1. Промяната на вътрешната енергия при извършване на работа се характеризира с количеството работа, т.е. работата е мярка за промяната на вътрешната енергия в даден процес. Изменението на вътрешната енергия на тялото при топлообмен се характеризира с величина, наречена количество топлина.
Количеството топлина е промяната във вътрешната енергия на тялото по време на процеса на пренос на топлина без извършване на работа.
Количеството топлина се обозначава с буквата \(Q\) . Тъй като количеството топлина е мярка за промяната във вътрешната енергия, нейната единица е джаул (1 J).
Когато тялото предаде определено количество топлина, без да извършва работа, вътрешната му енергия се увеличава; ако тялото отдава определено количество топлина, тогава вътрешната му енергия намалява.
2. Ако налеете 100 g вода в два еднакви съда, единия и 400 g в другия с еднаква температура и ги поставите на еднакви горелки, тогава водата в първия съд ще заври по-рано. Следователно, колкото по-голяма е масата на едно тяло, толкова по-голямо количество топлина е необходимо за нагряването му. Същото важи и за охлаждането: тяло с по-голяма маса отделя повече топлина при охлаждане. Тези тела са направени от едно и също вещество и се нагряват или охлаждат с еднакъв брой градуси.
3. Ако сега загреем 100 g вода от 30 до 60 °C, т.е. при 30 °C, а след това до 100 °C, т.е. с 70 °C, тогава в първия случай ще отнеме по-малко време за нагряване, отколкото във втория, и съответно загряването на вода с 30 °C ще изисква по-малко топлина, отколкото загряването на вода с 70 °C. По този начин количеството топлина е право пропорционално на разликата между крайната \((t_2\,^\circ C) \) и началната \((t_1\,^\circ C) \) температури: \( Q\sim(t_2- t_1) \) .
4. Ако сега налеете 100 g вода в един съд, а в друг идентичен съд налеете малко вода и поставите в него метално тяло, така че неговата маса и масата на водата да са 100 g, и нагреете съдовете върху еднакви плочки, тогава ще забележите, че в съд, съдържащ само вода, ще има по-ниска температура от този, съдържащ вода и метално тяло. Следователно, за да бъде еднаква температурата на съдържанието в двата съда, е необходимо да се предаде повече топлина на водата, отколкото на водата и металното тяло. Следователно количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което е направено тялото.
5. Зависимостта на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, от вида на веществото се характеризира с физична величина, наречена специфичен топлинен капацитет на веществото.
Физическо количество, равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на 1 kg вещество, за да се нагрее с 1 ° C (или 1 K), се нарича специфичен топлинен капацитет на веществото.
1 kg вещество отделя същото количество топлина при охлаждане с 1 °C.
Специфичният топлинен капацитет се обозначава с буквата \(c\) . Единицата за специфичен топлинен капацитет е 1 J/kg °C или 1 J/kg K.
Специфичният топлинен капацитет на веществата се определя експериментално. Течностите имат по-висок специфичен топлинен капацитет от металите; Водата има най-висока специфична топлина, златото има много малка специфична топлина.
Специфичната топлина на оловото е 140 J/kg °C. Това означава, че за загряване на 1 kg олово с 1 °C е необходимо да се изразходва количество топлина от 140 J. Същото количество топлина ще се отдели, когато 1 kg вода се охлади с 1 °C.
Тъй като количеството топлина е равно на изменението на вътрешната енергия на тялото, можем да кажем, че специфичният топлинен капацитет показва колко се променя вътрешната енергия на 1 kg вещество, когато температурата му се промени с 1 °C. По-специално, вътрешната енергия на 1 kg олово се увеличава със 140 J при нагряване с 1 °C и намалява със 140 J при охлаждане.
Количеството топлина \(Q \) необходимо за загряване на тяло с маса \(m \) от температура \((t_1\,^\circ C) \) до температура \((t_2\,^\ circ C) \) е равна на произведението от специфичния топлинен капацитет на веществото, масата на тялото и разликата между крайната и началната температура, т.е.
\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]
Същата формула се използва за изчисляване на количеството топлина, което тялото отделя при охлаждане. Само в този случай крайната температура трябва да се извади от началната температура, т.е. Извадете по-малката стойност от по-голямата стойност на температурата.
6. Пример за решение на проблем. 100 g вода с температура 20 °C се налива в чаша, съдържаща 200 g вода с температура 80 °C. След което температурата в съда достига 60 °C. Колко топлина е получила студената вода и колко топлина е отдала горещата вода?
Когато решавате проблем, трябва да изпълните следната последователност от действия:
- запишете накратко условията на проблема;
- преобразувайте стойностите на количествата в SI;
- анализирайте проблема, установете кои тела участват в топлообмена, кои тела отдават енергия и кои получават;
- решаване на задачата в обща форма;
- извършване на изчисления;
- анализирайте получения отговор.
1. Проблемно състояние.
дадени:
\(m_1 \) = 200 g
\(m_2\) = 100 g
\(t_1 \) = 80 °C
\(t_2 \) = 20 °C
\(t\) = 60 °C
______________
\(Q_1 \) — ? \(Q_2 \) — ?
\(c_1 \) = 4200 J/kg °C
2. SI:\(m_1\) = 0,2 kg; \(m_2\) = 0,1 кг.
3. Анализ на задачите. Задачата описва процеса на топлообмен между топла и студена вода. Горещата вода отделя количество топлина \(Q_1 \) и се охлажда от температура \(t_1 \) до температура \(t \) . Студената вода получава количеството топлина \(Q_2 \) и се нагрява от температура \(t_2 \) до температура \(t \) .
4. Решение на проблема в общ вид. Количеството топлина, отделено от гореща вода, се изчислява по формулата: \(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .
Количеството топлина, получено от студена вода, се изчислява по формулата: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .
5.
Изчисления.
\(Q_1 \) = 4200 J/kg · °С · 0,2 kg · 20 °С = 16800 J
\(Q_2\) = 4200 J/kg °C 0,1 kg 40 °C = 16800 J
6. Отговорът е, че количеството топлина, отделено от гореща вода, е равно на количеството топлина, получено от студена вода. В този случай е разгледана идеализирана ситуация и не е взето предвид, че определено количество топлина е използвано за нагряване на стъклото, в което се намира водата и околния въздух. В действителност количеството топлина, отделено от гореща вода, е по-голямо от количеството топлина, получено от студена вода.
част 1
1. Специфичният топлинен капацитет на среброто е 250 J/(kg °C). какво значи това
1) когато 1 kg сребро се охлади при 250 °C, се отделя количество топлина от 1 J
2) при охлаждане на 250 kg сребро с 1 °C се отделя количество топлина от 1 J
3) когато 250 kg сребро се охлади с 1 °C, се абсорбира количество топлина от 1 J
4) когато 1 kg сребро се охлади с 1 ° C, се отделя количество топлина от 250 J
2. Специфичният топлинен капацитет на цинка е 400 J/(kg °C). Това означава, че
1) когато 1 kg цинк се нагрее до 400 °C, вътрешната му енергия се увеличава с 1 J
2) при нагряване на 400 kg цинк с 1 °C вътрешната му енергия се увеличава с 1 J
3) за загряване на 400 kg цинк с 1 °C е необходимо да се изразходва 1 J енергия
4) когато 1 kg цинк се нагрее с 1 °C, вътрешната му енергия се увеличава с 400 J
3. При предаване на количество топлина \(Q \) към твърдо тяло с маса \(m \) , температурата на тялото се повишава с \(\Delta t^\circ \) . Кой от следните изрази определя специфичния топлинен капацитет на веществото на това тяло?
1) \(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \)
4) \(Qm\Делта t^\circ \)
4. Фигурата показва графика на зависимостта на количеството топлина, необходимо за нагряване на две тела (1 и 2) с еднаква маса от температурата. Сравнете стойностите на специфичния топлинен капацитет (\(c_1 \) и \(c_2 \) ) на веществата, от които са направени тези тела.
1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1>c_2 \)
3)\(c_1
5. Диаграмата показва количеството топлина, предадено на две тела с еднаква маса, когато температурата им се промени с еднакъв брой градуси. Коя връзка е правилна за специфичните топлинни мощности на веществата, от които са изградени телата?
