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

Розділ 1. Внутрішня енергія Теплообмін

ЧАСТИНА І. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

§ 11. Питома теплоємність речовин

Думки вголос

Я вивчу фізичну величину, яка буде характеризувати теплову властивість різних речовин.

У попередньому параграфі ми з’ясували, що кількість теплоти, передана тілу під час його нагрівання, прямо пропорційна масі цього тіла m і зміні його температури ∆t = t2 - t1, де t1і t2 — відповідно початкова і кінцева температури тіла, тобто:

Q ≈ m∆t або Q ≈ m(t2 - t1).

У цьому математичному виразі не вистачає коефіцієнта пропорційності, який враховував би залежність від роду речовини, щоб стати формулою для обчислення кількості теплоти, наданої тілу під час нагрівання.

Ми також пересвідчилися на досліді, що різним речовинам однакової маси для однакової зміни температури під час нагрівання треба надати різну кількість теплоти. Тому для кожної речовини виміряли кількість теплоти, потрібну для нагрівання одиниці маси речовини на одиницю температури. Тим самим отримали одну з характеристик теплових властивостей для кожної речовини, значення якої внесли в таблиці і назвали питомою теплоємністю речовини.

Питома теплоємність речовини — це фізична величина, яка характеризує речовину і чисельно дорівнює кількості теплоти, яку потрібно передати речовині масою 1 кг, щоб нагріти її на 1 °С.

Зазначимо, що таку саму кількість теплоти виділить речовина масою 1 кг під час її охолодження на 1 °С.

Позначають питому теплоємність речовини малою латинською літерою с. Для кожної речовини питома теплоємність є сталою характеристикою в певному діапазоні температур. Підставимо величину с як коефіцієнт у математичний вираз на початку параграфа і отримаємо формулу для обчислення кількості теплоти, потрібної для нагрівання тіла:

Q = с ∙ m ∙ ∆t або Q = с ∙ m ∙ (t2 - t1).

Детальніше про цю формулу йдеться у наступному параграфі, а зараз визначимо з неї с:

c =

З отриманої формули, зокрема, видно, як треба діяти, щоб визначити питому теплоємність експериментальним шляхом відповідно до її означення: треба виміряну кількість теплоти Q, передану тілу, поділити на масу тіла m і на зміну температури At. Якщо в цій формулі покласти Q = 1 Дж, m = 1 кг, ∆t = 1 °С, то отримаємо одиницю питомої теплоємності джоуль на кілограм-градус Цельсія:

= 1 .

Приклад. Для нагрівання 1 кг води від 19 до 20 °С, тобто на 1 °С, витратили 4200 Дж теплоти. Така сама кількість теплоти виділяється, якщо вода охолоне на 1 °С (наприклад від 9 до 8 °С).

Звідси питома теплоємність води дорівнює: с = 4200 .

Тепер нагріли залізну гирю масою 1 кг па 1 °С. Для цього знадобилося 460 Дж теплоти. Отже, для заліза: с = 460 .

У таблиці 8 наведено значення питомої теплоємності для деяких із вживаних у промисловості й побуті речовин.

Таблиця 8

Питома теплоємність речовин

Речовина

Питома теплоємність с,

Речовина

Питома теплоємність с,

Вода

4 200

Чавун

540

Спирт

2 500

Сталь

500

Ефір

2 350

Залізо

460

Водяна пара

2130

Мідь

400

Гас

2100

Латунь

380

Лід

2100

Цинк

380

Повітря

1 000

Срібло

250

Алюміній

920

Олово

250

Пісок

880

Свинець

140

Цегла

880

Ртуть

130

Скло

840

Золото

130

З наведених у таблиці даних видно, що речовина в різних агрегатних станах (лід, вода, водяна пара) має відмінні значення питомої теплоємності.

Вода має велике значення питомої теплоємності. Тому моря і океани пом’якшують клімат на прилеглих територіях: нагріваючись улітку, вода вбирає велику кількість теплоти, і в місцях поблизу великих водойм улітку не буває так жарко, як у місцях, віддалених від води. Взимку вода охолоджується й віддає значну кількість теплоти, через те зима в цих місцях менш сувора. Завдяки великій питомій теплоємності воду широко використовують у системах водяного опалення, для охолодження двигунів тощо.

Фізичний зміст питомої теплоємності полягає в тому, що вона визначає, як впливає теплопередача на тепловий стан тіла, зокрема, на його внутрішню енергію. Числове значення питомої теплоємності речовини визначає зміну внутрішньої енергії тіла масою 1 кг при зміні його температури на 1 °С.

Наприклад, значення питомої теплоємності міді 380 показує, що підвищення температури мідної деталі масою 1 кг на 1 °С приводить до зростання її внутрішньої енергії на 380 Дж, а зниження температури на 1 °С — до зменшення її внутрішньої енергії на 380 Дж.

Фізичну величину, яка дорівнює добутку питомої теплоємності речовини тіла на його масу, називають теплоємністю тіла (позначають великою латинською літерою С).

С = с ∙ m

Теплоємність тіла — це фізична величина, що характеризує теплові властивості даного тіла і дорівнює кількості теплоти, що треба надати тілу для зміни його температури на 1 °С.

Одиницею теплоємності тіла є джоуль на градус Цельсія

Підсумки

• Теплові властивості речовини характеризуються фізичною величиною, яку називають теплоємністю.

• Питому теплоємність речовини позначають буквою с і вимірюють в джоулях на кілограм-градус Цельсія (1).

• Значення питомої теплоємності певної речовини можна знайти в таблиці, яка є в підручнику, у збірнику задач з фізики, у довідниках з фізики і техніки. (1).

Перевір свої знання

1. Які метали, вказані у таблиці 8, мають найменшу і найбільшу питому теплоємність?

2. Чому в системах опалення в будинках використовують воду?

3. Чому воду використовують для охолодження двигунів?

4. Яка кількість теплоти виділяється під час охолодження 1 кг води від 40 до 39 °С?

5. Яку кількість теплоти буде поглинати мідне тіло масою 1 кг під час нагрівання від 40 до 41 °С?

6. Дано графік залежності температури двох тіл від кількості теплоти, яку їм передають (мал. 53). У якого тіла теплоємність більша? У якого тіла питома теплоємність більша, якщо маси тіл однакові? У якого тіла більша маса, якщо питомі теплоємності тіл рівні?

Хвилинка здоров’я

Одягайся по погоді!

У спекотний день одяг має бути світлим, оскільки він якнайменше поглинає теплову енергію сонячного випромінювання. Голову необхідно захищати від перегріву, тому необхідно мати легкий світлий капелюх.

Взимку, в морозні дні, слід одягати хутряні речі, оскільки повітряні проміжки між волокнами хутра мають низьку теплопровідність, тому зберігають тепло.

Мал. 53. Графік залежності температури двох тіл від кількості теплоти





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