým objemom vody, ale iba na 100 ° C. V prípade číslo jedna sa do vody dostane menej tepla ako v druhom.
Množstvo tepla potrebného na vykurovanie teda priamo závisí koľko stupňovbude môcť zahriať telo. Môžeme konštatovať: množstvo tepla priamo závisí od rozdielu telesnej teploty.
Je však možné určiť množstvo tepla, ktoré nie je potrebné na ohrev vody, ale na niektoré ďalšie látky, napríklad olej, olovo alebo železo.
Naplňte jednu nádobu vodou a druhú naplňte rastlinným olejom. Hmotnosti vody a oleja sú rovnaké. Obe nádoby sa rovnomerne zahrievajú na rovnakých horákoch. Začneme experiment s rovnakou počiatočnou teplotou rastlinného oleja a vody. O päť minút neskôr, meraním teplôt zahriateho oleja a vody, sme si všimli, že teplota oleja je oveľa vyššia ako teplota vody, aj keď obe kvapaliny dostali rovnaké množstvo tepla.
Zjavný záver naznačuje: pri zahrievaní rovnakých množstiev oleja a vody na rovnakú teplotu je potrebné iné množstvo tepla.
A okamžite urobíme ešte jeden záver: množstvo tepla, ktoré je potrebné na zohriatie tela, priamo závisí od látky, z ktorej samotné telo pozostáva (druh látky).
Množstvo tepla potrebné na zahriatie tela (alebo uvoľnené počas ochladzovania) teda priamo závisí od hmotnosti tela, premenlivosti jeho teploty, ako aj od povahy látky.
Množstvo tepla je označené symbolom Q. Podobne ako iné rôzne druhy energie sa množstvo tepla meria v jouloch (J) alebo kilojouloch (kJ).
1 kJ \u003d 1 000 J
História však ukazuje, že vedci začali merať množstvo tepla dlho predtým, ako sa vo fyzike objavil pojem energie. V tom čase bola vyvinutá špeciálna jednotka na meranie množstva tepelných kalórií (kalórií) alebo kilokalórií (kcal). Slovo má latinské korene, kalórie - teplo.
1 kcal \u003d 1 000 kal
kalórie Je množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 g vody na 1 ° C
1 cal \u003d 4,19 J \u003d 4,2 J
1 kcal \u003d 4190 J \u003d 4 200 J * 4,2 kJ
Stále máte otázky? Nie ste si istí, ako robiť domáce úlohy?
Ak chcete získať pomoc učiteľa.
Prvá hodina je zadarmo!
blog.site s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu je potrebný odkaz na zdroj.
\u003e\u003e Fyzika: Množstvo tepla
Je možné meniť vnútornú energiu plynu vo valci, nielen vykonávaním práce, ale aj zahrievaním plynu.
Ak je piest pevný ( obr. 13.5), objem plynu sa počas kúrenia nemení a práca nie je dokončená. Teplota plynu a tým aj jeho vnútorná energia sa však zvyšujú.
Nazýva sa proces prenosu energie z jedného tela na druhé bez práce prenos tepla alebo prenos tepla.
Kvantitatívne meranie zmien vnútornej energie počas prenosu tepla sa nazýva množstvo tepla, Množstvo tepla sa nazýva aj energia, ktorú telo odovzdáva v procese prenosu tepla.
Obrázok prenosu molekulárneho tepla
Počas prenosu tepla nedochádza k premene energie z jednej formy na inú, časť vnútornej energie horúceho telesa sa prenáša do chladného telesa.
Množstvo tepla a tepelnej kapacity. Už to viete na zahrievanie tela hmoty m od teploty t 1 na teplotu t 2 je potrebné mu preniesť množstvo tepla:
Keď telo vychladne, jeho konečná teplota t 2 ukázalo sa, že je nižšia ako pôvodná teplota t 1 a množstvo tepla vydávané telom je záporné.
faktor c vo výzve vzorca (13.5) merné teplolátky. Merná tepelná kapacita je hodnota, ktorá sa numericky rovná množstvu tepla, ktoré látka váži 1 kg, prijíma alebo vydáva, keď sa jej teplota zmení o 1 K.