1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)
6. Фигурата показва графика на температурата на твърдо тяло в зависимост от количеството топлина, което отделя. Телесно тегло 4 кг. Какъв е специфичният топлинен капацитет на веществото на това тяло?
1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)
7. При нагряване на кристално вещество с тегло 100 g се измерва температурата на веществото и количеството топлина, предадено на веществото. Данните от измерванията бяха представени в таблична форма. Ако приемем, че загубите на енергия могат да бъдат пренебрегнати, определете специфичния топлинен капацитет на веществото в твърдо състояние.
1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)
8. За да загреете 192 g молибден с 1 K, трябва да му предадете количество топлина от 48 J. Каква е специфичната топлина на това вещество?
1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4·10 -3 J/(kg K)
4) 0,92 J/(kg K)
9. Какво количество топлина е необходимо за нагряване на 100 g олово от 27 до 47 °C?
1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ
10. Загряването на тухла от 20 до 85 °C изисква същото количество топлина като загряването на вода със същата маса с 13 °C. Специфичният топлинен капацитет на тухлата е
1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg·K)
4) 1680 J/(kg K)
11. От списъка с твърдения по-долу изберете две верни и запишете номерата им в таблицата.
1) Количеството топлина, което тялото получава, когато температурата му се повиши с определен брой градуси, е равно на количеството топлина, което това тяло отделя, когато температурата му се понижи със същия брой градуси.
2) Когато веществото се охлади, неговата вътрешна енергия се увеличава.
3) Количеството топлина, което веществото получава при нагряване, се използва главно за увеличаване на кинетичната енергия на неговите молекули.
4) Количеството топлина, което веществото получава при нагряване, се използва главно за увеличаване на потенциалната енергия на взаимодействие на неговите молекули
5) Вътрешната енергия на тялото може да се промени само чрез придаване на определено количество топлина
12. Таблицата представя резултатите от измерванията на масата \(m\) , температурните промени \(\Delta t\) и количеството топлина \(Q\) , отделена по време на охлаждане на цилиндри от мед или алуминий .
Кои твърдения отговарят на резултатите от експеримента? Изберете два правилни от предоставения списък. Посочете номерата им. Въз основа на направените измервания може да се твърди, че количеството топлина, отделена при охлаждане
1) зависи от веществото, от което е направен цилиндърът.
2) не зависи от веществото, от което е направен цилиндърът.
3) нараства с увеличаване на масата на цилиндъра.
4) нараства с увеличаване на температурната разлика.
5) специфичният топлинен капацитет на алуминия е 4 пъти по-голям от специфичния топлинен капацитет на калая.
Част 2
C1.Твърдо тяло с тегло 2 kg се поставя в пещ с мощност 2 kW и започва да се нагрява. Фигурата показва зависимостта на температурата \(t\) на това тяло от времето за нагряване \(\tau \) . Какъв е специфичният топлинен капацитет на веществото?
1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)
Отговори
Промяната на вътрешната енергия при извършване на работа се характеризира с количеството работа, т.е. работата е мярка за промяната на вътрешната енергия в даден процес. Промяната във вътрешната енергия на тялото по време на пренос на топлина се характеризира с величина, наречена количество топлина.
е промяна във вътрешната енергия на тялото по време на процеса на пренос на топлина без извършване на работа. Количеството топлина се обозначава с буквата Q .
Работата, вътрешната енергия и топлината се измерват в едни и същи единици - джаули ( Дж), като всеки вид енергия.
При топлинните измервания преди това като единица за количество топлина се използваше специална единица енергия - калорията ( изпражнения), равно на количеството топлина, необходимо за загряване на 1 грам вода с 1 градус по Целзий (по-точно от 19,5 до 20,5 ° C). Тази единица, по-специално, в момента се използва при изчисляване на потреблението на топлина (топлинна енергия) в жилищни сгради. Експериментално е установен механичният еквивалент на топлината - връзката между калории и джаул: 1 кал = 4,2 J.
Когато тялото предаде определено количество топлина, без да извършва работа, вътрешната му енергия се увеличава; ако тялото отдава определено количество топлина, тогава вътрешната му енергия намалява.
