Hvilket vil varme op hurtigere på komfuret - en kedel eller en spand vand? Svaret er indlysende - en kedel. Så er det andet spørgsmål hvorfor?
Svaret er ikke mindre indlysende - fordi vandmassen i kedlen er mindre. Bøde. Nu kan du selv gøre en rigtig fysisk oplevelse derhjemme. For at gøre dette har du brug for to identiske små gryder, en lige stor mængde vand og vegetabilsk olie, for eksempel en halv liter og et komfur. Læg gryder med olie og vand på samme varme. Se nu, hvad der vil varme op hurtigere. Hvis du har et termometer til væsker, kan du bruge det, hvis ikke, kan du bare prøve temperaturen af og til med din finger, bare forsigtigt for ikke at brænde dig selv. Under alle omstændigheder vil du snart opdage, at olien opvarmes meget hurtigere end vand. Og endnu et spørgsmål, som også kan realiseres i form af erfaring. Hvilket koger hurtigere - varmt eller koldt vand? Alt er oplagt igen - den varme bliver den første ved målstregen. Hvorfor alle disse mærkelige spørgsmål og oplevelser? For at bestemme en fysisk mængde kaldet "mængden af varme".
Mængde varme
Mængden af varme er den energi, som kroppen mister eller opnår under varmeoverførsel. Dette fremgår også tydeligt af navnet. Ved afkøling mister kroppen en vis mængde varme, og ved opvarmning vil den absorbere. Og svarene på vores spørgsmål viste os hvad afhænger mængden af varme af? For det første, jo større kropsmasse, jo mere varme skal bruges på at ændre dens temperatur med en grad. For det andet afhænger mængden af varme, der kræves for at opvarme et legeme, af det stof, det består af, det vil sige af stoffets art. Og for det tredje er forskellen i kropstemperaturer før og efter varmeoverførsel også vigtig for vores beregninger. Baseret på ovenstående kan vi bestem mængden af varme ved hjælp af formlen:
hvor Q er mængden af varme,
m - kropsvægt,
(t_2 -t_1) - forskellen mellem de indledende og sidste kropstemperaturer,
c - stoffets specifikke varmekapacitet findes fra de tilsvarende tabeller.
Ved hjælp af denne formel kan du beregne den mængde varme, der er nødvendig for at opvarme enhver krop, eller som denne krop vil frigive, når den afkøles.
Mængden af varme måles i joule (1 J), ligesom enhver form for energi. Denne værdi blev imidlertid introduceret for ikke så længe siden, og folk begyndte at måle mængden af varme meget tidligere. Og de brugte en enhed, der er meget udbredt i vores tid - en kalorieindhold (1 cal). 1 kalorie er den mængde varme, der kræves for at opvarme 1 gram vand pr. 1 grad Celsius. Styret af disse data kan de, der kan lide at tælle kalorierne i spist mad, af hensyn til interessen beregne, hvor mange liter vand der kan koges med den energi, de indtager med mad i løbet af dagen.
Det er muligt at ændre den interne energi af gassen i cylinderen ikke kun ved at udføre arbejde, men også ved at opvarme gassen (fig. 43). Hvis stemplet er fast, vil gasens volumen ikke ændre sig, men temperaturen og dermed den indre energi vil stige.
Processen med at overføre energi fra en krop til en anden uden at udføre arbejde kaldes varmeoverførsel eller varmeoverførsel.
Energien, der overføres til kroppen som følge af varmeudveksling kaldes mængden af varme. Mængden af varme kaldes også den energi, som kroppen opgiver i processen med varmeudveksling.
Molekylært billede af varmeoverførsel. Under varmeudveksling ved grænsefladen mellem legemer sker interaktionen mellem langsomt bevægelige molekyler i et koldt legeme med hurtigere bevægelige molekyler i et varmt legeme. Som følge heraf udjævnes molekylernes kinetiske energier, og hastighederne for molekylerne i det kolde legeme stiger, og det varme legems formindskelse.
Under varmeudveksling sker der ingen transformation af energi fra en form til en anden: en del af den indre energi i en varm krop overføres til en kold krop.
Varmemængde og varmekapacitet. Fra fysikforløbet i VII -klassen er det kendt, at for at opvarme et legeme med masse m fra temperatur t 1 til temperatur t 2 er det nødvendigt at informere det om varmemængden
Q = cm (t 2 - t 1) = cmΔt. (4.5)
Når kroppen afkøles, er dens evige temperatur t 2 mindre end den oprindelige t 1, og mængden af varme, der afgives af kroppen, er negativ.
Koefficienten c i formel (4.5) kaldes specifik varme... Specifik varme er den mængde varme, som 1 kg af et stof modtager eller afgiver, når dets temperatur ændres med 1 K.
Specifik varme udtrykkes i joule divideret med kilogram gange kelvin. Forskellige kroppe kræver en ulige mængde energi for at øge temperaturen med 1 K. Således er vandets specifikke varmekapacitet 4190 J / (kg · K), og kobberens er 380 J / (kg · K).
Den specifikke varmekapacitet afhænger ikke kun af stoffets egenskaber, men også af den proces, hvor varmeoverførsel udføres. Hvis du opvarmer en gas ved et konstant tryk, vil den ekspandere og fungere. For at opvarme en gas med 1 ° C ved et konstant tryk, skal den overføre mere varme end at opvarme den ved et konstant volumen.
Flydende og faste legemer ekspanderer let ved opvarmning, og deres specifikke varmekapacitet ved konstant volumen og konstant tryk adskiller sig lidt.
Specifik fordampningsvarme. For at omdanne en væske til damp skal en vis mængde varme overføres til den. Væskens temperatur ændres ikke under denne transformation. Omdannelsen af en væske til damp ved en konstant temperatur fører ikke til en stigning i molekylers kinetiske energi, men ledsages af en stigning i deres potentielle energi. Den gennemsnitlige afstand mellem gasmolekyler er trods alt mange gange større end mellem flydende molekyler. Derudover kræver en stigning i volumen under overgangen af et stof fra en væske til en gasformig tilstand arbejde mod kræfterne af ydre tryk.
Den mængde varme, der kræves for at omdanne 1 kg væske til damp ved en given temperatur, kaldes den specifikke fordampningsvarme. Denne værdi er angivet med bogstavet r og udtrykkes i joule pr. Kg.
Den specifikke fordampningsvarme for vand er meget høj: 2,256 · 10 6 J / kg ved en temperatur på 100 ° C. Andre væsker (alkohol, ether, kviksølv, petroleum osv.) Har en specifik fordampningsvarme 3-10 gange mindre.
For at omdanne en væske med masse m til damp kræves en mængde varme svarende til:
Når damp kondenserer, frigives den samme mængde varme
Q k = –rm. (4,7)
Specifik fusionsvarme. Når et krystallinsk legeme smelter, går al den varme, der tilføres det, for at øge molekylernes potentielle energi. Molekylernes kinetiske energi ændres ikke, da smeltning sker ved en konstant temperatur.
Den mængde varme λ (lambda), der kræves for at omdanne 1 kg af et krystallinsk stof ved et smeltepunkt til en væske med samme temperatur, kaldes den specifikke fusionsvarme.
Under krystallisation af 1 kg af et stof frigives nøjagtig den samme mængde varme. Den specifikke varme ved issmeltning er ret høj: 3,4 · 10 5 J / kg.
For at smelte et krystallinsk legeme med masse m kræves en mængde varme svarende til:
Q pl = λm. (4.8)
Mængden af varme, der frigives under krystallisation af kroppen, er lig med:
Q cr = - λm. (4,9)
1. Hvad kaldes varmemængden? 2. Hvad afhænger stoffernes specifikke varmekapacitet af? 3. Hvad kaldes den specifikke fordampningsvarme? 4. Hvad kaldes den specifikke fusionsvarme? 5. I hvilke tilfælde er mængden af overført varme negativ?
Dyrke motion 81.
Beregn mængden af varme, der frigives under Fe -reduktion 2 O 3 metallisk aluminium, hvis der blev opnået 335,1 g jern. Svar: 2543,1 kJ.
