Підручник Фізика 8 клас - А. М. Сердюченко - Освіта 2016 рік

Розділ 1. Внутрішня енергія Теплообмін

ЧАСТИНА І. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

§ 10. Кількість теплоти. Одиниці кількості теплоти

Думки вголос

Я визначу, що таке кількість теплоти, які її одиниці, від яких параметрів теплообміну вона залежить.

Із розділу «Теплові явища» нам відомі такі твердження:

1. Внутрішню енергію тіла можна змінити виконанням роботи і теплопередачею.

2. Теплопередача (теплообмін) між тілами може здійснюватися теплопровідністю, конвекцією та випромінюванням.

3. Теплопередача відіграє важливу роль у житті людини.

Як можна визначити зміну внутрішньої енергії тіла?

Спочатку треба дослідити, від яких фізичних величин залежить зміна внутрішньої енергії тіла під час теплообміну. Потім узагальнити результати цих досліджень з метою отримання математичної формули для обчислення шуканої величини.

На початку шукану величину, як завжди, треба означити і позначити, адже результатом досліджень має бути фізична формула, яка складається з позначень фізичних величин, пов’язаних певними математичними діями.

Енергію, яку тіло отримує або віддає під час теплопередачі, називають кількістю теплоти.

Кількість теплоти позначають великою латинською літерою Q. Оскільки за означенням кількість теплоти — це певна енергія, то пригадаємо з фізики за 7 клас, що одиницею механічної енергії є джоуль. Отже, й одиницею кількості теплоти так само є джоуль (1 Дж). Згадаємо також кратні одиниці енергії:

1 кДж = 1000 Дж;

1 МДж = 1 000 000 Дж.

Для виявлення, від яких фізичних величин залежить кількість теплоти і яким чином, проаналізуємо результати таких дослідів.

Дослід 1. На однакові нагрівники поставимо однакові посудини, в одну наллємо 100 г води (мал. 50, а), а в другу — 300 г води (мал. 50, б). Упевнимося за допомогою термометра, що початкові температури в обох посудинах однакові. Увімкнемо одночасно обидва нагрівачі і дочекаємося, коли вода в обох посудинах закипить (мал. 50).

Мал. 50. Потрібна кількість теплоти пропорційна масі речовини

Виявилося, що посудину, де маса води була 300 г, довелося нагрівати втричі довше, ніж посудину з водою масою 100 г. Отже, їй довелося надати утричі більшу кількість теплоти. Це означає, що кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла до певної температури, пропорційна масі цього тіла, тобто Q ≈ m.

Що більша маса тіла, то більшу кількість теплоти треба йому падати, щоб нагріти до певної температури.

Дослід 2. На однакові нагрівники поставимо однакові посудини. У кожну наллємо 100 г води температурою 20 °С. Поставимо завдання: у першій посудині нагріти воду до 30 °С (мал. 51, а), a в другій — до 40 °С (мал. 51, б). Різниця кінцевої і початкової температур у другому випадку удвічі більша (20 °С), ніж у першому (10 °С). Увімкнемо одночасно обидва нагрівачі і, коли температура води у першій посудині становитиме 30 °С, вимкнемо перший нагрівач. Другий нагрівач вимкнемо, коли температура води у другій посудині становитиме 40 °С (мал. 51).

Виявилося, що для нагрівання однакової маси води на 20 °С потрібно вдвічі більше часу, ніж нагрівання на 10 °С. Отже, кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла, прямопропорційно залежить від різниці його кінцевої і початкової температур, тобто Q ~ ∆t = t2 - t1. Пам’ятаємо, що велика грецька літера А — це знак зміни фізичної величини.

Що більша різниця кінцевої і початкової температур тіла, то більшу кількість теплоти йому треба надати під час нагрівання.

Мал. 51. Нагрівання двох однакових посудин з однаковою масою води

Дослід 3. В одну з однакових посудин наллємо 300 г води (мал. 52, а), а в другу — 300 г олії (мал. 52, б). Обидві посудини з рідинами кімнатної температури встановимо на однакові нагрівачі. Ввімкнемо нагрівачі і поставимо завдання нагріти воду та олію до температури 50 °С. Для контролю температури рідини у кожну посудину занурено термометр.

Першою досягла температури 50 °С олія, тому її нагрівач було вимкнено, а воду продовжили нагрівати до заданої температури,

надаючи їй додаткової кількості теплоти. Виявилося, що для нагрівання води й олії до однакової температури довелося передати воді значно більшу кількість теплоти, ніж олії.

Кількість теплоти, потрібної для нагрівання тіла до певної температури, залежить від речовини, з якої воно складається.

Мал. 52. Кількість теплоти залежить від речовини

Загальний висновок з результатів дослідів

Кількість теплоти, передана тілу під час нагрівання, залежить від роду речовини, з якої воно складається, а також прямо пропорційна масі цього тіла і зміні його температури.

Підсумки

• Кількість теплоти — це фізична величина, що визначає енергію, яку тіло отримує або віддає під час теплопередачі (позначають літерою О).

• Дослідно визначено, що кількість теплоти, передана тілу під час нагрівання, залежить від його маси, від різниці кінцевої і початкової температур та від роду речовини, із якої воно складається.

Перевір свої знання

1. Яку фізичну величину називають кількістю теплоти?

2. У яких одиницях вимірюють кількість теплоти?

3. Від чого залежить кількість теплоти? Якими дослідами можна довести цю залежність?

4. Переведи у джоулі: 50 кДж; 0,2 кДж; 3 МДж; 10 МДж.

5. Скільки кілоджоулів в 1 МДж? В 100 МДж? В 0,1 МДж?

6. На нагрівання певного тіла від 0 до 80 °С витратили 40 МДж тепла. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання цього самого тіла від 0 до 20 °С? Відповідь запиши в джоулях.

Для тих, хто хоче знати більше

Раніше для вимірювання кількості теплоти користувалися одиницею, яка називалася «калорія» (латиною саlоr — тепло). 1 калорія дорівнює кількості теплоти, потрібної для нагрівання 1 г води на 1 °С:

1 кал = 4,19 Дж.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити