1. Mabadiliko ya nishati ya ndani kwa kufanya kazi ni sifa ya kiasi cha kazi, i.e. kazi ni kipimo cha mabadiliko ya nishati ya ndani katika mchakato fulani. Mabadiliko ya nishati ya ndani ya mwili wakati wa uhamishaji wa joto huonyeshwa na idadi inayoitwa kiasi cha joto.
Kiasi cha joto ni mabadiliko katika nishati ya ndani ya mwili wakati wa mchakato wa uhamisho wa joto bila kufanya kazi.
Kiasi cha joto kinaonyeshwa na herufi \ (Q\) . Kwa kuwa kiasi cha joto ni kipimo cha mabadiliko katika nishati ya ndani, kitengo chake ni joule (1 J).
Wakati mwili unapohamisha kiasi fulani cha joto bila kufanya kazi, nishati yake ya ndani huongezeka ikiwa mwili hutoa kiasi fulani cha joto, basi nishati yake ya ndani hupungua.
2. Ikiwa unamwaga 100 g ya maji kwenye vyombo viwili vinavyofanana, moja na 400 g ndani ya nyingine kwa joto sawa na kuziweka kwenye burners zinazofanana, basi maji katika chombo cha kwanza yata chemsha mapema. Kwa hivyo, kadri mwili unavyozidi kuwa mkubwa, ndivyo joto linavyohitaji kuwasha. Vile vile ni sawa na baridi: wakati mwili wa molekuli mkubwa umepozwa, hutoa kiasi kikubwa cha joto. Miili hii imeundwa kwa dutu moja na hupasha joto au kupoa kwa idadi sawa ya digrii.
3. Ikiwa sasa tuna joto 100 g ya maji kutoka 30 hadi 60 ° C, i.e. saa 30 ° C, na kisha hadi 100 ° C, i.e. kwa 70 ° C, basi katika kesi ya kwanza itachukua muda kidogo wa joto kuliko ya pili, na, ipasavyo, inapokanzwa maji kwa 30 ° C itahitaji joto kidogo kuliko inapokanzwa maji kwa 70 ° C. Kwa hivyo, kiasi cha joto kinalingana moja kwa moja na tofauti kati ya joto la mwisho \((t_2\,^\circ C) \) na \(t_1\,^\circ C) \) joto la awali \((t_1\,^\circ C) \): \( Q\sim(t_2- t_1) \) .
4. Ikiwa sasa unamimina 100 g ya maji kwenye chombo kimoja, na kumwaga maji kidogo kwenye chombo kingine sawa na kuweka ndani yake mwili wa chuma ili uzito wake na wingi wa maji ni 100 g, na joto vyombo kwenye tiles zinazofanana, basi utaona kwamba katika chombo kilicho na maji tu kitakuwa na joto la chini kuliko moja iliyo na maji na mwili wa chuma. Kwa hiyo, ili joto la yaliyomo katika vyombo vyote viwili kuwa sawa, ni muhimu kuhamisha joto zaidi kwa maji kuliko maji na mwili wa chuma. Kwa hivyo, kiasi cha joto kinachohitajika kwa joto la mwili hutegemea aina ya dutu ambayo mwili hufanywa.
5. Utegemezi wa kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha mwili joto kwa aina ya dutu ina sifa ya wingi wa kimwili unaoitwa. uwezo maalum wa joto wa dutu.
Kiasi cha kimwili sawa na kiasi cha joto ambacho lazima kigawe kwa kilo 1 ya dutu ili kuipasha moto kwa 1 ° C (au 1 K) inaitwa uwezo maalum wa joto wa dutu hii.
Kilo 1 ya dutu hutoa kiwango sawa cha joto inapopozwa kwa 1 °C.
Uwezo mahususi wa joto unaonyeshwa na herufi \(c\) . Kipimo cha uwezo mahususi wa joto ni 1 J/kg °C au 1 J/kg K.
Uwezo maalum wa joto wa vitu umeamua kwa majaribio. Vimiminika vina uwezo maalum wa joto zaidi kuliko metali; Maji yana joto maalum la juu zaidi, dhahabu ina joto ndogo sana maalum.
Joto maalum la risasi ni 140 J/kg °C. Hii ina maana kwamba joto la kilo 1 ya risasi kwa 1 ° C ni muhimu kutumia kiasi cha joto cha 140 J. Kiasi sawa cha joto kitatolewa wakati kilo 1 ya maji inapoa kwa 1 ° C.
Kwa kuwa kiasi cha joto ni sawa na mabadiliko katika nishati ya ndani ya mwili, tunaweza kusema kwamba uwezo maalum wa joto unaonyesha ni kiasi gani nishati ya ndani ya kilo 1 ya dutu inabadilika wakati joto lake linabadilika kwa 1 ° C. Hasa, nishati ya ndani ya kilo 1 ya risasi huongezeka kwa 140 J inapokanzwa na 1 ° C, na hupungua kwa 140 J wakati kilichopozwa.
