Füüsika ja soojusnähtused on üsna ulatuslik osa, mida uuritakse põhjalikult koolikursus. Selles teoorias ei ole viimane koht antud konkreetsetele suurustele. Esimene neist on erisoojusvõimsus.

Sõna “konkreetne” tõlgendamisele ei pöörata aga tavaliselt piisavalt tähelepanu. Õpilased mäletavad seda lihtsalt kui ette antud. Mida see tähendab?

Kui vaatate Ožegovi sõnastikku, võite lugeda, et selline kogus on määratletud suhtena. Lisaks saab seda teha massi, mahu või energia suhtes. Kõik need kogused tuleb võtta võrdseks ühega. Millega on erisoojusmaht seotud?

Massi ja temperatuuri korrutisele. Lisaks peavad nende väärtused olema võrdsed ühega. See tähendab, et jagaja sisaldab arvu 1, kuid selle mõõde ühendab kilogrammi ja Celsiuse kraadi. Seda tuleb arvestada erisoojusvõimsuse definitsiooni sõnastamisel, mis on toodud veidi allpool. Samuti on olemas valem, millest on selge, et need kaks suurust on nimetajas.

Mis see on?

Aine erisoojusmahtuvus tuuakse sisse hetkel, mil vaadeldakse olukorda selle kuumutamisega. Ilma selleta on võimatu teada, kui palju soojust (või energiat) selle protsessi jaoks vaja läheb. Ja arvutage ka selle väärtus, kui keha jahtub. Muide, need kaks soojushulka on moodulites üksteisega võrdsed. Aga neil on erinevad märgid. Seega, esimesel juhul on see positiivne, sest energiat on vaja kulutada ja see kandub kehasse. Teine jahutusolukord annab negatiivne arv, sest soojust eraldub ja keha siseenergia väheneb.

See on määratud füüsiline kogus Ladina täht c. See on määratletud kui teatud soojushulk, mis on vajalik ühe kilogrammi aine kuumutamiseks ühe kraadi võrra. Koolifüüsika kursusel on see kraad Celsiuse skaalal.

Kuidas seda lugeda?

Kui soovite teada, mis on erisoojusvõimsus, näeb valem välja järgmine:

c = Q / (m * (t 2 - t 1)), kus Q on soojushulk, m on aine mass, t 2 on temperatuur, mille keha omandas soojusvahetuse tulemusena, t 1 on aine algtemperatuur. See on valem number 1.

Selle valemi põhjal osutub selle suuruse mõõtühikuks rahvusvahelises ühikute süsteemis (SI) J/(kg*ºС).

Kuidas leida sellest võrdsusest teisi koguseid?

Esiteks soojuse hulk. Valem näeb välja selline: Q = c * m * (t 2 - t 1). Ainult SI-ühikutes olevad väärtused on vaja asendada. See tähendab, mass kilogrammides, temperatuur Celsiuse kraadides. See on valem number 2.

Teiseks aine mass, mis jahutab või soojeneb. Selle valem on järgmine: m = Q / (c * (t 2 - t 1)). See on valem number 3.

Kolmandaks, temperatuuri muutus Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Märk “Δ” loetakse kui “delta” ja see näitab väärtuse muutust, in antud juhul temperatuuri. Vormel nr 4.

Neljandaks aine alg- ja lõpptemperatuurid. Aine kuumutamiseks kehtivad valemid näevad välja järgmised: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Need valemid on nr 5 ja 6. Kui probleem seisneb aine jahutamises, siis valemid on järgmised: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m) . Need valemid on nr 7 ja 8.

Mis tähendused sellel võivad olla?

Eksperimentaalselt on kindlaks tehtud, millised väärtused sellel on iga konkreetse aine jaoks. Seetõttu on loodud spetsiaalne erisoojusvõimsuse tabel. Enamasti sisaldab see andmeid, mis kehtivad tavatingimustes.

Mis on laboritöö erisoojusmahtuvuse mõõtmisel?

Koolifüüsika kursusel on see defineeritud tahke. Lisaks arvutatakse selle soojusmahtuvus teadaolevaga võrreldes. Lihtsaim viis seda teha on veega.

Töö käigus on vaja mõõta vee ja kuumutatud tahke aine algtemperatuure. Seejärel laske see vedelikku ja oodake termilise tasakaalu saavutamist. Kogu katse viiakse läbi kalorimeetris, seega võib energiakadusid tähelepanuta jätta.

Seejärel tuleb üles kirjutada valem soojushulga kohta, mille vesi tahkest ainest kuumutamisel saab. Teine väljend kirjeldab energiat, mida keha jahutamisel eraldab. Need kaks väärtust on võrdsed. Matemaatiliste arvutuste abil jääb üle kindlaks määrata tahke aine moodustava aine erisoojusmahtuvus.

Kõige sagedamini tehakse ettepanek võrrelda seda tabeliväärtustega, et proovida ära arvata, millisest ainest uuritav keha koosneb.

Ülesanne nr 1

Seisund. Metalli temperatuur varieerub 20 kuni 24 kraadi Celsiuse järgi. Samal ajal suurenes selle siseenergia 152 J. Kui suur on metalli erisoojus, kui selle mass on 100 grammi?

Lahendus. Vastuse leidmiseks tuleb kasutada valemit, mis on kirjutatud numbri 1 alla. Kõik arvutusteks vajalikud kogused on olemas. Kõigepealt peate massi kilogrammideks teisendama, vastasel juhul on vastus vale. Kuna kõik kogused peavad olema SI-s aktsepteeritud.

Ühes kilogrammis on 1000 grammi. See tähendab, et 100 grammi tuleb jagada 1000-ga, saad 0,1 kilogrammi.

Kõigi suuruste asendamine annab järgmise avaldise: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Arvutused pole eriti keerulised. Kõigi toimingute tulemus on number 380.

Vastus: s = 380 J/(kg * ºС).

Probleem nr 2

Seisund. Määrake lõplik temperatuur, milleni 5-liitrine vesi jahtub, kui see võetakse temperatuuril 100 ºС ja eraldatakse keskkond 1680 kJ soojust.

Lahendus. Alustada tasub sellest, et energiat antakse mittesüsteemses ühikus. Kilodžoulid tuleb teisendada džaulideks: 1680 kJ = 1680000 J.

Vastuse leidmiseks tuleb kasutada valemit number 8. Samas esineb selles mass ja ülesandes on see teadmata. Kuid vedeliku maht on antud. See tähendab, et saame kasutada valemit, mis on tuntud kui m = ρ * V. Vee tihedus on 1000 kg/m3. Kuid siin tuleb helitugevus asendada kuupmeetrit. Nende teisendamiseks liitritest peate jagama 1000-ga. Seega on vee maht 0,005 m 3.

Väärtuste asendamine massivalemis annab järgmise avaldise: 1000 * 0,005 = 5 kg. Peate tabelist otsima erisoojusvõimsust. Nüüd saate liikuda valemi 8 juurde: t 2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Esimene toiming on korrutamine: 4200 * 5. Tulemuseks on 21000. Teine on jagamine. 1680000: 21000 = 80. Viimane on lahutamine: 100 - 80 = 20.

Vastus. t 2 = 20 ºС.

Probleem nr 3

Seisund. Seal on keeduklaas, mis kaalub 100 g, sinna valatakse 50 g vett. Vee algtemperatuur koos klaasiga on 0 kraadi Celsiuse järgi. Kui palju soojust on vaja vee keema ajamiseks?

Lahendus. Hea koht alustamiseks on sobiva nimetuse kasutuselevõtt. Laske klaasiga seotud andmetel olla indeks 1 ja vee puhul - 2. Tabelist peate leidma konkreetsed soojusvõimsused. Keeduklaas on valmistatud laboriklaasist, seega on selle väärtus c 1 = 840 J/ (kg * ºC). Andmed vee kohta on: c 2 = 4200 J/ (kg * ºС).

Nende mass on antud grammides. Peate need kilogrammideks teisendama. Nende ainete massid tähistatakse järgmiselt: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.

