Kako izračunati količinu topline, toplinski učinak i toplinu stvaranja

(ili prijenos topline).

Specifični toplinski kapacitet tvari.

Toplinski kapacitet- ovo je količina topline koju apsorbira tijelo kada se zagrije za 1 stupanj.

Toplinski kapacitet tijela označen je kapitalom latinično pismo S.

O čemu ovisi toplinski kapacitet tijela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će zagrijavanje, na primjer, 1 kilograma vode zahtijevati više topline nego zagrijavanje 200 grama.

Što je s vrstom tvari? Napravimo eksperiment. Uzmimo dvije jednake posude i u jednu od njih ulijemo vodu težine 400, au drugu - biljno ulje težine 400 g, počnimo ih zagrijavati pomoću identičnih plamenika. Promatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, vodu je potrebno duže zagrijavati. Ali što dulje zagrijavamo vodu, to više topline dobiva od plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu potrebno je različite količine toplina. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a time i njegov toplinski kapacitet ovise o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji.

Tako je npr. za povećanje temperature vode mase 1 kg za 1°C potrebna količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase za 1°C suncokretovo ulje potrebna količina topline je 1700 J.

Fizička količina koji pokazuje koliko je topline potrebno za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 ºS zove se specifični toplinski kapacitet ove tvari.

Svaka tvar ima svoj specifični toplinski kapacitet koji se označava latiničnim slovom c i mjeri u džulima po kilogramu stupnja (J/(kg °C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (krutom, tekućem i plinovitom) je različit. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg °C), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg °C); aluminij u čvrstom stanju ima specifični toplinski kapacitet od 920 J/(kg - °C), a u tekućem stanju - 1080 J/(kg - °C).

Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i oceanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira iz zraka veliki broj toplina. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih tijela, ljeto nije tako vruće kao na mjestima daleko od vode.

Proračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja.

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji (odnosno o njegovom specifičnom toplinskom kapacitetu) i o masi tijela. Također je jasno da količina topline ovisi o tome za koliko stupnjeva ćemo povećati tjelesnu temperaturu.

Dakle, da biste odredili količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifični toplinski kapacitet tijela s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

Gdje Q- količina topline, c- specifični toplinski kapacitet, m- tjelesna masa , t 1 — početna temperatura, t 2 — konačna temperatura.

Kad se tijelo zagrije t 2 > t 1 i stoga Q > 0 . Kad se tijelo ohladi t 2i< t 1 i stoga Q< 0 .

Ako je poznat toplinski kapacitet cijelog tijela S, Q određuje se formulom:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Što će se brže zagrijati na štednjaku - čajnik ili kanta vode? Odgovor je očit - čajnik. Onda je drugo pitanje zašto?

Odgovor nije ništa manje očit - jer je masa vode u kotliću manja. Sjajno. A sada možete i sami kod kuće napraviti pravo fizičko iskustvo. Da biste to učinili, trebat će vam dvije jednake male posude, jednaka količina vode i biljnog ulja, na primjer, pola litre svaka i štednjak. Na istu vatru stavite lonce s uljem i vodom. Sada samo gledajte što će se brže zagrijati. Ako imate termometar za tekućine, možete ga koristiti, ako nemate, možete samo povremeno provjeriti temperaturu prstom, samo pazite da se ne opečete. U svakom slučaju, ubrzo ćete vidjeti da se ulje zagrijava puno brže od vode. I još jedno pitanje, koje se također može implementirati u obliku iskustva. Što će brže prokuhati - Topla voda ili hladno? Opet je sve očito – topli će biti prvi na cilju. Čemu sva ta čudna pitanja i eksperimenti? Za određivanje fizičke veličine koja se naziva "količina topline".

Količina topline

Količina topline je energija koju tijelo gubi ili dobiva tijekom prijenosa topline. To je jasno iz naziva. Hlađenjem će tijelo gubiti određenu količinu topline, a grijanjem će je apsorbirati. A odgovori na naša pitanja pokazali su nam O čemu ovisi količina topline? Prvo, što više tjelesna masa, to više topline mora biti utrošeno da se promijeni njegova temperatura za jedan stupanj. Drugo, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o tvari od koje se ono sastoji, odnosno o vrsti tvari. I treće, razlika u tjelesnoj temperaturi prije i poslije prijenosa topline također je važna za naše izračune. Na temelju navedenog možemo odredite količinu topline pomoću formule:

Q=cm(t_2-t_1) ,

gdje je Q količina topline,
m - tjelesna težina,
(t_2-t_1) - razlika između početne i konačne temperature tijela,
c je specifični toplinski kapacitet tvari, koji se nalazi iz odgovarajućih tablica.