Kiasi cha joto \(Q \) kinachohitajika ili kupasha mwili wa misa \(m \) kutoka halijoto \((t_1\,^\circ C) \) hadi joto \((t_2\,^\ circ C) \) ni sawa na bidhaa ya uwezo maalum wa joto wa dutu, molekuli ya mwili na tofauti kati ya joto la mwisho na la awali, i.e.
\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]
Njia hiyo hiyo hutumiwa kuhesabu kiwango cha joto ambacho mwili hutoa wakati wa kupoa. Tu katika kesi hii lazima joto la mwisho liondolewe kutoka kwa joto la awali, i.e. Ondoa joto ndogo kutoka kwa joto kubwa.
6. Mfano wa suluhisho la shida. 100 g ya maji kwa joto la 20 ° C hutiwa ndani ya glasi iliyo na 200 g ya maji kwa joto la 80 ° C. Baada ya hapo joto katika chombo lilifikia 60 ° C. Maji baridi yalipata joto kiasi gani na maji ya moto yalitoa joto kiasi gani?
Wakati wa kutatua shida, lazima ufanye mlolongo ufuatao wa vitendo:
- andika kwa ufupi hali ya shida;
- kubadilisha maadili ya kiasi kuwa SI;
- kuchambua tatizo, kuanzisha miili gani inayohusika katika kubadilishana joto, ambayo miili hutoa nishati na ambayo hupokea;
- kutatua tatizo kwa fomu ya jumla;
- kufanya mahesabu;
- kuchambua jibu lililopokelewa.
1. Kazi.
Imetolewa:
\(m_1 \) = 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 kg.
3. Uchambuzi wa kazi. Tatizo linaelezea mchakato wa kubadilishana joto kati ya maji ya moto na baridi. Maji ya moto hutoa kiasi cha joto\(Q_1 \) na kupoa kutoka halijoto \(t_1 \) hadi halijoto \(t \) . Maji baridi hupokea kiasi cha joto\(Q_2 \) na hupashwa joto kutoka halijoto \(t_2 \) hadi halijoto\(t \) .
4. Suluhisho la shida kwa fomu ya jumla. Kiasi cha joto kinachotolewa na maji ya moto huhesabiwa kwa fomula: \(Q_1=c_1m_1(t_1-t) \) .
Kiasi cha joto kilichopokelewa na maji baridi huhesabiwa kwa fomula: \(Q_2=c_2m_2(t-t_2) \) .
5.
Mahesabu.
\(Q_1 \) = 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. Jibu ni kwamba kiasi cha joto kinachotolewa na maji ya moto ni sawa na kiasi cha joto kilichopokelewa na maji baridi. Katika kesi hiyo, hali iliyopendekezwa ilizingatiwa na haikuzingatiwa kuwa kiasi fulani cha joto kilitumiwa kwa joto la kioo ambalo maji yalikuwa na hewa inayozunguka. Kwa kweli, kiasi cha joto kinachotolewa na maji ya moto ni kikubwa zaidi kuliko kiasi cha joto kilichopokelewa na maji baridi.
Sehemu 1
1. Uwezo maalum wa joto wa fedha ni 250 J/(kg °C). Je, hii ina maana gani?
1) wakati kilo 1 ya fedha inapoa kwa 250 ° C, kiasi cha joto cha 1 J hutolewa.
2) wakati kilo 250 za fedha hupoa kwa 1 ° C, kiasi cha joto cha 1 J hutolewa.
3) wakati kilo 250 za fedha hupoa kwa 1 ° C, kiasi cha joto cha 1 J kinafyonzwa.
4) wakati kilo 1 ya fedha inapoa kwa 1 ° C, kiasi cha joto cha 250 J hutolewa.
2. Uwezo maalum wa joto wa zinki ni 400 J/(kg °C). Ina maana kwamba
1) wakati kilo 1 ya zinki inapokanzwa na 400 ° C, nishati yake ya ndani huongezeka kwa 1 J.
2) wakati kilo 400 za zinki inapokanzwa na 1 ° C, nishati yake ya ndani huongezeka kwa 1 J.
3) kupasha joto kilo 400 za zinki kwa 1 ° C ni muhimu kutumia 1 J ya nishati.
4) wakati kilo 1 ya zinki inapokanzwa na 1 ° C, nishati yake ya ndani huongezeka kwa 400 J.
3. Wakati wa kuhamisha kiasi cha joto \ (Q \) kwa mwili imara na uzito \ (m \) , joto la mwili liliongezeka kwa \\(\Delta t^\circ \) . Ni ipi kati ya maneno yafuatayo huamua uwezo maalum wa joto wa dutu ya mwili huu?