Esialgne temperatuur on antud: t 1 = 0 ºС. Lõppväärtuse kohta on teada, et see vastab vee keemise hetkele. See on t 2 = 100 ºС.

Kuna klaas kuumeneb koos veega, on vajalik soojushulk kahe summa. Esimene, mis on vajalik klaasi soojendamiseks (Q 1), ja teine, mida kasutatakse vee soojendamiseks (Q 2). Nende väljendamiseks vajate teist valemit. See tuleb kaks korda üles kirjutada erinevad indeksid ja seejärel liita nende summa.

Selgub, et Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1). Ühise teguri (t 2 - t 1) saab arvutamise hõlbustamiseks sulust välja võtta. Siis on soojushulga arvutamiseks vajalik valem järgmine: Q = (c 1 * m 1 + c 2 * m 2) * (t 2 - t 1). Nüüd saate asendada ülesandes teadaolevad kogused ja arvutada tulemuse.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Vastus. Q = 29400 J = 29,4 kJ.

Siseenergia muutumist töö tegemisega iseloomustab töö hulk, s.o. töö on siseenergia muutuse mõõt antud protsessis. Keha siseenergia muutumist soojusülekande ajal iseloomustab suurus, mida nimetatakse soojushulgaks.

on keha siseenergia muutus soojusülekande protsessis ilma tööd tegemata. Soojuse hulk on tähistatud tähega K .

Tööd, siseenergiat ja soojust mõõdetakse samades ühikutes - džaulides ( J), nagu igat tüüpi energia.

Soojusmõõtmistel kasutati soojushulga ühikuna varem spetsiaalset energiaühikut - kalorit ( väljaheited), võrdne soojushulk, mis on vajalik 1 grammi vee soojendamiseks 1 kraadi võrra Celsiuse järgi (täpsemalt 19,5–20,5 ° C). Eelkõige kasutatakse seda mõõtühikut praegu soojustarbimise (soojusenergia) arvutamisel korterelamud. Katseliselt on kindlaks tehtud soojuse mehaaniline ekvivalent - kalorite ja džauli vaheline seos: 1 cal = 4,2 J.

Kui keha annab tööd tegemata üle teatud koguse soojust, suureneb tema siseenergia, kui keha eraldab teatud koguse soojust, siis tema siseenergia väheneb.

Kui valada 100 g vett kahte identsesse anumasse, ühte ja 400 g teise sama temperatuuriga ning asetada need identsetele põletitele, siis esimeses anumas läheb vesi varem keema. Seega, mida suurem on kehakaal, rohkem see vajab soojenemiseks soojust. Sama on ka jahutamisega.

Keha soojendamiseks vajalik soojushulk sõltub ka aine tüübist, millest keha on valmistatud. Seda keha soojendamiseks vajaliku soojushulga sõltuvust aine tüübist iseloomustab füüsikaline suurus, mida nimetatakse erisoojusvõimsus ained.

on füüsikaline suurus, mis võrdub soojushulgaga, mis tuleb anda 1 kg ainele, et seda kuumutada 1 °C (või 1 K) võrra. 1 kg ainet eraldab 1 °C jahutamisel sama palju soojust.

Erisoojusvõimsus on tähistatud tähega Koos. Erisoojusvõimsuse ühik on 1 J/kg °C või 1 J/kg °K.

Ainete erisoojusmahtuvus määratakse katseliselt. Vedelikel on suurem erisoojusmaht kui metallidel; Vee erisoojus on kõrgeim, kullal väga väike.

Kuna soojushulk võrdub keha siseenergia muutusega, siis võib öelda, et erisoojusmaht näitab, kui palju muutub siseenergia 1 kg aine, kui selle temperatuur muutub võrra 1 °C. Eelkõige suureneb 1 kg plii siseenergia 140 J võrra kuumutamisel 1 °C võrra ja väheneb jahutamisel 140 J.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Sama valemiga arvutatakse soojushulk, mida keha jahutamisel eraldab. Ainult sel juhul tuleks algtemperatuurist lahutada lõpptemperatuur, s.t. alates suurem väärtus lahutage väiksem temperatuur.