Pomoću ove formule možete izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela ili koju će to tijelo osloboditi pri hlađenju.

Količina topline se mjeri u džulima (1 J), kao i svaka vrsta energije. Međutim, ova vrijednost je uvedena ne tako davno, a ljudi su počeli mjeriti količinu topline mnogo ranije. I koristili su jedinicu koja se naširoko koristi u naše vrijeme - kalorija (1 cal). 1 kalorija je količina topline potrebna za zagrijavanje 1 grama vode za 1 stupanj Celzija. Vođeni ovim podacima, oni koji vole brojati kalorije u hrani koju jedu mogu, za zabavu, izračunati koliko litara vode mogu prokuhati s energijom koju unesu hranom tijekom dana.

Koncept količine topline formiran je na rani stadiji razvoj moderne fizike, kada nisu postojale jasne predodžbe o unutarnjoj građi materije, što je energija, koji oblici energije postoje u prirodi te o energiji kao obliku kretanja i pretvorbe materije.

Pod količinom topline podrazumijeva se fizikalna veličina koja je ekvivalentna energiji prenesenoj na materijalno tijelo u procesu izmjene topline.

Zastarjela jedinica topline je kalorija, jednaka 4,2 J; danas se ova jedinica praktički ne koristi, a džul je zauzeo njeno mjesto.

U početku se pretpostavljalo da je nositelj toplinske energije neki potpuno bestežinski medij sa svojstvima tekućine. Brojni fizikalni problemi prijenosa topline rješavani su i još uvijek se rješavaju na temelju te premise. Postojanje hipotetskog kalorija bilo je temelj za mnoge suštinski točne konstrukcije. Vjerovalo se da se kalorija oslobađa i apsorbira u fenomenima zagrijavanja i hlađenja, taljenja i kristalizacije. Ispravne jednadžbe za procese prijenosa topline dobivene su na temelju netočnih fizikalnih koncepata. Poznat je zakon prema kojem je količina topline izravno proporcionalna masi tijela koje sudjeluje u izmjeni topline i temperaturnom gradijentu:

Gdje je Q količina topline, m je masa tijela, a koeficijent S– veličina koja se naziva specifični toplinski kapacitet. Specifični toplinski kapacitet je karakteristika tvari uključene u proces.

Rad u termodinamici

Kao rezultat toplinskih procesa može se izvršiti čisto mehanički rad. Na primjer, kada se plin zagrijava, on povećava svoj volumen. Uzmimo situaciju kao na slici ispod:

U u ovom slučaju mehanički rad bit će jednak sili pritiska plina na klip pomnoženoj s putem koji prijeđe klip pod pritiskom. Naravno, ovo je najjednostavniji slučaj. Ali čak iu njemu se može primijetiti jedna poteškoća: sila pritiska ovisit će o volumenu plina, što znači da nemamo posla s konstantama, već s promjenjivim veličinama. Budući da su sve tri varijable: tlak, temperatura i volumen međusobno povezane, računski posao postaje znatno kompliciraniji. Postoje neki idealni, beskonačno spori procesi: izobarni, izotermni, adijabatski i izohorni - za koje se takvi proračuni mogu izvesti relativno jednostavno. Iscrtava se graf ovisnosti tlaka o volumenu i rad se izračunava kao integral forme.

Toplinski kapacitet- ovo je količina topline koju apsorbira tijelo kada se zagrije za 1 stupanj.

Toplinski kapacitet tijela označava se velikim latiničnim slovom S.

O čemu ovisi toplinski kapacitet tijela? Prije svega, od svoje mase. Jasno je da će zagrijavanje, na primjer, 1 kilograma vode zahtijevati više topline nego zagrijavanje 200 grama.

Što je s vrstom tvari? Napravimo eksperiment. Uzmimo dvije identične posude i, ulijemo vodu težine 400 g u jednu od njih, a biljno ulje težine 400 g u drugu, počet ćemo ih zagrijavati pomoću identičnih plamenika. Promatrajući očitanja termometra, vidjet ćemo da se ulje brzo zagrijava. Da bi se voda i ulje zagrijali na istu temperaturu, vodu je potrebno duže zagrijavati. Ali što dulje zagrijavamo vodu, to više topline dobiva od plamenika.