1) \(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \)
4) \(Qm\Delta t^\circ \)
4. Takwimu inaonyesha grafu ya utegemezi wa kiasi cha joto kinachohitajika ili joto miili miwili (1 na 2) ya molekuli sawa kwenye joto. Linganisha thamani mahususi za uwezo wa joto (\(c_1 \) na \(c_2 \) ) za dutu ambazo miili hii imetengenezwa.
1) \(c_1=c_2 \)
2) \(c_1>c_2 \)
3)\(c_1
5. Mchoro unaonyesha kiasi cha joto kinachohamishwa kwa miili miwili ya molekuli sawa wakati joto lao linabadilika kwa idadi sawa ya digrii. Ni uhusiano gani ulio sahihi kwa uwezo maalum wa joto wa dutu ambayo miili hufanywa?
1) \(c_1=c_2\)
2) \(c_1=3c_2\)
3) \(c_2=3c_1\)
4) \(c_2=2c_1\)
6. Takwimu inaonyesha grafu ya joto la mwili imara kulingana na kiasi cha joto ambacho hutoa. Uzito wa mwili 4 kg. Je, ni uwezo gani maalum wa joto wa dutu ya mwili huu?
1) 500 J/(kg °C)
2) 250 J/(kg °C)
3) 125 J/(kg °C)
4) 100 J/(kg °C)
7. Wakati inapokanzwa dutu ya fuwele yenye uzito wa 100 g, joto la dutu na kiasi cha joto kilichotolewa kwa dutu kilipimwa. Data ya kipimo iliwasilishwa katika fomu ya jedwali. Kwa kuzingatia kwamba hasara za nishati zinaweza kupuuzwa, tambua uwezo maalum wa joto wa dutu katika hali ngumu.
1) 192 J/(kg °C)
2) 240 J/(kg °C)
3) 576 J/(kg °C)
4) 480 J/(kg °C)
8. Ili joto 192 g ya molybdenum kwa 1 K, unahitaji kuhamisha kiasi cha joto cha 48 J ni nini joto maalum la dutu hii?
1) 250 J/(kg K)
2) 24 J/(kg K)
3) 4·10 -3 J/(kg K)
4) 0.92 J/(kg K)
9. Ni kiasi gani cha joto kinachohitajika ili joto 100 g ya risasi kutoka 27 hadi 47 ° C?
1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ
10. Kupasha tofali kutoka 20 hadi 85 °C kunahitaji kiwango sawa cha joto kama inapokanzwa maji ya molekuli sawa na 13 °C. Uwezo maalum wa joto wa matofali ni
1) 840 J/(kg K)
2) 21000 J/(kg K)
3) 2100 J/(kg K)
4) 1680 J/(kg K)
11. Kutoka kwa orodha iliyo hapa chini, chagua mbili sahihi na uandike nambari zao kwenye jedwali.
1) Kiasi cha joto ambacho mwili hupokea wakati joto lake linapoongezeka kwa idadi fulani ya digrii ni sawa na kiasi cha joto ambacho mwili huu hutoa wakati joto lake linapungua kwa idadi sawa ya digrii.
2) Wakati dutu inapoa, nishati yake ya ndani huongezeka.
3) Kiasi cha joto ambacho dutu hupokea inapokanzwa hutumiwa hasa kuongeza nishati ya kinetic ya molekuli zake.
4) Kiasi cha joto ambacho dutu hupokea inapokanzwa hutumiwa hasa kuongeza nishati ya mwingiliano wa molekuli zake.
5) Nishati ya ndani ya mwili inaweza kubadilishwa tu kwa kutoa kiasi fulani cha joto ndani yake
12. Jedwali linaonyesha matokeo ya vipimo vya wingi \(m\) , mabadiliko ya halijoto \(\Delta t\) na kiasi cha joto \(Q\)) iliyotolewa wakati wa kupoeza kwa mitungi iliyotengenezwa kwa shaba au alumini. .
Ni taarifa gani zinazolingana na matokeo ya jaribio? Chagua mbili sahihi kutoka kwenye orodha iliyotolewa. Onyesha idadi yao. Kulingana na vipimo vilivyochukuliwa, inaweza kusema kuwa kiasi cha joto kilichotolewa wakati wa baridi
1) inategemea dutu ambayo silinda hufanywa.
2) haitegemei dutu ambayo silinda hufanywa.
3) huongezeka kwa kuongezeka kwa wingi wa silinda.
4) kuongezeka kwa tofauti ya joto.
5) uwezo maalum wa joto wa alumini ni mara 4 zaidi kuliko uwezo maalum wa joto wa bati.
Sehemu ya 2
C1. Mwili imara wenye uzito wa kilo 2 huwekwa kwenye tanuru ya kW 2 na huanza joto. Kielelezo kinaonyesha utegemezi wa halijoto \ (t\) ya mwili huu wakati wa kupasha joto\(\tau \) . Ni nini uwezo maalum wa joto wa dutu hii?