See on teema kokkuvõte "Soojuse hulk. Erisoojus". Valige, mida edasi teha:

• Mine järgmise kokkuvõtte juurde:

Soojusmahtu, mille kättesaamisel tõuseb kehatemperatuur ühe kraadi võrra, nimetatakse soojusmahtuvuseks. Selle määratluse järgi.

Soojusvõimsust massiühiku kohta nimetatakse spetsiifiline soojusmahtuvus. Soojusmahtuvust mooli kohta nimetatakse molaarne soojusmahtuvus.

Seega määratakse soojusmahtuvus soojushulga mõiste kaudu. Kuid viimane, nagu ka töö, sõltub protsessist. See tähendab, et protsessist sõltub ka soojusmahtuvus. Soojust - keha soojendada - on võimalik erinevatel tingimustel. Erinevatel tingimustel nõuab sama kehatemperatuuri tõus aga erinevat soojushulka. Järelikult saab kehasid iseloomustada mitte ühe soojusmahtuvuse, vaid lugematu arvu arvudega (nii palju kui võite mõelda igasuguste protsesside peale, milles soojusülekanne toimub). Kuid praktikas kasutavad nad tavaliselt kahe soojusmahtuvuse määratlust: soojusmahtuvus konstantsel mahul ja soojusmaht konstantsel rõhul.

Soojusmahtuvus varieerub olenevalt tingimustest, milles keha kuumutatakse – konstantsel mahul või konstantsel rõhul.

Kui keha kuumutamine toimub konstantsel mahul, s.o. dV= 0, siis töö on null. Sel juhul edastatakse kehale kuumus tuleb ainult muutes oma sisemist energiat, dQ= dE, ja sel juhul on soojusmahtuvus võrdne siseenergia muutusega temperatuuri muutumisel 1 K võrra, s.o.

.Sest gaasi eest
, See
.See valem määrab 1 mooli soojusmahtuvuse ideaalne gaas, mida nimetatakse molaarseks. Gaasi kuumutamisel konstantsel rõhul muutub selle maht kehale antav soojus mitte ainult selle siseenergia suurendamiseks, vaid ka töö tegemiseks, s.t. dQ= dE+ PdV. Soojusmaht konstantsel rõhul
.

Ideaalse gaasi jaoks PV= RT ja seetõttu PdV= RdT.

Seda arvesse võttes leiame
.Suhtumine
on igale gaasile iseloomulik suurus, mis on määratud gaasimolekulide vabadusastmete arvuga. Keha soojusmahtuvuse mõõtmine on seega viis selle koostisosade molekulide mikroskoopiliste omaduste otseseks mõõtmiseks.

F
Ideaalse gaasi soojusmahtuvuse valemid kirjeldavad eksperimenti ligikaudu õigesti, peamiselt üheaatomiliste gaaside puhul. Ülaltoodud valemite kohaselt ei tohiks soojusmahtuvus sõltuda temperatuurist. Tegelikult vaadeldakse joonisel fig. kujutatud pilti, mis on saadud katseliselt kaheaatomilise vesiniku jaoks. Sektsioonis 1 käitub gaas osakeste süsteemina, millel on ainult translatsioonilised vabadusastmed, 2. osas ergastatakse liikumine, mis on seotud pöörlemisvabadusastmetega, ja lõpuks, 3. osas, ilmneb kaks vibratsioonilist vabadusastet. Kõveral olevad sammud on hästi kooskõlas valemiga (2.35), kuid nende vahel kasvab soojusmahtuvus temperatuuriga, mis vastab mittetäisarvulisele muutuvale vabadusastmete arvule. Selline soojusmahtuvuse käitumine viitab ideaalse gaasi idee ebapiisavusele, mida me kasutame aine tegelike omaduste kirjeldamiseks.

Molaarse soojusmahtuvuse ja erisoojusmahtuvuse vaheline seosKOOS=M s, kus s - erisoojus, M - molaarmass.Mayeri valem.

