Підручник Фізика 8 клас - Т. М. Засєкіна - Оріон 2016 рік

РОЗДІЛ 1.ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

§ 9. КІЛЬКІСТЬ ТЕПЛОТИ. РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПІД ЧАС НАГРІВАННЯ ТІЛА

Ви дізнаєтесь

- Як можна виміряти кількість переданої чи отриманої тілом теплоти

Пригадайте

- Види теплообміну й механізми передачі теплоти

Кількість теплоти. У попередніх параграфах ми з’ясували, що теплота передається від гарячих тіл до холодних поки їхні температури стануть однаковими — настане теплова рівновага. А чи можна виміряти, скільки теплоти передало тіло?

Для кількісного опису властивостей теплообміну застосовують спеціальні фізичні величини, однією з яких є кількість теплоти.

Кількість теплоти (Q , читається «кю») — це та частина внутрішньої енергії, яку дістає чи втрачає тіло під час теплообміну.

Одиницею кількості теплоти є 1 Дж (джоуль).

Щоб навчитись обчислювати кількість теплоти, з’ясуємо, від яких величин вона залежить.

Якщо треба підігріти воду в чайнику так, щоб вона стала лише теплою, то ми нагріваємо її недовго, надаючи тим самим їй невелику кількість теплоти. А щоб вода стала гарячою, потрібно передати їй більшу кількість теплоти. Отже, що до вищої температури потрібно нагріти воду, то більшу кількість теплоти треба їй передати. Звідси можна записати: Q ~ ∆t — кількість теплоти, надана тілу, пропорційна зміні температури цього тіла.

Звичайно, й остигаючи, вода віддасть навколишнім тілам більшу кількість теплоти у тому випадку, коли й сама дужче охолоне.

Але знати, на скільки градусів підвищилася чи знизилася температура, не досить, щоб мати уявлення про кількість теплоти, яку дістає тіло під час нагрівання чи віддає під час охолодження. Розжарена праска, до якої не можна доторкнутись, кімнати не зігріє, а тепла батарея водяного опалення, температура якої близько 60 °С, передасть таку кількість теплоти, за рахунок якої температура повітря в приміщенні помітно підвищиться.

Усім нам доводилося нагрівати воду, і ми знаємо, що для нагрівання повного чайника води потрібна більша кількість теплоти, ніж для того самого чайника, наповненого до половини.

Отже, кількість теплоти, передана під час нагрівання тілу (чи віддана тілом при його охолодженні), пропорційна масі цього тіла: Q ~ m .

Кількість теплоти, передана тілу під час нагрівання, залежить ще й від того, з якої речовини виготовлене тіло.

Наприклад, будемо нагрівати дві посудини: в одну наллємо 500 г води, у другу — 500 г гліцерину. В обох посудинах є по 500 г речовини, тобто маси тіл, які нагріваються, однакові. Однакові й умови їх нагрівання, бо посудини дістають енергію від одного й того самого пальника (мал. 39). Відмінність полягає в тому, що в посудинах містяться різні речовини.

Термометри показують, що посудина з гліцерином нагрівається швидше. Щоб температура води зрівнялась із температурою гліцерину, воді треба передати додаткову кількість теплоти. Очевидно, для збільшення температури однакових мас води і гліцерину на ту саму кількість градусів потрібна різна кількість теплоти: для води вона більша, для гліцерину — менша.

Питома теплоємність речовини. Властивість речовини отримувати (або віддавати) теплоту називають питомою теплоємністю речовини.

Мал. 39. Нагрівання води та гліцерину

Питома теплоємність речовини — фізична величина, що показує, яка кількість теплоти потрібна для збільшення температури речовини масою 1 кг на 1 °С (або яка кількість теплоти виділяється речовиною масою 1 кг при охолодженні на 1 °С).

Питому теплоємність речовини позначають буквою с.

Одиницею питомої теплоємності речовини є 1 .

Установлено, що різні речовини мають різну питому теплоємність. У таблиці на форзаці наведено значення питомої теплоємності деяких речовин.

Питома теплоємність золота 130 це означає,

що для нагрівання 1 кг золота на 1 °С потрібна кількість теплоти, що дорівнює 130 Дж (або внаслідок охолодження 1 кг золота на 1 °С виділяється кількість теплоти, що дорівнює 130 Дж).

Вода має дуже велику питому теплоємність (поглинає і віддає багато тепла). Саме тому влітку поблизу глибоких водойм не так жарко, як у місцях, віддалених від води. Узимку вода охолоджується і віддає значну кількість теплоти, через це зима поблизу великих водойм не така люта.

Зауважимо, що питома теплоємність речовини змінюється внаслідок переходу її з одного стану в інший. Наприклад, питома теплоємність води 4200 Дж/(кг · °С), а питома теплоємність льоду 2100 Дж/(кг ·°С).