Dakle, za zagrijavanje iste mase različitih tvari na istu temperaturu potrebne su različite količine topline. Količina topline potrebna za zagrijavanje tijela, a time i njegov toplinski kapacitet ovise o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji.

Tako je npr. za povećanje temperature vode mase 1 kg za 1°C potrebna količina topline jednaka 4200 J, a za zagrijavanje iste mase suncokretovog ulja za 1°C potrebna je količina topline jednaka Potrebno je 1700 J.

Fizička veličina koja pokazuje koliko je topline potrebno za zagrijavanje 1 kg tvari za 1 ºS zove se specifični toplinski kapacitet ove tvari.

Svaka tvar ima svoj specifični toplinski kapacitet koji se označava latiničnim slovom c i mjeri u džulima po kilogramu stupnja (J/(kg °C)).

Specifični toplinski kapacitet iste tvari u različitim agregatnim stanjima (krutom, tekućem i plinovitom) je različit. Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J/(kg °C), a specifični toplinski kapacitet leda je 2100 J/(kg °C); aluminij u čvrstom stanju ima specifični toplinski kapacitet od 920 J/(kg - °C), a u tekućem stanju - 1080 J/(kg - °C).

Imajte na umu da voda ima vrlo visok specifični toplinski kapacitet. Stoga voda u morima i oceanima, zagrijavajući se ljeti, apsorbira veliku količinu topline iz zraka. Zahvaljujući tome, na onim mjestima koja se nalaze u blizini velikih vodenih tijela, ljeto nije tako vruće kao na mjestima daleko od vode.

Izračun količine topline potrebne za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja.

Iz navedenog je jasno da količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o vrsti tvari od koje se tijelo sastoji (odnosno o njegovom specifičnom toplinskom kapacitetu) i o masi tijela. Također je jasno da količina topline ovisi o tome za koliko stupnjeva ćemo povećati tjelesnu temperaturu.

Dakle, da biste odredili količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa tijekom hlađenja, trebate pomnožiti specifični toplinski kapacitet tijela s njegovom masom i razlikom između njegove konačne i početne temperature:

Q= cm (t 2 -t 1),

Gdje Q- količina topline, c- specifični toplinski kapacitet, m- tjelesna masa, t 1- početna temperatura, t 2- konačna temperatura.

Kad se tijelo zagrije t 2> t 1 i stoga Q >0 . Kad se tijelo ohladi t 2i< t 1 i stoga Q< 0 .

Ako je poznat toplinski kapacitet cijelog tijela S, Q određuje se formulom: Q = C (t 2 - t 1).

22) Taljenje: definicija, proračun količine topline za taljenje ili skrućivanje, specifična toplina taljenja, graf t 0 (Q).

Termodinamika

Grana molekularne fizike koja proučava prijenos energije, obrasce transformacije jedne vrste energije u drugu. Za razliku od molekularne kinetičke teorije, termodinamika ne uzima u obzir unutarnja struktura tvari i mikroparametri.

Termodinamički sustav

To je skup tijela koja izmjenjuju energiju (u obliku rada ili topline) međusobno ili sa okoliš. Na primjer, voda u kuhalu za vodu se hladi, te dolazi do izmjene topline između vode i kuhala i topline kuhala za vodu s okolinom. Cilindar s plinom ispod klipa: klip obavlja rad, uslijed čega plin dobiva energiju i mijenjaju se njegovi makroparametri.

Količina topline

Ovaj energije, koje sustav prima ili otpušta tijekom procesa izmjene topline. Označena simbolom Q, mjeri se, kao i svaka energija, u džulima.

Kao rezultat različitih procesa izmjene topline, energija koja se prenosi određena je na svoj način.

Grijanje i hlađenje

Ovaj proces karakterizira promjena temperature sustava. Količina topline određena je formulom

Specifični toplinski kapacitet tvari sa mjereno količinom topline potrebnom za zagrijavanje jedinice mase ove tvari za 1K. Zagrijavanje 1 kg stakla ili 1 kg vode zahtijeva različite količine energije. Specifični toplinski kapacitet je poznata veličina, već izračunata za sve tvari; pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Toplinski kapacitet tvari C- ovo je količina topline koja je potrebna za zagrijavanje tijela bez uzimanja u obzir njegove mase za 1K.

Taljenje i kristalizacija

Taljenje je prijelaz tvari iz krutog u tekuće stanje. Obrnuti prijelaz naziva se kristalizacija.