Ако налеете 100 g вода в два еднакви съда, единия и 400 g в другия с еднаква температура и ги поставите на еднакви горелки, тогава водата в първия съд ще заври по-рано. По този начин, колкото по-голяма е телесната маса, толкова по-голямо количество топлина е необходимо, за да се загрее. Същото е и с охлаждането.
Количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, също зависи от вида на веществото, от което е направено тялото. Тази зависимост на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото от вида на веществото, се характеризира с физична величина, наречена специфичен топлинен капацитет вещества.
е физическо количество, равно на количеството топлина, което трябва да се предаде на 1 kg вещество, за да се нагрее с 1 °C (или 1 K). 1 kg вещество отделя същото количество топлина при охлаждане с 1 °C.
Специфичният топлинен капацитет се обозначава с буквата с. Единицата за специфичен топлинен капацитет е 1 J/kg °Cили 1 J/kg °K.
Специфичният топлинен капацитет на веществата се определя експериментално. Течностите имат по-висок специфичен топлинен капацитет от металите; Водата има най-висока специфична топлина, златото има много малка специфична топлина.
Тъй като количеството топлина е равно на промяната във вътрешната енергия на тялото, можем да кажем, че специфичният топлинен капацитет показва колко се променя вътрешната енергия 1 кгвещество, когато температурата му се промени с 1 °C. По-специално, вътрешната енергия на 1 kg олово се увеличава със 140 J при нагряване с 1 °C и намалява със 140 J при охлаждане.
Qнеобходими за нагряване на тяло с маса мна температурата t 1 °Сдо температура t 2 °С, е равна на произведението от специфичния топлинен капацитет на веществото, масата на тялото и разликата между крайната и началната температура, т.е.Q = c ∙ m (t 2 - t 1)
Същата формула се използва за изчисляване на количеството топлина, което тялото отделя при охлаждане. Само в този случай крайната температура трябва да се извади от началната температура, т.е. Извадете по-малката стойност от по-голямата стойност на температурата.
Това е обобщение на темата „Количество топлина. Специфична топлина". Изберете следващите стъпки:
- Отидете на следващото резюме:
В този урок ще научим как да изчисляваме количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане. За да направим това, ще обобщим знанията, придобити в предишните уроци.
Освен това ще се научим, използвайки формулата за количеството топлина, да изразяваме останалите количества от тази формула и да ги изчисляваме, като знаем други величини. Ще бъде разгледана и примерна задача с решение за изчисляване на количеството топлина.
Този урок е посветен на изчисляването на количеството топлина, когато тялото се нагрява или отделя при охлаждане.
Способността да се изчисли необходимото количество топлина е много важна. Това може да е необходимо, например, когато се изчислява количеството топлина, което трябва да се предаде на водата, за да се затопли стаята.
ориз. 1. Количеството топлина, което трябва да се предаде на водата, за да се затопли стаята
Или да изчислим количеството топлина, което се отделя при изгаряне на гориво в различни двигатели:
ориз. 2. Количеството топлина, което се отделя при изгаряне на гориво в двигателя
Тези знания са необходими и за определяне на количеството топлина, което се отделя от Слънцето и пада върху Земята:
ориз. 3. Количеството топлина, отделено от Слънцето и падащо върху Земята
За да изчислите количеството топлина, трябва да знаете три неща (фиг. 4):
- телесно тегло (което обикновено може да се измери с кантар);
- температурната разлика, с която тялото трябва да се нагрее или охлади (обикновено се измерва с помощта на термометър);
- специфичен топлинен капацитет на тялото (който може да се определи от таблицата).
ориз. 4. Какво трябва да знаете, за да определите
Формулата, по която се изчислява количеството топлина, изглежда така:
В тази формула се появяват следните количества:
Количеството топлина, измерено в джаули (J);
Специфичният топлинен капацитет на дадено вещество се измерва в ;
- температурна разлика, измерена в градуси по Целзий ().
Нека разгледаме проблема с изчисляването на количеството топлина.
Задача
Медна чаша с маса грамове съдържа вода с обем литър при температура. Колко топлина трябва да се предаде на чаша вода, така че температурата й да стане равна на ?