1) 400 J/(kg °C)
2) 200 J/(kg °C)
3) 40 J/(kg °C)
4) 20 J/(kg °C)
Majibu
Mabadiliko ya nishati ya ndani kwa kufanya kazi ni sifa ya kiasi cha kazi, i.e. kazi ni kipimo cha mabadiliko ya nishati ya ndani katika mchakato fulani. Mabadiliko katika nishati ya ndani ya mwili wakati wa uhamisho wa joto ni sifa ya kiasi kinachoitwa kiasi cha joto.
ni mabadiliko katika nishati ya ndani ya mwili wakati wa mchakato wa uhamisho wa joto bila kufanya kazi. Kiasi cha joto kinaonyeshwa na barua Q .
Kazi, nishati ya ndani na joto hupimwa katika vitengo sawa - joules ( J), kama aina yoyote ya nishati.
Katika vipimo vya joto, kitengo maalum cha nishati kilitumiwa hapo awali kama kitengo cha joto - kalori ( kinyesi), sawa na kiasi cha joto kinachohitajika kupasha gramu 1 ya maji kwa digrii 1 Celsius (kwa usahihi zaidi, kutoka 19.5 hadi 20.5 ° C). Kitengo hiki, hasa, kinatumika kwa sasa wakati wa kuhesabu matumizi ya joto (nishati ya joto) katika majengo ya ghorofa. Sawa ya mitambo ya joto imeanzishwa kwa majaribio - uhusiano kati ya kalori na joule: Kalori 1 = 4.2 J.
Wakati mwili unapohamisha kiasi fulani cha joto bila kufanya kazi, nishati yake ya ndani huongezeka ikiwa mwili hutoa kiasi fulani cha joto, basi nishati yake ya ndani hupungua.
Ikiwa unamwaga 100 g ya maji kwenye vyombo viwili vinavyofanana, moja na 400 g ndani ya nyingine kwa joto sawa na kuziweka kwenye burners zinazofanana, basi maji katika chombo cha kwanza yata chemsha mapema. Kwa hivyo, kadiri misa ya mwili inavyoongezeka, ndivyo joto linavyohitaji kuongezeka. Ni sawa na baridi.
Kiasi cha joto kinachohitajika kwa joto la mwili pia inategemea aina ya dutu ambayo mwili hufanywa. Utegemezi huu wa kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha mwili joto juu ya aina ya dutu ina sifa ya wingi wa kimwili unaoitwa. uwezo maalum wa joto vitu.
ni kiasi halisi cha kiasi cha joto ambacho lazima kigawiwe kwa kilo 1 ya dutu ili kuipasha joto kwa 1 °C (au 1 K). Kilo 1 ya dutu hutoa kiwango sawa cha joto inapopozwa kwa 1 °C.
Uwezo maalum wa joto huteuliwa na barua Na. Kitengo cha uwezo maalum wa joto ni 1 J/kg °C au 1 J/kg °K.
Uwezo maalum wa joto wa vitu umeamua kwa majaribio. Vimiminika vina uwezo maalum wa joto zaidi kuliko metali; Maji yana joto maalum la juu zaidi, dhahabu ina joto ndogo sana maalum.
Kwa kuwa kiasi cha joto ni sawa na mabadiliko katika nishati ya ndani ya mwili, tunaweza kusema kwamba uwezo maalum wa joto unaonyesha ni kiasi gani nishati ya ndani inabadilika. 1 kg dutu wakati joto lake linabadilika 1 °C. Hasa, nishati ya ndani ya kilo 1 ya risasi huongezeka kwa 140 J inapokanzwa na 1 ° C, na hupungua kwa 140 J wakati kilichopozwa.
Q inahitajika kupasha mwili wa misa m juu ya joto t 1 ° С hadi joto t 2 ° С, ni sawa na bidhaa ya uwezo maalum wa joto wa dutu, molekuli ya mwili na tofauti kati ya joto la mwisho na la awali, i.e.Q = c ∙ m (t 2 - t 1)
Njia sawa hutumiwa kuhesabu kiasi cha joto ambacho mwili hutoa wakati wa kupoa. Tu katika kesi hii lazima joto la mwisho liondolewe kutoka kwa joto la awali, i.e. Ondoa joto ndogo kutoka kwa joto kubwa.
Huu ni muhtasari wa mada " Kiasi cha joto. joto maalum". Chagua hatua zinazofuata:
- Nenda kwa muhtasari unaofuata:
Katika somo hili tutajifunza jinsi ya kuhesabu kiasi cha joto kinachohitajika ili joto la mwili au kutolewa nayo wakati wa baridi. Ili kufanya hivyo, tutafanya muhtasari wa maarifa ambayo yalipatikana katika masomo yaliyopita.
Kwa kuongeza, tutajifunza, kwa kutumia formula kwa kiasi cha joto, kueleza kiasi kilichobaki kutoka kwa formula hii na kuhesabu, kujua kiasi kingine. Mfano wa tatizo na suluhisho la kuhesabu kiasi cha joto pia utazingatiwa.