Energija koja se troši na uništavanje kristalna rešetka tvari, određene formulom

Određena toplina taljenje je poznata vrijednost za svaku tvar; pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Isparavanje (isparavanje ili vrenje) i kondenzacija

Isparavanje je prijelaz tvari iz tekućeg (krutog) stanja u plinovito stanje. Obrnuti proces naziva se kondenzacija.

Specifična toplina isparavanja je poznata vrijednost za svaku tvar; pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Izgaranje

Količina topline koja se oslobađa kada tvar gori

Specifična toplina izgaranja je poznata vrijednost za svaku tvar; pogledajte vrijednost u fizičkim tablicama.

Za zatvoreni i adijabatski izolirani sustav tijela jednadžba toplinske ravnoteže je zadovoljena. Algebarski zbroj količina topline koju daju i primaju sva tijela koja sudjeluju u izmjeni topline jednaka je nuli:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Struktura tekućina. Površinski sloj. Sila površinske napetosti: primjeri manifestacije, proračun, koeficijent površinske napetosti.

S vremena na vrijeme, bilo koja se molekula može preseliti na obližnje slobodno mjesto. Takvi skokovi u tekućinama događaju se prilično često; dakle, molekule nisu vezane za određene centre, kao u kristalima, i mogu se kretati po cijelom volumenu tekućine. Ovo objašnjava fluidnost tekućina. Zbog jake interakcije između blisko smještenih molekula, one mogu formirati lokalne (nestabilne) uređene skupine koje sadrže nekoliko molekula. Ova pojava se zove zatvori red(Slika 3.5.1).

Koeficijent β naziva se temperaturni koeficijent volumenskog širenja . Ovaj koeficijent za tekućine je desetke puta veći nego za čvrste tvari. Za vodu npr. pri temperaturi od 20 °C β in ≈ 2 10 – 4 K – 1, za čelik β st ≈ 3,6 10 – 5 K – 1, za kvarcno staklo β kv ≈ 9 10 – 6 K - 1 .

Toplinsko širenje vode ima zanimljivu i važnu anomaliju za život na Zemlji. Na temperaturama ispod 4 °C voda se širi kako se temperatura snižava (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Kada se voda smrzne, ona se širi, tako da led ostaje plutati na površini vode koja se smrzava. Temperatura smrzavanja vode ispod leda je 0 °C. U gušćim slojevima vode na dnu akumulacije temperatura je oko 4 °C. Zahvaljujući tome, život može postojati u vodi ledenih rezervoara.

Najviše zanimljiva značajka tekućina je prisutnost slobodna površina . Tekućina, za razliku od plinova, ne ispunjava cijeli volumen posude u koju je ulivena. Između tekućine i plina (ili pare) formira se sučelje koje se nalazi u posebni uvjeti u usporedbi s ostalom tekućom masom.. Treba imati na umu da zbog izrazito niske stlačivosti prisutnost gušće zbijenog površinskog sloja ne dovodi do zamjetne promjene volumena tekućine. Ako se molekula pomakne s površine u tekućinu, sile međumolekularnog međudjelovanja će pozitivan rad. Naprotiv, da bi povukli određeni broj molekula iz dubine tekućine na površinu (tj. povećali površinu tekućine), vanjske sile moraju izvršiti pozitivan rad Δ A vanjski, proporcionalan promjeni Δ S površina:

Iz mehanike je poznato da ravnotežna stanja sustava odgovaraju minimalnoj vrijednosti njegove potencijalne energije. Slijedi da slobodna površina tekućine nastoji smanjiti svoju površinu. Iz tog razloga slobodna kap tekućine poprima sferni oblik. Tekućina se ponaša kao da sile koje djeluju tangencijalno na njezinu površinu skupljaju (vuku) tu površinu. Te se sile nazivaju sile površinske napetosti .

Prisutnost sila površinske napetosti čini da površina tekućine izgleda poput elastičnog rastegnutog filma, s jedinom razlikom što elastične sile u filmu ovise o njegovoj površini (tj. o tome kako je film deformiran), a površinska napetost snage ne ovise na površini tekućine.

Neke tekućine, poput sapunice, imaju sposobnost stvaranja tankih filmova. Dobro poznati mjehurići od sapunice imaju pravilan sferni oblik - to također pokazuje učinak sila površinske napetosti. Ako se žičani okvir, čija je jedna strana pomična, spusti u otopinu sapuna, tada će cijeli okvir biti prekriven filmom tekućine (slika 3.5.3).