ориз. 5. Илюстрация на условията на проблема
Първо записваме кратко условие ( дадени) и преобразувайте всички количества в международната система (SI).
|
дадени: |
SI |
|
|
намирам: |
Решение:
Първо, определете какви други количества са ни необходими, за да решим този проблем. Използвайки таблицата на специфичния топлинен капацитет (Таблица 1), намираме (специфичен топлинен капацитет на медта, тъй като по условие стъклото е мед), (специфичен топлинен капацитет на водата, тъй като по условие има вода в стъклото). Освен това знаем, че за да изчислим количеството топлина, се нуждаем от маса вода. Според условието ни се дава само обемът. Следователно от таблицата вземаме плътността на водата: (Таблица 2).
Таблица 1. Специфичен топлинен капацитет на някои вещества,
Таблица 2. Плътности на някои течности
Сега имаме всичко необходимо, за да разрешим този проблем.
Имайте предвид, че крайното количество топлина ще се състои от сумата от количеството топлина, необходимо за нагряване на медното стъкло и количеството топлина, необходимо за нагряване на водата в него:
Нека първо изчислим количеството топлина, необходимо за нагряване на медно стъкло:
Преди да изчислим количеството топлина, необходимо за загряване на вода, нека изчислим масата на водата, като използваме формула, която ни е позната от 7 клас:
Сега можем да изчислим:
Тогава можем да изчислим:
Нека си припомним какво означават килоджаули. Представката "килограм" означава 
.
отговор:.
За удобство при решаването на задачи за намиране на количеството топлина (така наречените директни задачи) и количествата, свързани с тази концепция, можете да използвате следната таблица.
|
Необходимо количество |
Наименование |
Мерни единици |
Основна формула |
Формула за количество |
|
Количество топлина |
(или пренос на топлина).
Специфичен топлинен капацитет на веществото.
Топлинен капацитет- това е количеството топлина, погълнато от тялото при нагряване с 1 градус.
Топлинният капацитет на тялото се обозначава с главна латинска буква СЪС.
От какво зависи топлинният капацитет на тялото? На първо място, от неговата маса. Ясно е, че загряването например на 1 килограм вода ще изисква повече топлина, отколкото загряването на 200 грама.
Какво ще кажете за вида на веществото? Нека направим експеримент. Нека вземем два еднакви съда и като налеем вода с тегло 400 g в единия от тях и растително масло с тегло 400 g в другия, ще започнем да ги нагряваме с еднакви горелки. Като наблюдаваме показанията на термометъра, ще видим, че маслото се загрява бързо. За да загреете вода и масло до еднаква температура, водата трябва да се загрява по-дълго. Но колкото по-дълго нагряваме водата, толкова повече топлина получава тя от горелката.
По този начин, нагряването на една и съща маса от различни вещества до една и съща температура изисква различни количества топлина. Количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото и следователно неговият топлинен капацитет зависят от вида на веществото, от което е съставено тялото.
Така например, за да се повиши температурата на вода с тегло 1 kg с 1°C, е необходимо количество топлина, равно на 4200 J, а за да се нагрее същата маса слънчогледово масло с 1°C, количество топлина, равно на Необходими са 1700 J.
Физическата величина, показваща колко топлина е необходима за нагряване на 1 kg вещество с 1 ºС, се нарича специфичен топлинен капацитетот това вещество.
Всяко вещество има свой специфичен топлинен капацитет, който се обозначава с латинската буква c и се измерва в джаули на килограм градус (J/(kg °C)).
Специфичният топлинен капацитет на едно и също вещество в различни агрегатни състояния (твърдо, течно и газообразно) е различен. Например специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J/(kg °C), а специфичният топлинен капацитет на леда е 2100 J/(kg °C); алуминият в твърдо състояние има специфичен топлинен капацитет 920 J/(kg - °C), а в течно състояние - 1080 J/(kg - °C).
Имайте предвид, че водата има много висок специфичен топлинен капацитет. Следователно водата в моретата и океаните, когато се нагрява през лятото, поема голямо количество топлина от въздуха. Благодарение на това на местата, които се намират в близост до големи водни тела, лятото не е толкова горещо, колкото на места, далеч от водата.
Изчисляване на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или отделено от него при охлаждане.
От горното става ясно, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от вида на веществото, от което се състои тялото (т.е. неговия специфичен топлинен капацитет) и от масата на тялото. Също така е ясно, че количеството топлина зависи от това с колко градуса ще повишим телесната температура.