Iga ideaalse gaasi puhul kehtib Mayeri seos:

, kus R on universaalne gaasikonstant, on molaarne soojusmahtuvus konstantsel rõhul, on molaarne soojusmahtuvus konstantsel ruumalal.

Töös kasutatud seadmed ja tarvikud:

2. Kaalud.

3. Termomeeter.

4. Kalorimeeter.

6. Kalorimeetriline keha.

7. Majapidamisplaadid.

Töö eesmärk:

Õppige katseliselt määrama aine erisoojusmahtuvust.

I. TEOREETILINE SISSEJUHATUS.

Soojusjuhtivus- kiirete molekulide ja aeglaste molekulide kokkupõrgete tulemusena soojuse ülekandmine rohkem kuumenenud kehaosadelt vähem kuumutatud osadele, mille tulemusena kannavad kiired molekulid osa oma energiast üle aeglastele.

Iga keha siseenergia muutus on otseselt võrdeline selle massi ja kehatemperatuuri muutusega.

DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)

Väärtus c, mis iseloomustab keha siseenergia muutumise sõltuvust kuumutamisel või jahutamisel aine tüübist ja välised tingimused helistas keha erisoojusmaht.

(4)

Väärtust C, mis iseloomustab keha sõltuvust kuumutamisel soojuse neelamisest ja mis võrdub kehale antava soojushulga ja selle temperatuuri tõusu suhtega, nimetatakse nn. keha soojusmahtuvus.

C = c × m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Molaarne soojusmahtuvus cm, on soojushulk, mis on vajalik ühe mooli aine kuumutamiseks 1 Kelvini võrra

Cm = cM. (8)
C m = (9)

Erisoojusmaht sõltub kuumutamisprotsessi iseloomust.

Soojusbilansi võrrand.

Soojusvahetusel kõigi kehade poolt, mille siseenergia väheneb, eraldatud soojushulkade summa võrdub kõigi kehade poolt vastuvõetud soojushulkade summaga, mille siseenergia suureneb.

SQ osakond = SQ vastuvõtt (10)

Kui kehad moodustuvad suletud süsteem ja nende vahel toimub ainult soojusvahetus, siis on saadud ja antud soojushulkade algebraline summa 0.

SQ osakond + SQ vastuvõtt = 0.

Näide:

Soojusvahetus hõlmab keha, kalorimeetrit ja vedelikku. Keha annab soojust välja, kalorimeeter ja vedelik võtavad selle vastu.

Q t = Q k + Q f

Q t = c t m t (T 2 – Q)

Q k = c k m k (Q – T 1)

Q f = c f m f (Q – T 1)

Kus Q(tau) on üldine lõpptemperatuur.

s t m t (T 2 -Q) = s kuni m kuni (Q- T 1) + s f m f (Q- T 1)

s t = ((Q - T 1)*(s kuni m kuni + s w m w)) / m t (T 2 - Q)

T = 273 0 + t 0 C

2. TÖÖDE EDU.

KÕIK KAALUSED ON TEHTUD KUNI 0,1 g TÄPSUSEGA.

1. Määrake siseanuma kaalumise teel kalorimeeter m 1.

2. Valage kalorimeetri sisenõusse vesi, kaaluge siseklaas koos valatud vedelikuga m to.

3. Määrake valatud vee mass m = m kuni - m 1

4. Asetage kalorimeetri sisemine anum välimisse ja mõõtke vee algtemperatuur T 1.

5. Eemaldage katsekeha keevast veest, viige see kiiresti kalorimeetrisse, määrates T 2 - keha algtemperatuuri, see võrdub keeva vee temperatuuriga.