Sile površinske napetosti nastoje smanjiti površinu filma. Da bi se pomična strana okvira uravnotežila, na nju mora djelovati vanjska sila Ako se pod utjecajem sile prečka pomakne za Δ x, tada će se izvršiti rad Δ A vn = F vn Δ x = Δ E str = σΔ S, gdje je Δ S = 2LΔ x– povećanje površine obje strane sapunskog filma. Kako su moduli sila i isti, možemo napisati:

Dakle, koeficijent površinske napetosti σ može se definirati kao modul sile površinske napetosti koja djeluje po jedinici duljine linije koja ograničava površinu.

Zbog djelovanja sila površinske napetosti u kapljicama tekućine i unutar mjehurića sapunice nastaje prekomjerni tlak Δ str. Ako mentalno izrežete kuglastu kap polumjera R na dvije polovice, tada svaka od njih mora biti u ravnoteži pod djelovanjem sila površinske napetosti primijenjenih na granicu reza duljine 2π R a sile suvišnog tlaka koje djeluju na površinu π R 2 odjeljka (sl. 3.5.4). Uvjet ravnoteže piše se kao

Ako su te sile veće od sila međudjelovanja između molekula same tekućine, tada tekućina mokri površinski čvrsta. U tom slučaju tekućina se na neko vrijeme približava površini čvrstog tijela oštar kutθ, karakteristika zadanog para tekućina-kruto. Kut θ naziva se kontaktni kut . Ako sile interakcije između molekula tekućine premašuju sile njihove interakcije s molekulama krutih tvari, tada se kontaktni kut θ ispostavlja tupim (slika 3.5.5). U ovom slučaju kažu da je tekućina ne mokri površina čvrstog tijela. Na potpuno vlaženjeθ = 0, pri potpuno nekvašenjeθ = 180°.

Kapilarni fenomeni zove se porast ili pad tekućine u cijevima malog promjera - kapilare. Močeće tekućine se dižu kroz kapilare, nemočeće se spuštaju.

Na sl. 3.5.6 prikazuje kapilarnu cijev određenog radijusa r, spušten na donjem kraju u tekućinu za vlaženje gustoće ρ. Gornji kraj kapilare je otvoren. Dizanje tekućine u kapilari nastavlja se sve dok sila gravitacije koja djeluje na stupac tekućine u kapilari ne postane jednaka veličini rezultanti F n sile površinske napetosti koje djeluju duž granice kontakta tekućine s površinom kapilare: F t = F n, gdje F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Iz čega slijedi:

S potpunim nekvašenjem θ = 180°, cos θ = –1 i, prema tome, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Voda gotovo potpuno nakvasi čistu staklenu površinu. Naprotiv, živa ne smoči potpuno staklenu površinu. Zbog toga razina žive u staklenoj kapilari pada ispod razine u posudi.

24) Isparavanje: definicija, vrste (isparavanje, vrenje), proračun količine topline za isparavanje i kondenzaciju, specifična toplina isparavanja.

Isparavanje i kondenzacija. Objašnjenje fenomena isparavanja na temelju ideja o molekularna struktura tvari. Specifična toplina isparavanja. Njegove jedinice.

Pojava pretvaranja tekućine u paru naziva se isparavanje.

Isparavanje - proces isparavanja koji se javlja s otvorene površine.

Molekule tekućine kreću se različitim brzinama. Ako bilo koja molekula završi na površini tekućine, može nadvladati privlačnost susjednih molekula i izletjeti iz tekućine. Izbačene molekule tvore paru. Preostale molekule tekućine mijenjaju brzinu pri sudaru. Istodobno, neke molekule postižu brzinu dovoljnu da izlete iz tekućine. Ovaj proces se nastavlja tako da tekućine polako isparavaju.

*Brzina isparavanja ovisi o vrsti tekućine. Brže isparavaju one tekućine čije se molekule privlače manjom silom.

*Do isparavanja može doći na bilo kojoj temperaturi. Ali kada visoke temperature isparavanje se odvija brže .

*Brzina isparavanja ovisi o njegovoj površini.

*Kod vjetra (strujanja zraka), isparavanje se događa brže.

Tijekom isparavanja unutarnja energija opada jer Tijekom isparavanja, tekućina napušta brze molekule, stoga se prosječna brzina preostalih molekula smanjuje. To znači da ako nema dotoka energije izvana, tada se temperatura tekućine smanjuje.

Pojava prelaska pare u tekućinu naziva se kondenzacija. Prati ga oslobađanje energije.

Kondenzacija pare objašnjava nastanak oblaka. Vodena para koja se diže iznad tla stvara oblake u gornjim hladnim slojevima zraka, koji se sastoje od sitnih kapljica vode.