Така че, за да определите количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото или освободено от него по време на охлаждане, трябва да умножите специфичния топлинен капацитет на тялото по неговата маса и по разликата между крайната и началната температура:
Q = cm (t 2 - t 1 ) ,
Къде Q- количество топлина, c— специфичен топлинен капацитет, м- телесно тегло, t 1 — начална температура, t 2 — крайна температура.
Когато тялото се загрее t 2 > t 1 и следователно Q > 0 . Когато тялото се охлади t 2i< t 1 и следователно Q< 0 .
Ако е известен топлинният капацитет на цялото тяло СЪС, Qопределя се по формулата:
Q = C (t 2 - t 1 ) .
Вътрешната енергия на тялото може да се промени поради работата на външни сили. За да се характеризира промяната във вътрешната енергия по време на пренос на топлина, се въвежда величина, наречена количество топлина и означена с Q.
В международната система единицата за топлина, както и за работа и енергия, е джаул: = = = 1 J.
В практиката понякога се използва несистемна единица за количество топлина - калорията. 1 кал. = 4,2 J.
Трябва да се отбележи, че терминът "количество топлина" е неудачен. Въведен е във време, когато се смяташе, че телата съдържат някаква безтегловна, неуловима течност - калорична. Процесът на топлообмен се предполага, че се състои в това, че калорията, преминавайки от едно тяло към друго, носи със себе си определено количество топлина. Сега, знаейки основите на молекулярно-кинетичната теория за структурата на материята, разбираме, че в телата няма калории, механизмът за промяна на вътрешната енергия на тялото е различен. Силата на традицията обаче е голяма и ние продължаваме да използваме термин, въведен на базата на неправилни представи за природата на топлината. В същото време, разбирайки природата на преноса на топлина, не трябва напълно да пренебрегвате погрешните схващания за него. Напротив, като се направи аналогия между потока топлина и потока на хипотетична течност от калории, количеството топлина и количеството калории, при решаването на определени класове проблеми е възможно да се визуализират протичащите процеси и правилно решаване на проблемите. В крайна сметка правилните уравнения, описващи процесите на пренос на топлина, някога са били получени на базата на неправилни представи за калориите като топлоносител.
Нека разгледаме по-подробно процесите, които могат да възникнат в резултат на топлообмен.
Налейте малко вода в епруветката и я затворете със запушалка. Окачваме епруветката на прът, фиксиран в стойка, и поставяме открит пламък под нея. Епруветката получава известно количество топлина от пламъка и температурата на течността в нея се повишава. С повишаване на температурата вътрешната енергия на течността се увеличава. Протича интензивен процес на изпаряване. Разширяващите се течни пари извършват механична работа, за да избутат запушалката от епруветката.
Нека проведем още един експеримент с модел на оръдие, изработено от парче месингова тръба, което е монтирано на количка. От едната страна тръбата е плътно затворена с ебонитна тапа, през която е прокаран щифт. Проводниците са запоени към щифта и тръбата, завършващи с клеми, към които може да се подава напрежение от осветителната мрежа. По този начин моделът на оръдието е вид електрически бойлер.
 |
Налей малко вода в дулото на оръдието и затвори тръбата с гумена запушалка. Нека свържем пистолета към източник на захранване. Електрическият ток, преминаващ през водата, я загрява. Водата кипи, което води до интензивно образуване на пара. Налягането на водните пари се увеличава и накрая те вършат работата по изтласкване на щепсела от цевта на пистолета.
Пистолетът, поради откат, се търкаля в посока, обратна на изхвърлянето на щепсела.
И двете преживявания са обединени от следните обстоятелства. В процеса на нагряване на течността по различни начини температурата на течността и съответно нейната вътрешна енергия се повишават. За да може течността да кипи и да се изпарява интензивно, е необходимо да продължите да я нагрявате.
Течните пари, поради вътрешната си енергия, извършват механична работа.
 |
Изследваме зависимостта на количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, от неговата маса, температурните промени и вида на веществото. За изследване на тези зависимости ще използваме вода и масло. (За измерване на температурата в експеримента се използва електрически термометър, направен от термодвойка, свързана с огледален галванометър. Едната термодвойка се спуска в съд със студена вода, за да се осигури постоянна температура. Другата термодвойка измерва температурата на течността в процес на изследване).
