Количество теплоты
Материалы к уроку
Конспект урока
Количество теплоты
Увеличить внутреннюю энергию газа можно, совершив над ним положительную работу. Если сам газ совершает положительную работу, то его внутренняя энергия уменьшается. Изменить внутреннюю энергию газа в сосуде можно, не только совершая работу, но и нагревая газ.
Если закрепить поршень так, чтобы он не двигался в цилиндре, и нагреть его, например, в пламени спиртовки, то объем газа при нагревании не увеличивается и работа не совершается. Но температура газа, а, значит, и его внутренняя энергия возрастают. Во время этого процесса энергия сгорающего спирта передается газу.
Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей.
Если закрепить поршень так, чтобы он не двигался в цилиндре, и нагреть его, например, в пламени спиртовки, то объем газа при нагревании не увеличивается и работа не совершается. Но температура газа, а, значит, и его внутренняя энергия возрастают. Во время этого процесса энергия сгорающего спирта передается газу.
Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей.
Примером теплообмена может служить процесс нагревания воздуха в комнате от горячего радиатора отопления. Радиатор передает часть своей внутренней энергии воздуху, при этом его внутренняя энергия уменьшается, температура падает. Внутренняя энергия воздуха в комнате увеличивается, температура его поднимается.
Так же примерами теплообмена могут служить охлаждение продуктов в холодильнике, нагревание воды в электрическом чайнике, охлаждение двигателя автомобиля специальной жидкостью.
Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты. Количеством теплоты называют также энергию, которую тело отдает или получает в процессе теплообмена.
При теплообмене происходит передача части внутренней энергии горячего тела холодному телу. Энергия при теплообмене не переходит из одной формы в другую.
Для того чтобы нагреть тело, необходимо передать ему определенное количество теплоты. Оно прямо пропорционально массе тела, разнице температур, а также зависит от свойств нагреваемого вещества. При остывании тела его конечная температура оказывается меньше начальной температуры и количество теплоты, передаваемое телу, отрицательно. Это значит, что тело отдает теплоту.
Зависимость от свойств вещества необходимого для изменения температуры в формуле учитывается с помощью коэффициента c (цэ). Он называется удельной теплоемкостью вещества. Удельная теплоемкость - это величина, численно равному количеству теплоты, которое получает или отдает вещество массой 1 килограмм при изменении его температуры на 1 кельвин.
Удельная теплоемкость газов зависит не только от свойств самого газа, но и от того, при каком процессе осуществляется теплообмен. Если нагревать газ изобарно, то он будет расширяться и совершать работу, на которую будет потрачена часть полученной при теплопередаче энергии. Для нагревания газа на 1°С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме, когда газ будет только нагреваться и не будет совершать работы.
Жидкие и твердые тела незначительно расширяются при нагревании. Их удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении мало различаются. Удельную теплоемкость вещества можно узнать по специальным таблицам.
Для превращения жидкости в пар в процессе кипения необходима передача ей определенного количества теплоты. Температура жидкости при кипении остается постоянной. В процессе превращения жидкости в пар температура ее не изменяется, и кинетическая энергия молекул тоже остается постоянной. Но увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул жидкости, так как среднее расстояние между молекулами газа значительно больше, чем между молекулами жидкости.
Обратный переход вещества из пара в жидкость называется конденсацией. При конденсации пара выделяется количество теплоты, равное тому, что было затрачено на парообразование.
Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости в пар зависит от массы жидкости и свойств вещества. Величину, численно равную количеству теплоты, необходимому для превращения при неизменной температуре жидкости массой 1 килограмм в пар, называют удельной теплотой парообразования. Узнать ее можно в справочных материалах.
Удельная теплота парообразования различна для разных веществ. Очень велика она у воды. Для превращения в пар 1 килограмма воды, находящейся при температуре 100 градусов Цельсия, необходимо сообщить ей количество теплоты равное 2,256 (двум целым двумстам пятидесяти шести тысячным) мегаджоулей. При конденсации 1 килограмма водяного пара выделяется такое же количество теплоты.
У других жидкостей удельная теплота парообразования в несколько раз меньше.
При плавлении твердого тела вся подводимая к нему теплота идет на переход из твердого состояния в жидкое, температура тела не изменяется, так как кинетическая энергия молекул не изменяется. Зато увеличивается потенциальная энергия молекул.
Количество теплоты, необходимое для плавления тела, зависит от массы тела и свойств вещества. Удельная теплота плавления - это величина, численно равному количеству теплоты, необходимому для превращения кристаллического вещества массой 1 килограмм при температуре плавления в жидкость. При кристаллизации того же вещества массой 1 килограмм выделяется точно такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении.
Удельная теплота плавления разных веществ различна и определяется по таблице тепловых свойств веществ.
Сравнительно высокая удельная теплота плавления у льда: 334 кДж/кг. Это означает, что для того чтобы растопить 1 килограмм льда нужно передать ему количество теплоты равное 334 килоджоуля. Столько же энергии выделится при кристаллизации 1 килограмма воды.
Высокая удельная теплота плавления льда является важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно такое же количество теплоты, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды на 80 градусов Цельсия.
Английский ученый Р. Блэк, открывший существование теплоты плавления и парообразования, еще в XVIII веке писал: «Если бы лёд не обладал большой теплотой плавления, то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота непрерывно передается льду из воздуха. Последствия этого были бы ужасны; ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда или снега».
Сравнительно высокая удельная теплота плавления у льда: 334 кДж/кг. Это означает, что для того чтобы растопить 1 килограмм льда нужно передать ему количество теплоты равное 334 килоджоуля. Столько же энергии выделится при кристаллизации 1 килограмма воды.
Высокая удельная теплота плавления льда является важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно такое же количество теплоты, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды на 80 градусов Цельсия.
Английский ученый Р. Блэк, открывший существование теплоты плавления и парообразования, еще в XVIII веке писал: «Если бы лёд не обладал большой теплотой плавления, то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота непрерывно передается льду из воздуха. Последствия этого были бы ужасны; ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда или снега».
Внутренняя энергия тела изменяется при нагревании и охлаждении, при парообразовании и конденсации, при плавлении и кристаллизации. Во всех случаях телу передается или от него отнимается некоторое количество теплоты.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