Specifična toplina isparavanja – fizički vrijednost koja pokazuje koliko je topline potrebno da se tekućina težine 1 kg pretvori u paru bez promjene temperature.

Ud. toplina isparavanja označava se slovom L i mjeri u J/kg

Ud. toplina isparavanja vode: L=2,3×10 6 J/kg, alkohola L=0,9×10 6

Količina topline potrebna za pretvaranje tekućine u paru: Q = Lm

U ovoj lekciji naučit ćemo kako izračunati količinu topline potrebnu za zagrijavanje tijela ili koju ono oslobađa pri hlađenju. Da bismo to učinili, sažet ćemo znanje stečeno u prethodnim lekcijama.

Osim toga, naučit ćemo pomoću formule za količinu topline izraziti preostale količine iz te formule i izračunati ih, poznavajući ostale količine. Razmotrit će se i primjer zadatka s rješenjem za izračun količine topline.

Ova lekcija posvećena je izračunavanju količine topline kada se tijelo zagrije ili oslobodi kada se ohladi.

Vrlo je važna sposobnost izračunavanja potrebne količine topline. To može biti potrebno, na primjer, kada se izračunava količina topline koju je potrebno prenijeti na vodu da bi se zagrijala prostorija.

Riža. 1. Količina topline koja se mora predati vodi da bi se zagrijala prostorija

Ili za izračun količine topline koja se oslobađa kada gorivo izgara u različitim motorima:

Riža. 2. Količina topline koja se oslobađa kada gorivo izgara u motoru

Ovo znanje je također potrebno, na primjer, za određivanje količine topline koju oslobađa Sunce i pada na Zemlju:

Riža. 3. Količina topline koju oslobađa Sunce i koja pada na Zemlju

Da biste izračunali količinu topline, morate znati tri stvari (slika 4):

• tjelesna težina (koja se obično može izmjeriti vagom);
• temperaturna razlika za koju se tijelo mora zagrijati ili ohladiti (obično se mjeri pomoću termometra);
• specifični toplinski kapacitet tijela (koji se može odrediti iz tablice).

Riža. 4. Što trebate znati za određivanje

Formula po kojoj se izračunava količina topline izgleda ovako:

U ovoj se formuli pojavljuju sljedeće količine:

Količina topline mjerena u džulima (J);

Specifični toplinski kapacitet tvari mjeri se u ;

- temperaturna razlika, mjerena u stupnjevima Celzija ().

Razmotrimo problem izračunavanja količine topline.

Zadatak

Bakrena čaša mase grama sadrži vodu obujma litre pri temperaturi. Koliko se topline mora predati čaši vode da njezina temperatura postane jednaka ?

Riža. 5. Ilustracija uvjeta problema

Prvo zapišemo kratki uvjet ( S obzirom) i pretvorite sve količine u međunarodni sustav (SI).

dano:	SI
Pronaći:

Riješenje:

Prvo odredite koje nam još količine trebaju za rješavanje ovog problema. Pomoću tablice specifičnog toplinskog kapaciteta (tablica 1) nalazimo (specifični toplinski kapacitet bakra, jer je po uvjetu staklo bakar), (specifični toplinski kapacitet vode, jer po uvjetu ima vode u staklu). Osim toga, znamo da nam je za izračunavanje količine topline potrebna masa vode. Prema stanju dobivamo samo volumen. Stoga iz tablice uzimamo gustoću vode: (Tablica 2).

Stol 1. Specifični toplinski kapacitet nekih tvari,

Stol 2. Gustoće nekih tekućina

Sada imamo sve što nam je potrebno za rješavanje ovog problema.

Imajte na umu da će se konačna količina topline sastojati od zbroja količine topline potrebne za zagrijavanje bakrenog stakla i količine topline potrebne za zagrijavanje vode u njemu:

Prvo izračunajmo količinu topline potrebnu za zagrijavanje bakrenog stakla:

Prije izračuna količine topline potrebne za zagrijavanje vode, izračunajmo masu vode pomoću formule koja nam je poznata iz 7. razreda:

Sada možemo izračunati:

Tada možemo izračunati:

Prisjetimo se što znače kilodžuli. Prefiks "kilo" znači .

Odgovor:.

Za praktičnost rješavanja problema pronalaženja količine topline (tzv. izravnih problema) i količina povezanih s ovim konceptom, možete koristiti sljedeću tablicu.

Potrebna količina	Oznaka	Jedinice	Osnovna formula	Formula za količinu
Količina topline