Løsning:
Reaktionsligning:
= (Al203) - (Fe203) = -1669,8 - ( - 822,1) = -847,7 kJ
Beregningen af mængden af varme, der frigives ved modtagelse af 335,1 g jern, udføres ud fra andelen:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : NS; x = (0847.7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
hvor 55,85 er jernets atommasse.
Svar: 2543,1 kJ.
Varmeeffekt af reaktion
Opgave 82.
Gasformig ethylalkohol C2H5OH kan opnås ved vekselvirkning mellem ethylen C2H4 (g) og vanddamp. Skriv den termokemiske ligning for denne reaktion efter tidligere at have beregnet dens termiske effekt. Svar: -45,76 kJ.
Løsning:
Reaktionsligningen er:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); =?
Værdierne for standardvarme for dannelse af stoffer er angivet i særlige tabeller. I betragtning af at varmen i dannelsen af simple stoffer konventionelt antages at være nul. Vi beregner den termiske virkning af reaktionen ved hjælp af konsekvensen fra Hess lov, vi får:
= (C2H5OH) - [(C2H4) + (H20)] =
= -235,1 - [(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Reaktionsligningerne, hvor deres samlede tilstande eller krystallinske modifikationer er angivet nær symbolerne for kemiske forbindelser, såvel som den numeriske værdi af termiske effekter, kaldes termokemiske. I termokemiske ligninger er værdierne for varmeeffekter ved konstant tryk Q p, medmindre andet er angivet, angivet lig med ændringen i systemets entalpi. Værdien er normalt angivet på højre side af ligningen, adskilt med et komma eller semikolon. Følgende forkortelser for den samlede tilstand af et stof vedtages: G- gasformig, f- væske, Til
Hvis der frigives varme som følge af reaktionen, så< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.
Svar:- 45,76 kJ.
Opgave 83.
Beregn den termiske effekt af reduktionen af jern (II) oxid med hydrogen baseret på følgende termokemiske ligninger:
a) EeO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1 / 2O2 (g) = CO2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Svar: +27,99 kJ.
Løsning:
Reaktionsligningen for reduktion af jern (II) oxid med hydrogen har formen:
EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); =?
= (H2O) - [(FeO)
Varmen til dannelse af vand bestemmes af ligningen
H2 (g) + 1 / 2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ,
og dannelsesvarmen for jern (II) oxid kan beregnes ved at trække ligning (a) fra ligning (b).
= (c) - (b) - (a) = -241,83 - [-283, o - (-13,18)] = +27,99 kJ.
Svar:+27,99 kJ.
Opgave 84.
Når gasformigt hydrogensulfid og kuldioxid interagerer, dannes vanddamp og kuldisulfid CS 2 (g). Skriv den termokemiske ligning for denne reaktion, først beregne dens termiske effekt. Svar: +65,43 kJ.
Løsning:
G- gasformig, f- væske, Til- krystallinsk. Disse symboler udelades, hvis aggregeringstilstanden for stoffer er indlysende, for eksempel O 2, H 2 osv.
Reaktionsligningen er:
2H2S (g) + CO2 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); =?
Værdierne for standardvarme for dannelse af stoffer er angivet i særlige tabeller. I betragtning af at varmen i dannelsen af simple stoffer konventionelt antages at være nul. Reaktionsvarmen kan beregnes ved hjælp af konsekvensen e fra Hess lov:
= (H20) + (CS2) - [(H2S) + (C02)];
= 2 (-241,83) + 115,28 - = +65,43 kJ.
2H2S (g) + CO2 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.
Svar:+65,43 kJ.
Termokemisk ligning af reaktionen
Opgave 85.
Skriv den termokemiske ligning for reaktionen mellem CO (g) og hydrogen, som følge heraf dannes CH4 (g) og H20 (g). Hvor meget varme frigives under denne reaktion, hvis der blev opnået 67,2 liter metan i forhold til normale forhold? Svar: 618,48 kJ.