Somo hili limejitolea kuhesabu kiasi cha joto wakati mwili unapokanzwa au kutolewa wakati umepozwa.
Uwezo wa kuhesabu kiasi kinachohitajika cha joto ni muhimu sana. Hii inaweza kuhitajika, kwa mfano, wakati wa kuhesabu kiasi cha joto ambacho kinahitajika kutolewa kwa maji ili joto la chumba.
Mchele. 1. Kiasi cha joto ambacho kinapaswa kutolewa kwa maji ili joto la chumba
Au kuhesabu kiasi cha joto ambacho hutolewa wakati mafuta yanachomwa katika injini mbalimbali:
Mchele. 2. Kiasi cha joto kinachotolewa wakati mafuta yanachomwa kwenye injini
Ujuzi huu pia unahitajika, kwa mfano, kuamua kiwango cha joto ambacho hutolewa na Jua na huanguka Duniani:
Mchele. 3. Kiasi cha joto kinachotolewa na Jua na kuanguka juu ya Dunia
Ili kuhesabu kiasi cha joto, unahitaji kujua mambo matatu (Mchoro 4):
- uzito wa mwili (ambayo inaweza kawaida kupimwa kwa kutumia mizani);
- tofauti ya joto ambayo mwili lazima iwe moto au kilichopozwa (kawaida hupimwa kwa kutumia thermometer);
- uwezo maalum wa joto wa mwili (ambayo inaweza kuamua kutoka meza).
Mchele. 4. Unachohitaji kujua ili kuamua
Njia ambayo kiasi cha joto huhesabiwa inaonekana kama hii:
Kiasi kifuatacho kinaonekana katika fomula hii:
Kiasi cha joto kilichopimwa katika joules (J);
Uwezo maalum wa joto wa dutu hupimwa kwa;
- tofauti ya joto, kipimo katika digrii Celsius ().
Hebu fikiria tatizo la kuhesabu kiasi cha joto.
Kazi
Kioo cha shaba na wingi wa gramu kina maji yenye kiasi cha lita kwa joto. Ni joto ngapi lazima lihamishwe kwenye glasi ya maji ili joto lake liwe sawa na?
Mchele. 5. Mchoro wa hali ya shida
Kwanza tunaandika hali fupi ( Imetolewa) na kubadilisha viwango vyote kuwa mfumo wa kimataifa (SI).
|
Imetolewa: |
SI |
|
|
Tafuta: |
Suluhisho:
Kwanza, tambua ni kiasi gani kingine tunachohitaji kutatua tatizo hili. Kutumia meza ya uwezo maalum wa joto (Jedwali 1) tunapata (uwezo maalum wa joto wa shaba, kwa kuwa kwa hali ya kioo ni shaba), (uwezo maalum wa joto wa maji, kwa kuwa kwa hali kuna maji katika kioo). Kwa kuongeza, tunajua kwamba kuhesabu kiasi cha joto tunahitaji wingi wa maji. Kulingana na hali, tunapewa tu kiasi. Kwa hiyo, kutoka kwenye meza tunachukua wiani wa maji: (Jedwali 2).
Jedwali 1. Uwezo maalum wa joto wa baadhi ya vitu,
Jedwali 2. Msongamano wa baadhi ya vimiminika
Sasa tuna kila kitu tunachohitaji ili kutatua tatizo hili.
Kumbuka kwamba kiasi cha mwisho cha joto kitajumuisha jumla ya kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha kioo cha shaba na kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha maji ndani yake:
Hebu kwanza tuhesabu kiasi cha joto kinachohitajika ili joto kioo cha shaba:
Kabla ya kuhesabu kiasi cha joto kinachohitajika kupasha maji, hebu tuhesabu wingi wa maji kwa kutumia fomula ambayo tunaijua kutoka kwa daraja la 7:
Sasa tunaweza kuhesabu:
Kisha tunaweza kuhesabu:
Wacha tukumbuke kile kilojoules inamaanisha. Kiambishi awali "kilo" kinamaanisha 
.
Jibu:.
Kwa urahisi wa kutatua matatizo ya kupata kiasi cha joto (kinachojulikana matatizo ya moja kwa moja) na kiasi kinachohusiana na dhana hii, unaweza kutumia meza ifuatayo.
|
Kiasi kinachohitajika |
Uteuzi |
Vitengo |
Msingi wa formula |
Formula kwa wingi |
|
Kiasi cha joto |
(au uhamishaji wa joto).
Uwezo maalum wa joto wa dutu.
Uwezo wa joto- hii ni kiasi cha joto kufyonzwa na mwili wakati joto na 1 shahada.
Uwezo wa joto wa mwili unaonyeshwa na herufi kubwa ya Kilatini NA.