Обчислення кількості теплоти. Щоб обчислити кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла, або кількість теплоти, яку виділяє тіло, охолоджуючись, треба питому теплоємність речовини, з якої виготовлене тіло, помножити на масу цього тіла й різницю між його початковою та кінцевою температурами:

Q = cm(t - t0), або Q = cm∆t.

Оскільки під час отримання теплоти внутрішня енергія тіла збільшується і, відповідно, збільшується його температура, то різниця температур ∆t. буде додатною, і кількість теплоти, одержана тілом, також додатна: Q > 0.

У процесі охолодження кінцева температура тіла (t) менша за початкову (tо ), тому розрахована кількість теплоти матиме від’ємне значення: Q < 0.

Підбиваємо підсумки

Кількість теплоти, що дістає чи втрачає тіло під час теплообміну, визначається за формулою: Q = cm(t - t0), або Q = cm∆t.

Питома теплоємність речовини (с) — це фізична величина, що показує, яка кількість теплоти потрібна для збільшення температури речовини масою 1 кг на 1 °С (або яка кількість теплоти виділяється речовиною масою 1 кг при охолодженні на 1 °С).

Я знаю, вмію й розумію

1. Що таке кількість теплоти?

2. Опишіть дослід, який показує, що кількість теплоти залежить від речовини, з якої виготовлене тіло.

3. Що показує питома теплоємність речовини?

4. Від чого залежить кількість теплоти, передана тілу під час нагрівання? Запишіть у зошиті формулу для обчислення кількості теплоти.

ПОЯСНІТЬ

1. Що потребує більшої енергії під час нагрівання — каструля з водою чи кавова чашка з водою?

2. Якщо, нагріваючись на 80 °С, стальна кулька поглинає 300 Дж теплоти, то скільки теплоти вона віддасть, охоловши на 80 °С?

3. У двох однакових чайниках, розташованих на конфорках однакової потужності, кип’ятять воду. В одному з них кришка постійно «підстрибує», а в другому — є нерухомою. Поясніть це явище.

ВЧИМОСЯ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Задача

У залізну каструлю масою 1 кг налито води масою 2 кг. Якої кількості теплоти треба надати каструлі з водою, щоб вода закипіла? Початкова температура води 10 °С.

Розв’язання:

Розв’язуючи задачу, слід враховувати, що обидва тіла — каструля і вода — нагріваються разом. Між ними відбувається теплообмін, їхні температури можна вважати однаковими. Тому температура і каструлі, й води змінилися однаково:

= 100 оС – 10 оС = 90 0С.

Але кількості теплоти, що їх дістали каструля і вода, не будуть однаковими, бо маси й питомі теплоємності цих тіл різні.

Кількість теплоти, яку дістала каструля: Q1 = с1m1,

Q1= 460 · 1 кг · 90 оС = 41400 Дж.

Кількість теплоти, що дістала вода: Q2 = c2m2t,

Q2 = 4200 · 2 кг · 90 оС = 756 000 Дж.

Для нагрівання каструлі й води затрачено кількість теплоти: Q = Q1+ Q2,

Q = 40 кДж + 760 кДж = 800 кДж.

Відповідь: Q = 800 кДж.

У цій і подальших задачах, якщо не вказано значення тиску, вважати температуру кипіння води (окропу) рівною 100 °С.

Вправа 1

1. Обчислити кількість теплоти, потрібну для нагрівання: а) алюмінієвої ложки масою 50 г від 20 до 90 °С; б) 1,5 л води від 20 °С до кипіння (воду нагрівають у залізній каструлі масою 1,5 кг).

2. Як зміниться кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла на 20 °С, якщо його маса збільшиться вдвічі?

3. Яка кількість теплоти виділяється при охолодженні 1 кг алюмінію на 10 °С?

4. Для нагрівання металевої деталі масою 10 кг від 20 до 120 °С потрібна така сама кількість теплоти, яка виділяється під час охолодження 1 кг води на 90 °С. Визначте питому теплоємність речовини металевої деталі.

5. На малюнку 40 зображено графік фізичного процесу. Що це за процес? Якщо вважати, що процес відбувається з речовиною масою 100 г, чи можна встановити, що це за речовина?

6. На малюнку 41 зображено графіки залежності кількості теплоти від зміни температури для трьох тіл однакової маси, але виготовлених із різних матеріалів. Порівняйте питомі теплоємності цих тіл.

7. Для нагрівання повітря в кімнаті об’ємом 50 м3 витрачено 645 кДж енергії. Визначте, на скільки градусів підвищилась температура в кімнаті за рахунок цієї енергії.

8. До якої температури охолоне 5 л окропу, віддавши в навколишнє середовище 1680 кДж теплоти?

9. В алюмінієвій каструлі масою 900 г нагрівається вода об’ємом 5 л від 10 °С до кипіння. Порівняйте, яка кількість теплоти витрачається на нагрівання каструлі та на нагрівання води.

Мал. 40. До завдання 5

Мал. 41. До завдання 6





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