Løsning:
Reaktionsligningerne, hvor deres samlede tilstande eller krystallinske modifikationer er angivet nær symbolerne for kemiske forbindelser, såvel som den numeriske værdi af termiske effekter, kaldes termokemiske. I termokemiske ligninger er værdierne for varmeeffekter ved konstant tryk Q p, medmindre andet er angivet, angivet lig med ændringen i systemets entalpi. Værdien er normalt angivet på højre side af ligningen, adskilt med et komma eller semikolon. Følgende forkortelser for den samlede tilstand af et stof vedtages: G- gasformig, f- noget, Til- krystallinsk. Disse symboler udelades, hvis aggregeringstilstanden for stoffer er indlysende, for eksempel O 2, H 2 osv.
Reaktionsligningen er:
CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); =?
Værdierne for standardvarme for dannelse af stoffer er angivet i særlige tabeller. I betragtning af at varmen i dannelsen af simple stoffer konventionelt antages at være nul. Reaktionsvarmen kan beregnes ved hjælp af konsekvensen e fra Hess lov:
= (H20) + (CH4) - (CO)];
= (-241,83) + (-74,84)-(-110,52) = -206,16 kJ.
Den termokemiske ligning har formen:
22,4 : -206,16 = 67,2 : NS; x = 67,2 (-206,16) / 22 × 4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Svar: 618,48 kJ.
Uddannelsens hede
Opgave 86.
Den varmeeffekt, hvis reaktion er lig med dannelsesvarmen. Beregn varmen for dannelse af NO ved hjælp af følgende termokemiske ligninger:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (g); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (d) + 3O2 (d) = 2N2 (d) + 6H20 (g); = -1530,28 kJ
Svar: 90,37 kJ.
Løsning:
Standarddannelsesvarmen er lig med reaktionsvarmen for dannelsen af 1 mol af dette stof fra simple stoffer under standardbetingelser (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Dannelsen af NO fra simple stoffer kan repræsenteres som følger:
1 / 2N 2 + 1 / 2O 2 = NO
Givet reaktion (a), hvor 4 mol NO dannes, og reaktion (b), hvor 2 mol N2 dannes. Ilt er involveret i begge reaktioner. Derfor, for at bestemme standardvarmen for dannelse af NO, sammensætter vi følgende Hess -cyklus, dvs. vi skal udtrække ligning (a) fra ligning (b):
Således er 1 / 2N 2 + 1 / 2O2 = NO; = +90,37 kJ.
Svar: 618,48 kJ.
Opgave 87.
Krystallinsk ammoniumchlorid dannes ved interaktion mellem gasformig ammoniak og hydrogenchlorid. Skriv den termokemiske ligning for denne reaktion efter tidligere at have beregnet dens termiske effekt. Hvor meget varme frigives, hvis der blev brugt 10 liter ammoniak i reaktionen i forhold til normale forhold? Svar: 78,97 kJ.
Løsning:
Reaktionsligningerne, hvor deres samlede tilstande eller krystallinske modifikationer er angivet nær symbolerne for kemiske forbindelser, såvel som den numeriske værdi af termiske effekter, kaldes termokemiske. I termokemiske ligninger er værdierne for varmeeffekter ved konstant tryk Q p, medmindre andet er angivet, angivet lig med ændringen i systemets entalpi. Værdien er normalt angivet på højre side af ligningen, adskilt med et komma eller semikolon. Følgende vedtages, Til- krystallinsk. Disse symboler udelades, hvis aggregeringstilstanden for stoffer er indlysende, for eksempel O 2, H 2 osv.
Reaktionsligningen er:
NH3 (g) + HCI (g) = NH4CI (q). ; =?
Værdierne for standardvarme for dannelse af stoffer er angivet i særlige tabeller. I betragtning af at varmen i dannelsen af simple stoffer konventionelt antages at være nul. Reaktionsvarmen kan beregnes ved hjælp af konsekvensen e fra Hess lov:
= (NH4Cl) - [(NH3) + (HCl)];
= -315,39 -[-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Den termokemiske ligning har formen:
Den varme, der frigives under reaktionen af 10 liter ammoniak ved denne reaktion, bestemmes ud fra andelen:
22,4 : -176,85 = 10 : NS; x = 10 (-176,85) / 22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Svar: 78,97 kJ.
Fokus for vores artikel er mængden af varme. Vi vil overveje begrebet intern energi, som transformeres, når denne værdi ændres. Vi vil også vise nogle eksempler på anvendelsen af beregninger i menneskelig aktivitet.