Je, uwezo wa joto wa mwili hutegemea nini? Kwanza kabisa, kutoka kwa wingi wake. Ni wazi kwamba inapokanzwa, kwa mfano, kilo 1 ya maji itahitaji joto zaidi kuliko inapokanzwa gramu 200.
Vipi kuhusu aina ya dutu? Hebu tufanye jaribio. Hebu tuchukue vyombo viwili vinavyofanana na, baada ya kumwaga maji yenye uzito wa 400 g ndani ya moja yao, na mafuta ya mboga yenye uzito wa 400 g kwa nyingine, tutaanza kuwasha moto kwa kutumia burners zinazofanana. Kwa kuzingatia masomo ya thermometer, tutaona kwamba mafuta huwaka haraka. Ili joto la maji na mafuta kwa joto sawa, maji lazima yawe moto kwa muda mrefu. Lakini kwa muda mrefu tunapokanzwa maji, joto zaidi hupokea kutoka kwa burner.
Hivyo, inapokanzwa molekuli sawa ya vitu tofauti kwa joto sawa inahitaji kiasi tofauti cha joto. Kiasi cha joto kinachohitajika ili joto la mwili na, kwa hiyo, uwezo wake wa joto hutegemea aina ya dutu ambayo mwili huundwa.
Kwa hiyo, kwa mfano, ili kuongeza joto la maji yenye uzito wa kilo 1 kwa 1 ° C, kiasi cha joto sawa na 4200 J kinahitajika, na joto la molekuli sawa ya mafuta ya alizeti kwa 1 ° C, kiasi cha joto sawa na 1700 J inahitajika.
Kiasi cha kimwili kinachoonyesha kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha kilo 1 ya dutu kwa 1 ºС inaitwa. uwezo maalum wa joto ya dutu hii.
Kila dutu ina uwezo wake maalum wa joto, ambao unaonyeshwa na herufi ya Kilatini c na kupimwa kwa joule kwa kila digrii ya kilo (J/(kg °C)).
Uwezo maalum wa joto wa dutu moja katika majimbo tofauti ya mkusanyiko (imara, kioevu na gesi) ni tofauti. Kwa mfano, uwezo maalum wa joto wa maji ni 4200 J/(kg °C), na uwezo maalum wa joto wa barafu ni 2100 J/(kg °C); alumini katika hali imara ina uwezo maalum wa joto wa 920 J / (kg - ° C), na katika hali ya kioevu - 1080 J / (kg - ° C).
Kumbuka kwamba maji yana uwezo wa juu sana wa joto maalum. Kwa hiyo, maji katika bahari na bahari, inapokanzwa katika majira ya joto, inachukua kiasi kikubwa cha joto kutoka hewa. Shukrani kwa hili, katika maeneo hayo ambayo iko karibu na miili mikubwa ya maji, majira ya joto sio moto kama katika maeneo ya mbali na maji.
Hesabu ya kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha mwili joto au kutolewa nayo wakati wa baridi.
Kutoka hapo juu ni wazi kwamba kiasi cha joto kinachohitajika kwa joto la mwili kinategemea aina ya dutu ambayo mwili hujumuisha (yaani, uwezo wake maalum wa joto) na kwa wingi wa mwili. Pia ni wazi kuwa kiasi cha joto kinategemea digrii ngapi tutaongeza joto la mwili.
Kwa hivyo, ili kuamua kiasi cha joto kinachohitajika kupasha mwili au kutolewa nayo wakati wa baridi, unahitaji kuzidisha uwezo maalum wa joto wa mwili kwa wingi wake na kwa tofauti kati ya joto la mwisho na la awali:
Q = sentimita (t 2 - t 1 ) ,
Wapi Q- kiasi cha joto; c- uwezo maalum wa joto; m- uzito wa mwili, t 1 - joto la awali; t 2 - joto la mwisho.
Wakati mwili una joto t 2 > t 1 na kwa hiyo Q > 0 . Wakati mwili unapoa t 2i< t 1 na kwa hiyo Q< 0 .
Ikiwa uwezo wa joto wa mwili mzima unajulikana NA, Q imedhamiriwa na formula:
Q = C (t 2 - t 1 ) .
Nishati ya ndani ya mwili inaweza kubadilika kwa sababu ya kazi ya nguvu za nje. Ili kubainisha mabadiliko ya nishati ya ndani wakati wa uhamisho wa joto, kiasi kinachoitwa kiasi cha joto na Q iliyoashiria huletwa.
Katika mfumo wa kimataifa, kitengo cha joto, pamoja na kazi na nishati, ni joule: = = = 1 J.
Katika mazoezi, kitengo kisicho cha utaratibu cha wingi wa joto wakati mwingine hutumiwa - kalori. 1 cal. = 4.2 J.
