Energia wewnętrzna ciała zmienia się podczas pracy lub wymiany ciepła. Wraz ze zjawiskiem wymiany ciepła energia wewnętrzna jest przekazywana przez przewodzenie ciepła, konwekcję lub promieniowanie.
Każde ciało podczas ogrzewania lub chłodzenia (podczas wymiany ciepła) otrzymuje lub traci pewną ilość energii. Na tej podstawie zwyczajowo tę ilość energii nazywa się ilością ciepła.
Więc, ilość ciepła to energia, którą ciało oddaje lub otrzymuje w procesie wymiany ciepła.
Ile ciepła potrzeba do podgrzania wody? Na prosty przykład można zrozumieć, że ogrzewanie różnych ilości wody będzie wymagało inna kwota ciepło. Załóżmy, że bierzemy dwie probówki z 1 litrem wody i 2 litrami wody. W którym przypadku potrzeba więcej ciepła? W drugim, gdzie w probówce znajdują się 2 litry wody. Nagrzanie drugiej rury zajmie więcej czasu, jeśli podgrzejemy je tym samym źródłem ognia.
Tak więc ilość ciepła zależy od masy ciała. Im większa masa, tym więcej ciepła jest potrzebne do ogrzewania, a zatem organizm potrzebuje więcej czasu na schłodzenie.
Od czego jeszcze zależy ilość ciepła? Oczywiście z różnicy temperatur między ciałami. Ale to nie wszystko. W końcu jeśli spróbujemy podgrzać wodę lub mleko, będziemy potrzebować innej ilości czasu. Oznacza to, że okazuje się, że ilość ciepła zależy od substancji, z której składa się ciało.
W rezultacie okazuje się, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania lub ilość ciepła, która jest uwalniana podczas ochładzania ciała, zależy od jego masy, zmian temperatury i rodzaju substancji, z której zbudowane jest ciało.
Jak mierzy się ilość ciepła?
Za jednostka ilości ciepła jest rozważane 1 dżul... Przed pojawieniem się jednostki miary energii naukowcy uważali ilość ciepła za kalorie. Zwyczajowo zapisuje się tę jednostkę miary w skróconej formie - „J”
Kaloria to ilość ciepła potrzebna do podgrzania 1 grama wody na 1 stopień Celsjusza. Zwyczajowo zapisuje się skróconą jednostkę pomiaru kalorii - „kalorie”.
1 cal = 4,19 J.
Należy pamiętać, że w tych jednostkach energii zwyczajowo zaznacza się Wartość odżywcza produkty spożywcze kJ i kcal.
1 kcal = 1000 kalorii.
1 kJ = 1000 J
1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ
Co to jest ciepło właściwe
Każda substancja w przyrodzie ma swoje właściwości, a ogrzewanie każdej poszczególnej substancji wymaga innej ilości energii, tj. ilość ciepła.
Ciepło właściwe substancji jest wartością równą ilości ciepła, które trzeba przekazać ciału o masie 1 kilograma, aby ogrzać je do temperatury 1 0 stopni
Ciepło właściwe jest oznaczone literą c i ma wartość pomiarową J/kg*
Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/kg* 0 C. Oznacza to, że jest to ilość ciepła, którą należy przekazać 1 kg wody, aby ogrzać ją o 1 0 stopni
Należy pamiętać, że pojemność cieplna właściwa substancji w różnych stanach skupienia jest różna. To znaczy podgrzać lód o 1 0 C będzie wymagało innej ilości ciepła.
Jak obliczyć ilość ciepła do ogrzania ciała?
Na przykład musisz obliczyć ilość ciepła, którą trzeba wydać, aby ogrzać 3 kg wody z temperatury 15 0 Od do 85 0 C. Znamy ciepło właściwe wody, czyli ilość energii potrzebną do podgrzania 1 kg wody o 1 stopień. Oznacza to, że aby określić ilość ciepła w naszym przypadku, należy pomnożyć właściwą pojemność cieplną wody przez 3 i przez liczbę stopni, o którą należy podnieść temperaturę wody. Więc to jest 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
W nawiasach obliczamy dokładną liczbę stopni, odejmując od końcowego wymagany wynik Inicjał
Czyli aby podgrzać 3 kg wody od 15 do 85 0 C, potrzebujemy 882 000 dżuli ciepła.
Ilość ciepła jest oznaczona literą Q, wzór na jej obliczenie jest następujący:
Q = c * m * (t 2 -t 1).
Analiza i rozwiązywanie problemów
Problem 1... Ile ciepła potrzeba do podgrzania 0,5 kg wody z 20 do 50 0 stopni
Dany:
m = 0,5 kg.,
s = 4200 J/kg * 0 C,
t 1 = 20 0 C,
t 2 = 50 0 С.
Określiliśmy właściwą pojemność cieplną z tabeli.
Rozwiązanie:
2 -t 1).
Zastąp wartości:
Q = 4200 * 0,5 * (50-20) = 63 000 J = 63 kJ.
Odpowiedź: Q = 63 kJ.
Cel 2. Ile ciepła potrzeba do podgrzania aluminiowego pręta o wadze 0,5 kg o 85 0 stopni?
Dany:
m = 0,5 kg.,
s = 920 J/kg * 0 C,
t 1 = 0 0 C,
t 2 = 85 0 С.
Rozwiązanie:
ilość ciepła określa wzór Q = c * m * (t 2 -t 1).
Zastąp wartości:
Q = 920 * 0,5 * (85-0) = 39 100 J = 39,1 kJ.
Odpowiedź: Q = 39,1 kJ.