Varme
Hver person har deres egne associationer til ethvert ord på deres modersmål. De bestemmes af personlig erfaring og irrationelle følelser. Hvad er normalt repræsenteret af ordet "varme"? Blødt tæppe, kører centralvarmebatteri om vinteren, første solskin om foråret, kat. Eller en mors blik, et trøstende ord fra en ven, rettidig opmærksomhed.
Fysikere mener med dette et meget specifikt udtryk. Og meget vigtigt, især i nogle afsnit af denne komplekse, men fascinerende videnskab.
Termodynamik
Det er ikke værd at overveje mængden af varme isoleret fra de enkleste processer, som loven om energibesparelse er baseret på - intet vil være klart. Lad os derfor til at begynde med minde deres læsere om.
Termodynamik betragter enhver ting eller genstand som en kombination af et meget stort antal elementære dele - atomer, ioner, molekyler. Dens ligninger beskriver enhver ændring i systemets kollektive tilstand som helhed og som en del af helheden, når makroparametrene ændres. Sidstnævnte forstås som temperatur (betegnet som T), tryk (P), koncentration af komponenter (som regel C).
Intern energi
Intern energi er et ret komplekst udtryk, i den forstand det er værd at forstå, før vi taler om mængden af varme. Det betegner den energi, der ændres med en stigning eller et fald i værdien af objektets makroparametre og afhænger ikke af referencerammen. Det er en del af den samlede energi. Det falder sammen med det under forhold, hvor tyngdepunktet for den undersøgte ting er i ro (det vil sige, at der ikke er nogen kinetisk komponent).
Når en person føler, at et eller andet objekt (f.eks. En cykel) er blevet varm eller afkølet, viser dette, at alle molekyler og atomer, der udgør dette system, har oplevet en ændring i indre energi. Temperaturens uforanderlighed betyder imidlertid ikke, at denne indikator bevares.
Arbejde og varme
Den interne energi i ethvert termodynamisk system kan transformeres på to måder:
- ved at arbejde på det;
- under varmeudveksling med miljøet.
Formlen for denne proces ser sådan ud:
dU = Q-A, hvor U er intern energi, Q er varme, A er arbejde.
Lad læseren ikke blive snydt af udtryks enkelhed. Permutationen viser, at Q = dU + A, men introduktionen af entropien (S) bringer formlen til formen dQ = dSxT.
Da ligningen i dette tilfælde har form af en differential, kræver det første udtryk det samme. Afhængigt af de kræfter, der virker i det undersøgte objekt, og den parameter, der beregnes, er det nødvendige forhold afledt.
Tag en metalbold som et eksempel på et termodynamisk system. Hvis du trykker på den, kaster den op, taber den i en dyb brønd, så betyder det, at du skal arbejde med den. Udadtil vil alle disse harmløse handlinger ikke forårsage nogen skade på bolden, men dens indre energi vil ændre sig, omend meget let.
Den anden måde er varmeudveksling. Nu kommer vi til hovedmålet med denne artikel: en beskrivelse af, hvad mængden af varme er. Dette er en sådan ændring i den interne energi i et termodynamisk system, der opstår under varmeudveksling (se formlen ovenfor). Det måles i joule eller kalorier. Det er klart, at hvis du holder bolden over en lighter, i solen eller bare i en varm hånd, vil den varme op. Og så kan du ved at ændre temperaturen finde den mængde varme, der blev kommunikeret til ham på samme tid.
Hvorfor gas er det bedste eksempel på en ændring i intern energi, og hvorfor skoleelever på grund af dette ikke kan lide fysik
Ovenfor beskrev vi ændringer i de termodynamiske parametre for en metalbold. De er ikke særlig mærkbare uden særlige enheder, og læseren kan kun tage et ord om de processer, der finder sted med objektet. Det er en anden sag, om systemet er gas. Tryk på det - det vil være synligt, varme det op - trykket vil stige, sænke det under jorden - og dette kan let rettes. Derfor er det i lærebøger gas, der oftest tages som et visuelt termodynamisk system.