Ikumbukwe kwamba neno "wingi wa joto" ni bahati mbaya. Ilianzishwa wakati ambapo iliaminika kuwa miili ilikuwa na kioevu kisicho na uzito, kisicho na uzito - caloric. Mchakato wa kubadilishana joto unadhaniwa kuwa ni kwamba kaloriki, inapita kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine, hubeba kiasi fulani cha joto. Sasa, tukijua misingi ya nadharia ya Masi-kinetic ya muundo wa jambo, tunaelewa kuwa hakuna kalori katika miili, utaratibu wa kubadilisha nishati ya ndani ya mwili ni tofauti. Hata hivyo, nguvu ya mila ni kubwa na tunaendelea kutumia neno lililoanzishwa kwa misingi ya mawazo yasiyo sahihi kuhusu asili ya joto. Wakati huo huo, kuelewa asili ya uhamisho wa joto, mtu haipaswi kupuuza kabisa maoni potofu kuhusu hilo. Kinyume chake, kwa kuchora mlinganisho kati ya mtiririko wa joto na mtiririko wa kioevu cha dhahania cha kalori, kiasi cha joto na kiasi cha kalori, wakati wa kutatua madarasa fulani ya shida, inawezekana kuibua michakato inayoendelea na kwa usahihi. kutatua matatizo. Mwishowe, milinganyo sahihi inayoelezea michakato ya uhamishaji joto ilipatikana mara moja kwa msingi wa maoni yasiyo sahihi kuhusu kaloriki kama kibeba joto.
Wacha tuchunguze kwa undani zaidi michakato ambayo inaweza kutokea kama matokeo ya kubadilishana joto.
Mimina maji kwenye bomba la majaribio na uifunge kwa kizuizi. Tunapachika bomba la mtihani kutoka kwa fimbo iliyowekwa kwenye msimamo na kuweka moto wazi chini yake. Bomba la mtihani hupokea kiasi fulani cha joto kutoka kwa moto na joto la kioevu ndani yake huongezeka. Wakati joto linapoongezeka, nishati ya ndani ya kioevu huongezeka. Mchakato mkubwa wa mvuke hutokea. Kupanua mvuke wa kioevu hufanya kazi ya mitambo ili kusukuma kizuizi nje ya bomba la mtihani.
Wacha tufanye jaribio lingine na mfano wa kanuni iliyotengenezwa kutoka kwa kipande cha bomba la shaba, ambalo limewekwa kwenye gari. Kwa upande mmoja bomba imefungwa kwa nguvu na kuziba ebonite ambayo pini hupitishwa. Waya huuzwa kwa pini na bomba, na kuishia kwenye vituo ambavyo voltage kutoka kwa mtandao wa taa inaweza kutolewa. Mfano wa kanuni ni hivyo aina ya boiler ya umeme.
 |
Mimina maji kwenye pipa ya kanuni na funga bomba na kizuizi cha mpira. Hebu tuunganishe bunduki kwenye chanzo cha nguvu. Mkondo wa umeme unaopita kwenye maji huipasha joto. Maji huchemka, ambayo husababisha uundaji mkali wa mvuke. Shinikizo la mvuke wa maji huongezeka na, hatimaye, hufanya kazi ya kusukuma kuziba nje ya pipa la bunduki.
Bunduki, kwa sababu ya kurudi nyuma, inazunguka kwa mwelekeo kinyume na ejection ya kuziba.
Tajriba zote mbili zimeunganishwa na hali zifuatazo. Katika mchakato wa kupokanzwa kioevu kwa njia mbalimbali, joto la kioevu na, ipasavyo, nishati yake ya ndani iliongezeka. Ili kioevu chemsha na kuyeyuka kwa nguvu, ilikuwa ni lazima kuendelea kuipasha joto.
Mvuke wa kioevu, kutokana na nishati yao ya ndani, ilifanya kazi ya mitambo.
 |
Tunachunguza utegemezi wa kiasi cha joto kinachohitajika ili joto la mwili juu ya wingi wake, mabadiliko ya joto na aina ya dutu. Kusoma utegemezi huu tutatumia maji na mafuta. (Ili kupima halijoto katika jaribio, kipimajoto cha umeme kilichoundwa na thermocouple iliyounganishwa na galvanometer ya kioo hutumiwa. Makutano moja ya thermocouple huteremshwa ndani ya chombo chenye maji baridi ili kuhakikisha halijoto yake isiyobadilika. Makutano mengine ya thermocouple hupima joto la kioevu. chini ya masomo).
uzoefu lina mfululizo tatu. Katika mfululizo wa kwanza, kwa wingi wa mara kwa mara wa kioevu maalum (kwa upande wetu, maji), utegemezi wa kiasi cha joto kinachohitajika kwa joto juu ya mabadiliko ya joto hujifunza. Tutahukumu kiasi cha joto kilichopokelewa na kioevu kutoka kwa heater (jiko la umeme) kwa muda wa joto, tukizingatia kuwa kuna uhusiano wa uwiano wa moja kwa moja kati yao. Kwa matokeo ya majaribio yanahusiana na dhana hii, ni muhimu kuhakikisha mtiririko wa joto uliosimama kutoka kwa jiko la umeme hadi kwenye mwili wa joto. Kwa kufanya hivyo, jiko la umeme liliwashwa mapema, ili kwa mwanzo wa jaribio, joto la uso wake litaacha kubadilika. Ili joto la kioevu zaidi sawasawa wakati wa jaribio, tutaichochea kwa kutumia thermocouple yenyewe. Tutarekodi masomo ya thermometer kwa vipindi vya kawaida mpaka doa ya mwanga kufikia makali ya kiwango.