Преживяването се състои от три серии. В първата серия, за постоянна маса на определена течност (в нашия случай вода), се изследва зависимостта на количеството топлина, необходимо за нагряването й, от температурните промени. По времето за нагряване ще съдим за количеството топлина, получено от течността от нагревателя (електрическата печка), като приемем, че между тях има правопропорционална зависимост. За да съответства резултатът от експеримента на това предположение, е необходимо да се осигури стационарен топлинен поток от електрическата печка към нагрятото тяло. За да направите това, електрическата печка беше включена предварително, така че до началото на експеримента температурата на нейната повърхност да престане да се променя. За да загреем течността по-равномерно по време на експеримента, ще я разбъркаме с помощта на самата термодвойка. Ние ще записваме показанията на термометъра на равни интервали, докато светлинното петно достигне ръба на скалата.
Нека заключим: има пряка пропорционална зависимост между количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, и изменението на неговата температура.
Във втората серия от експерименти ще сравним количествата топлина, необходими за нагряване на еднакви течности с различни маси, когато тяхната температура се промени с една и съща стойност.
За удобство при сравняване на получените стойности, ще вземем масата на водата за втория експеримент на половината от тази в първия експеримент.
Отново ще записваме показанията на термометъра на равни интервали.
Сравнявайки резултатите от първия и втория експеримент, могат да се направят следните изводи.
В третата серия от експерименти ще сравним количествата топлина, необходими за нагряване на равни маси от различни течности, когато тяхната температура се промени с една и съща стойност.
Ще загреем олио на електрическа печка, чиято маса е равна на масата на водата в първия опит. Ние ще записваме показанията на термометъра на редовни интервали.
Резултатът от експеримента потвърждава заключението, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, е правопропорционално на изменението на неговата температура и освен това показва зависимостта на това количество топлина от вида на веществото.
Тъй като в експеримента е използвано масло, чиято плътност е по-малка от плътността на водата и нагряването на маслото до определена температура изисква по-малко топлина, отколкото нагряването на вода, може да се приеме, че количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от неговата плътност.
За да проверим това предположение, ще нагреем едновременно равни маси вода, парафин и мед на нагревател с постоянна мощност.
След същото време температурата на медта е приблизително 10 пъти, а на парафина приблизително 2 пъти по-висока от температурата на водата.
Но медта има по-висока плътност, а парафинът има по-ниска плътност от водата.
Опитът показва, че величината, характеризираща скоростта на изменение на температурата на веществата, от които са направени телата, участващи в топлообмена, не е плътността. Тази величина се нарича специфичен топлинен капацитет на дадено вещество и се обозначава с буквата c.
 |
Специално устройство се използва за сравняване на специфичните топлинни мощности на различни вещества. Устройството се състои от стелажи, в които са закрепени тънка парафинова пластина и лента с пръти, прекарани през нея. В краищата на прътите са закрепени алуминиеви, стоманени и месингови цилиндри с еднаква маса.
Нека загреем цилиндрите до същата температура, като ги потопим в съд с вода, стоящ върху горещ котлон. Закрепваме горещите цилиндри към стелажите и ги освобождаваме от закрепването. Цилиндрите едновременно докосват парафиновата плоча и, разтопявайки парафина, започват да потъват в нея. Дълбочината на потапяне на цилиндри с еднаква маса в парафинова плоча, когато температурата им се промени с една и съща стойност, се оказва различна.
Опитът показва, че специфичните топлинни мощности на алуминия, стоманата и месинга са различни.
След провеждане на подходящи експерименти с топенето на твърди вещества, изпаряване на течности и изгаряне на гориво, получаваме следните количествени зависимости.
За да се получат единици за специфични количества, те трябва да бъдат изразени от съответните формули и в получените изрази да се заменят единици топлина - 1 J, маса - 1 kg и специфичен топлинен капацитет - 1 K.
Получаваме следните единици: специфичен топлинен капацитет – 1 J/kg·K, други специфични топлинни стойности: 1 J/kg.