Men desværre er der i moderne uddannelse ikke meget opmærksomhed på virkelige oplevelser. Den videnskabsmand, der skriver den metodologiske vejledning, forstår perfekt, hvad der er på spil. Det forekommer ham, at ved eksempel på gasmolekyler vil alle termodynamiske parametre blive demonstreret korrekt. Men en studerende, der lige er ved at opdage denne verden, keder sig med at høre om en ideel kolbe med et teoretisk stempel. Hvis der var rigtige forskningslaboratorier på skolen, og der blev afsat timer til at arbejde i dem, ville alt være anderledes. Indtil videre er eksperimenterne desværre kun på papir. Og sandsynligvis er dette grunden til, at folk anser denne gren af fysik for at være noget rent teoretisk, langt fra livet og unødvendigt.
Derfor besluttede vi at nævne den cykel, der allerede er nævnt ovenfor, som et eksempel. En person trykker på pedalerne - han arbejder på dem. Ud over at bibringe drejningsmoment til hele mekanismen (takket være hvilken cyklen bevæger sig i rummet), ændres den interne energi i de materialer, som håndtagene er lavet af. Cyklisten trykker på håndtagene for at dreje, og udfører igen jobbet.
Den indre energi i den ydre belægning (plast eller metal) stiger. En person kører ud i en lysning under den lyse sol - cyklen varmes op, dens mængde varme ændres. Stopper for at hvile i skyggen af et gammelt egetræ, og systemet afkøles og taber kalorier eller joule. Øger hastigheden - energiudvekslingen stiger. Beregningen af varmemængden vil imidlertid i alle disse tilfælde vise en meget lille, umærkelig værdi. Derfor ser det ud til, at der ikke er nogen manifestationer af termodynamisk fysik i det virkelige liv.
Anvendelse af beregninger for ændringen i varmemængden
Sandsynligvis vil læseren sige, at alt dette er meget informativt, men hvorfor er vi så plaget i skolen med disse formler. Og nu vil vi give eksempler på, på hvilke områder af menneskelig aktivitet de er nødvendige direkte, og hvordan dette gælder for alle i hans hverdag.
Se først omkring dig og tæl: hvor mange metalgenstande omgiver dig? Sandsynligvis mere end ti. Men før det bliver til en papirclips, vogn, ring eller flashdrev, smeltes ethvert metal. Hver mølle, der behandler f.eks. Jernmalm, skal forstå, hvor meget brændstof der kræves for at optimere omkostningerne. Og når man beregner dette, er det nødvendigt at kende varmekapaciteten af det metalholdige råmateriale og mængden af varme, der skal rapporteres til det, for at alle teknologiske processer kan forekomme. Da energien frigivet af en brændstofenhed er beregnet i joule eller kalorier, er formlerne nødvendige direkte.
Eller et andet eksempel: i de fleste supermarkeder er der en afdeling med frosne varer - fisk, kød, frugt. Hvor råvarer fra animalsk kød eller fisk og skaldyr omdannes til et halvfabrikat, skal du vide, hvor meget elektricitet køleskabe og frysere vil bruge pr. Ton eller enhed færdigt produkt. For at gøre dette skal du beregne, hvor meget varme et kilo jordbær eller blæksprutter taber, når det afkøles med en grad Celsius. Og i sidste ende vil dette vise, hvor meget strøm en fryser af en bestemt strøm vil bruge.
Fly, dampskibe, tog
Ovenfor viste vi eksempler på relativt ubevægelige, statiske objekter, der rapporteres, eller som tværtimod tages en vis mængde varme fra. For objekter, der bevæger sig under drift under betingelser med konstant skiftende temperatur, er beregninger af varmemængden vigtige af en anden grund.
Der er sådan noget som "metaltræthed". Det inkluderer også de maksimalt tilladte belastninger ved en bestemt temperaturændring. Forestil dig et fly, der letter fra de fugtige troper og ind i den frosne øvre atmosfære. Ingeniører skal arbejde hårdt for at forhindre, at det falder fra hinanden på grund af revner i metallet, der opstår, når temperaturen falder. De leder efter en legeringskomposition, der kan modstå reelle belastninger og vil have en stor sikkerhedsmargin. Og for ikke at søge blindt i håb om ved et uheld at snuble over den ønskede sammensætning, skal du lave mange beregninger, herunder dem, der involverer ændringer i varmemængden.