Hebu tuhitimishe: kuna uhusiano wa moja kwa moja wa uwiano kati ya kiasi cha joto kinachohitajika ili joto la mwili na mabadiliko ya joto lake.
Katika mfululizo wa pili wa majaribio tutalinganisha kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha vimiminika vinavyofanana vya raia tofauti wakati halijoto yao inapobadilika kwa kiwango sawa.
Kwa urahisi wa kulinganisha maadili yaliyopatikana, wingi wa maji kwa jaribio la pili utachukuliwa kuwa mara mbili chini kuliko katika jaribio la kwanza.
Tutarekodi tena usomaji wa thermometer kwa vipindi vya kawaida.
Kwa kulinganisha matokeo ya majaribio ya kwanza na ya pili, hitimisho zifuatazo zinaweza kutolewa.
Katika mfululizo wa tatu wa majaribio tutalinganisha kiasi cha joto kinachohitajika ili kupasha wingi sawa wa vinywaji tofauti wakati joto lao linabadilika kwa kiasi sawa.
Tutawasha mafuta kwenye jiko la umeme, ambalo wingi wake ni sawa na wingi wa maji katika jaribio la kwanza. Tutarekodi masomo ya thermometer kwa vipindi vya kawaida.
Matokeo ya jaribio yanathibitisha hitimisho kwamba kiasi cha joto kinachohitajika kwa joto la mwili ni sawa sawa na mabadiliko ya joto lake na, kwa kuongeza, inaonyesha utegemezi wa kiasi hiki cha joto kwa aina ya dutu.
Kwa kuwa jaribio lilitumia mafuta, msongamano wake ambao ni chini ya msongamano wa maji, na inapokanzwa mafuta kwa joto fulani inahitajika joto kidogo kuliko inapokanzwa maji, inaweza kuzingatiwa kuwa kiasi cha joto kinachohitajika kupasha mwili inategemea msongamano.
Ili kupima dhana hii, tutapasha joto wakati huo huo wingi sawa wa maji, parafini na shaba kwenye hita ya nguvu ya mara kwa mara.
Baada ya wakati huo huo, joto la shaba ni takriban mara 10, na parafini takriban mara 2 zaidi kuliko joto la maji.
Lakini shaba ina wiani mkubwa na parafini ina wiani wa chini kuliko maji.
Uzoefu unaonyesha kwamba kiasi kinachoonyesha kiwango cha mabadiliko ya joto la vitu ambavyo miili inayohusika katika kubadilishana joto hufanywa sio wiani. Kiasi hiki kinaitwa uwezo maalum wa joto wa dutu na inaonyeshwa na herufi c.
 |
Kifaa maalum hutumiwa kulinganisha uwezo maalum wa joto wa vitu tofauti. Kifaa hicho kina racks ambayo sahani nyembamba ya parafini na kamba iliyo na vijiti vilivyopitishwa kupitia hiyo imeunganishwa. Alumini, chuma na mitungi ya shaba ya molekuli sawa ni fasta katika mwisho wa fimbo.
Wacha tuwashe mitungi kwa joto sawa kwa kuzama ndani ya chombo na maji yamesimama kwenye jiko la moto. Tunaimarisha mitungi ya moto kwenye racks na kuwafungua kutoka kwa kufunga. Mitungi wakati huo huo hugusa sahani ya parafini na, ikiyeyuka parafini, huanza kuzama ndani yake. Ya kina cha kuzamishwa kwa mitungi ya molekuli sawa ndani ya sahani ya parafini, wakati joto lao linabadilika kwa kiasi sawa, hugeuka kuwa tofauti.
Uzoefu unaonyesha kuwa uwezo maalum wa joto wa alumini, chuma na shaba ni tofauti.
Baada ya kufanya majaribio yanayofaa ya kuyeyuka kwa vitu vikali, kuyeyuka kwa vimiminika, na mwako wa mafuta, tunapata tegemezi zifuatazo za kiasi.
Ili kupata vitengo vya idadi maalum, lazima zionyeshwe kutoka kwa fomula zinazolingana na kwa misemo inayosababisha vitengo vya joto - 1 J, misa - kilo 1, na kwa uwezo maalum wa joto - 1 K.
Tunapata vitengo vifuatavyo: uwezo maalum wa joto - 1 J/kg · K, joto zingine maalum: 1 J/kg.