6. Segades vedelikku kalorimeetris, oodake, kuni temperatuur peatub: mõõtke lõplik (stabiilne) temperatuur Q.

7. Eemaldage katsekeha kalorimeetrist, kuivatage see filterpaberiga ja määrake selle mass m 3 skaalal kaaludes.

8. Sisestage kõigi mõõtmiste ja arvutuste tulemused tabelisse. Tehke arvutused teise kümnendkoha täpsusega.

9. Koostage soojusbilansi võrrand ja leidke sellest aine erisoojusmahtuvus Koos.

10. Taotluses saadud tulemuste põhjal määrake aine.

11. Arvutage saadud tulemuse absoluutne ja suhteline viga tabelitulemuse suhtes, kasutades valemeid:

;

12. Järeldus tehtud töö kohta.

MÕÕTMIS- JA ARVUTUSTULEMUSTE TABEL

Mis te arvate, mis kuumeneb pliidil kiiremini: liiter vett kastrulis või 1 kilogrammi kaaluv kastrul ise? Kehade mass on sama, võib eeldada, et kuumenemine toimub sama kiirusega.

Kuid see polnud nii! Võite teha katse – pange tühi kastrul mõneks sekundiks tulele, ärge lihtsalt põletage seda ja pidage meeles, millise temperatuurini see soojenes. Ja siis vala pannile täpselt sama raskusega vett, kui kaal on pannil. Teoreetiliselt peaks vesi soojenema sama temperatuurini kui tühi pann kaks korda kauem, sest sel juhul kuumenevad mõlemad – nii vesi kui ka pann.

Kuid isegi kolm korda kauem oodates veendute, et vesi soojeneb ikkagi vähem. Sama kaaluga panniga sama temperatuuri saavutamiseks kulub vett peaaegu kümme korda kauem. Miks see juhtub? Mis takistab vee kuumenemist? Miks peaksime toidu valmistamisel raiskama lisa gaasiküttevett? Sest on olemas füüsikaline suurus, mida nimetatakse aine erisoojusmahtuvuseks.

Aine erisoojusmahtuvus

See väärtus näitab, kui palju soojust tuleb üle kanda ühe kilogrammi kaaluvale kehale, et selle temperatuur tõuseks ühe Celsiuse kraadi võrra. Mõõdetud J/(kg * ˚С). See väärtus ei eksisteeri mitte selle enda kapriisi, vaid erinevate ainete omaduste erinevuse tõttu.

Vee erisoojus on umbes kümme korda suurem kui raua erisoojus, seega soojeneb pann kümme korda kiiremini kui selles olev vesi. On uudishimulik, et jää erisoojusmahtuvus on poole väiksem kui vee oma. Seetõttu kuumeneb jää kaks korda kiiremini kui vesi. Jää sulatamine on lihtsam kui vee soojendamine. Nii kummaliselt kui see ka ei kõla, on see fakt.

Soojuse hulga arvutamine

Erisoojusvõimsus on tähistatud tähega c Ja kasutatakse soojushulga arvutamise valemis:

Q = c*m*(t2 – t1),

kus Q on soojushulk,
c - erisoojusmaht,
m - kehakaal,
t2 ja t1 on vastavalt lõplik ja algne kehatemperatuur.

Erisoojusvõimsuse valem: c = Q / m*(t2 - t1)

Selle valemi abil saate ka väljendada:

• m = Q / c*(t2-t1) - kehamass
• t1 = t2 - (Q / c*m) - esialgne kehatemperatuur
• t2 = t1 + (Q / c*m) - lõplik kehatemperatuur
• Δt = t2 - t1 = (Q / c*m) - temperatuuride erinevus (delta t)

Kuidas on lood gaaside erisoojusmahuga? Siin on kõik segasem. KOOS tahked ained ja vedelikega on olukord palju lihtsam. Nende erisoojusvõimsus on konstantne, teadaolev ja kergesti arvutatav väärtus. Mis puudutab gaaside erisoojusmahtu, siis see väärtus on erinevates olukordades väga erinev. Võtame näiteks õhu. Õhu erisoojusmahtuvus sõltub selle koostisest, niiskusest ja õhurõhust.

Samal ajal suureneb temperatuuri tõustes gaasi maht ja peame sisestama teise väärtuse - konstantse või muutuva mahu, mis mõjutab ka soojusmahtuvust. Seetõttu kasutatakse õhu ja muude gaaside soojushulga arvutamisel spetsiaalseid gaaside erisoojusmahtuvuse graafikuid sõltuvalt sellest, erinevaid tegureid ja tingimused.