I denne lektion lærer vi, hvordan man beregner mængden af varme, der kræves for at opvarme et legeme eller frigives af det, når det afkøles. For at gøre dette vil vi opsummere den viden, der blev opnået i de tidligere lektioner.
Derudover lærer vi at bruge formlen for varmemængden til at udtrykke de resterende mængder fra denne formel og beregne dem, ved at kende andre størrelser. Et eksempel på et problem med en løsning til beregning af varmemængden vil også blive overvejet.
Denne lektion er beregnet til at beregne mængden af varme, når et legeme opvarmes eller frigives af det, når det afkøles.
Evnen til at beregne den nødvendige mængde varme er meget vigtig. Dette kan f.eks. Være nødvendigt ved beregning af den mængde varme, der skal tilføres vand for at opvarme et rum.
Ris. 1. Den mængde varme, der skal tilføres vandet for at opvarme rummet
Eller for at beregne mængden af varme, der frigives, når der brændes brændstof i forskellige motorer:
Ris. 2. Mængden af varme, der frigives ved brænding af brændstof i motoren
Denne viden er også nødvendig for eksempel for at bestemme mængden af varme, der frigives af solen og falder på jorden:
Ris. 3. Mængden af varme, der frigives af solen og falder på jorden
For at beregne mængden af varme skal du vide tre ting (fig. 4):
- kropsvægt (som normalt kan måles med en skala);
- temperaturforskellen, hvormed det er nødvendigt at opvarme kroppen eller afkøle den (normalt målt med et termometer)
- kroppens specifikke varmekapacitet (som kan bestemmes ud fra tabellen).
Ris. 4. Hvad du har brug for at vide for at afgøre
Formlen, hvormed varmemængden beregnes, ser således ud:
Følgende mængder vises i denne formel:
Mængden af varme, målt i joule (J);
Specifik varme for et stof, målt i;
- temperaturforskel, målt i grader Celsius ().
Overvej problemet med at beregne mængden af varme.
Opgave
Et kobberglas, der vejer et gram, indeholder vand med et volumen på en liter ved en temperatur. Hvor meget varme skal overføres til et glas vand, så dets temperatur bliver ens?
Ris. 5. Illustration af problemformuleringen
Først skriver vi en kort betingelse ned ( Givet) og oversætte alle værdier til det internationale system (SI).
|
Givet: |
SI |
|
|
Find: |
Løsning:
Bestem først, hvilke andre størrelser vi har brug for for at løse dette problem. I henhold til tabellen over specifik varmekapacitet (tabel 1) finder vi (specifik varmekapacitet for kobber, da glasset i henhold til tilstanden er kobber), (specifik varmekapacitet for vand, da der ifølge tilstanden er vand i glasset ). Derudover ved vi, at vi har brug for en masse vand for at beregne mængden af varme. Efter betingelse er det kun volumen, der er givet til os. Derfor tager vi tætheden af vand fra tabellen: (tabel 2).
Tab. 1. Specifik varme for nogle stoffer,
Tab. 2. Tætheder af nogle væsker
Nu har vi alt, hvad vi har brug for for at løse dette problem.
Bemærk, at den samlede varmemængde vil bestå af summen af den mængde varme, der kræves for at opvarme kobberglasset, og den mængde varme, der kræves for at opvarme vandet i det:
Lad os først beregne den mængde varme, der kræves for at opvarme kobberglasset:
Inden vi beregner mængden af varme, der kræves for at opvarme vand, lad os beregne massen af vand ved hjælp af en formel, der er velkendt for os fra klasse 7:
Nu kan vi beregne:
Så kan vi beregne:
Lad os minde om, hvad der betyder: kilojoules. Præfikset "kilo" betyder, altså 
.
Svar:.
For nemheds skyld at løse problemer med at finde mængden af varme (de såkaldte direkte problemer) og de mængder, der er forbundet med dette koncept, kan du bruge følgende tabel.
|
Den søgte værdi |
Betegnelse |
Enheder |
Grundlæggende formel |
Formel for mængde |
|
Mængde varme |
Indlæser...