Merná tepelná kapacita nezávisí iba od vlastností látky, ale aj od procesu, ktorým dochádza k prenosu tepla. Ak ohrievate plyn pri konštantnom tlaku, rozšíri sa a vykoná svoju prácu. Na zohriatie plynu na 1 ° C pri konštantnom tlaku je potrebné preniesť väčšie množstvo tepla ako na jeho zohriatie na konštantný objem, keď sa plyn zohreje.
Kvapalné a tuhé telá sa pri zahrievaní mierne expandujú. Ich merné teplo pri konštantnom objeme a konštantnom tlaku sa príliš nelíši.
Merné teplo odparovania. Na premenu kvapaliny na paru počas procesu varenia sa musí do nej preniesť určité množstvo tepla. Teplota kvapaliny počas varu sa nemení. Transformácia kvapaliny na paru pri konštantnej teplote nevedie k zvýšeniu kinetickej energie molekúl, ale je sprevádzaná zvýšením potenciálnej energie ich interakcie. Priemerná vzdialenosť medzi molekulami plynu je koniec koncov oveľa väčšia ako medzi molekulami kvapaliny.
Číselná hodnota sa rovná množstvu tepla potrebného na premenu kvapaliny vážiacej 1 kg na paru pri konštantnej teplote merné odparovacie teplo, Táto hodnota je označená písmenom r a vyjadrené v jouloch na kilogram (J / kg).
Merné teplo odparovania vody je veľmi vysoké: r H2O\u003d 2,256 106 J / kg pri teplote 100 ° C Ostatné kvapaliny, ako napríklad alkohol, éter, ortuť, kerozín, majú špecifickú teplotu odparovania 3 až 10 krát nižšiu ako teplo vody.
Na premenu kvapaliny na hmotu m para vyžaduje množstvo tepla, ktoré sa rovná:
Počas kondenzácie pary sa uvoľňuje 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 fúzie.
Pri kryštalizácii látky vážiacej 1 kg sa uvoľní presne to isté množstvo tepla, ktoré sa absorbuje počas topenia.
Merné teplo topiaceho sa ľadu je pomerne vysoké: 3,34 10 5 J / kg. „Keby ľad nemal veľké teplo topenia sa,“ napísal R. Black späť v 18. storočí, „potom by sa na jar muselo celé množstvo ľadu topiť za pár minút alebo sekúnd, pretože teplo sa zo vzduchu nepretržite prenáša na ľad. Následky by boli hrozné; koniec koncov, dokonca aj v súčasnej situácii, vznikajú pri topení veľkých hmôt ľadu alebo snehu veľké záplavy a silné toky vody. ““
Aby sa rozpustila kryštalická tuhá hmota m, množstvo tepla sa rovná:
Množstvo tepla uvoľneného počas kryštalizácie tela je:
Vnútorná energia tela sa mení počas zahrievania a chladenia, počas odparovania a kondenzácie, počas topenia a kryštalizácie. Vo všetkých prípadoch sa určité množstvo tepla prenáša do tela alebo sa z neho odoberá.
???
1. Čo sa nazýva množstvo teplo?
2. Čo určuje špecifické teplo látky?
3. Čo sa nazýva špecifické teplo odparovania?
4. Čo sa nazýva špecifické teplo fúzie?
5. V ktorých prípadoch je množstvo tepla kladná hodnota a v ktorých prípadoch záporné?
G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, 10. stupeň fyziky
Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcovej lekcie metódy prezentácie zrýchlenie interaktívne technológie praxe úlohy a cvičenia samokontrolné workshopy, školenia, prípady, úlohy domáce úlohy diskusné otázky rétorické otázky od študentov ilustrácií audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafy, tabuľky, schémy, humor, vtipy, vtipy, komiksové podobenstvá, príslovia, krížovky, citácie doplnky stravy abstrakty články žetóny pre zvedavé cheat sheet učebnice základné a doplnkový glosár pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a lekcií oprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu inovačných prvkov učebnice v lekcii nahradením zastaraných znalostí novými Iba pre učiteľov perfektné lekcie ročný harmonogram metodických odporúčaní diskusného programu Integrované hodinyAk máte opravy alebo návrhy pre túto lekciu,