1. Zmiana energii wewnętrznej poprzez wykonywanie pracy charakteryzuje się ilością pracy, tj. praca jest miarą zmiany energii wewnętrznej w danym procesie. Zmiana energii wewnętrznej ciała podczas wymiany ciepła charakteryzuje się wielkością zwaną ilość ciepła.
Ilość ciepła to zmiana energii wewnętrznej ciała w procesie wymiany ciepła bez wykonywania pracy.
Ilość ciepła jest oznaczona literą \ (Q \). Ponieważ ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej, jej jednostką jest dżul (1 J).
Podczas przekazywania ciału pewnej ilości ciepła bez wykonywania pracy wzrasta jego energia wewnętrzna, jeśli ciało oddaje pewną ilość ciepła, to jego energia wewnętrzna maleje.
2. Jeśli wlejesz 100 g wody do dwóch identycznych naczyń, a do drugiego 400 g wody o tej samej temperaturze i położysz je na tych samych palnikach, to woda w pierwszym naczyniu zagotuje się wcześniej. Zatem im większa masa ciała, tym więcej ciepła potrzebuje do ogrzania. Podobnie jest z chłodzeniem: ciało o większej masie oddaje więcej ciepła po schłodzeniu. Ciała te są wykonane z tej samej substancji i nagrzewają się lub schładzają o tę samą liczbę stopni.
3. Jeśli teraz 100 g wody zostanie podgrzane od 30 do 60 ° C, tj. o 30 ° С, a następnie do 100 ° С, tj. o 70 ° C, to w pierwszym przypadku nagrzanie zajmie mniej czasu niż w drugim, a zatem, aby podgrzać wodę o 30 ° C, zostanie zużytych mniej ciepła niż podgrzanie wody o 70 ° C . Zatem ilość ciepła jest wprost proporcjonalna do różnicy między końcową \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \) a początkową \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) temperaturą: \ (Q \ sim (t_2- t_1) \).
4. Jeśli teraz wlejesz 100 g wody do jednego naczynia, a trochę wody wlejesz do drugiego tego samego typu i włożysz do niego taki metalowy korpus, aby jego masa i masa wody wyniosły 100 g, i podgrzej naczynia na identycznych płytek, to widać, że w naczyniu zawierającym tylko wodę będzie miała niższą temperaturę niż ten zawierający wodę i metalowy korpus. Dlatego, aby temperatura zawartości w obu naczyniach była taka sama, konieczne jest przeniesienie większej ilości ciepła do wody niż do wody i metalowego korpusu. Zatem ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od rodzaju substancji, z której to ciało jest zrobione.
5. Zależność ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała od rodzaju substancji charakteryzuje się fizyczny rozmiar nazywa ciepło właściwe substancji.
Fizyczna wielkość równa ilości ciepła, które musi zostać przekazane 1 kg substancji, aby ogrzać ją o 1 ° C (lub 1 K), nazywana jest właściwą pojemnością cieplną substancji.
Tę samą ilość ciepła oddaje 1 kg substancji po schłodzeniu o 1 ° C.
Ciepło właściwe jest oznaczone literą \ (c \). Jednostka ciepło właściwe wynosi 1 J/kg°C lub 1 J/kgK.
Wartości właściwej pojemności cieplnej substancji określa się eksperymentalnie. Ciecze mają wyższą pojemność cieplną niż metale; woda ma najwyższe ciepło właściwe, złoto ma bardzo niskie ciepło właściwe.
Ciepło właściwe ołowiu wynosi 140 J/kg°C. Oznacza to, że do podgrzania 1 kg ołowiu o 1 ° C konieczne jest wydanie ilości ciepła 140 J. Taka sama ilość ciepła zostanie uwolniona, gdy 1 kg wody ostygnie o 1 ° C.
Ponieważ ilość ciepła jest równa zmianie energii wewnętrznej ciała, możemy powiedzieć, że właściwa pojemność cieplna pokazuje, jak bardzo zmienia się energia wewnętrzna 1 kg substancji, gdy jej temperatura zmienia się o 1 ° C. W szczególności energia wewnętrzna 1 kg ołowiu po podgrzaniu o 1 ° C wzrasta o 140 J, a po schłodzeniu zmniejsza się o 140 J.
Ilość ciepła \ (Q \) wymagana do podgrzania ciała o masie \ (m \) od temperatury \ ((t_1 \, ^ \ circ C) \) do temperatury \ ((t_2 \, ^ \ circ C) \ ) jest równy iloczynowi pojemności cieplnej właściwej substancji, masy ciała i różnicy między temperaturą końcową a początkową, tj.
\ [Q = cm (t_2 () ^ \ ok-t_1 () ^ \ ok) \]
Ten sam wzór służy do obliczania ilości ciepła, które ciało oddaje podczas chłodzenia. Tylko w tym przypadku temperaturę końcową należy odjąć od temperatury początkowej, tj. z o większym znaczeniu temperatura odejmij mniej.
6. Przykład rozwiązania problemu... W szklance zawierającej 200 g wody o temperaturze 80 °C wlewa się 100 g wody o temperaturze 20 °C. Następnie temperaturę w naczyniu ustawiono na 60 ° C. Ile ciepła odbierała zimna woda, a oddawała ciepła woda?
Rozwiązując problem, musisz wykonać następującą sekwencję działań:
- zapisz krótko stan problemu;
- Przelicz wartości wielkości na SI;
- przeanalizuj problem, ustal, które ciała biorą udział w wymianie ciepła, które ciała dają energię, a które otrzymują;
- rozwiąż problem w ogólna perspektywa;
- wykonywać obliczenia;
- przeanalizuj otrzymaną odpowiedź.
1. Zadanie.
Dany:
\ (M_1 \) = 200 g
\ (M_2 \) = 100 g
\ (T_1 \) = 80 ° C
\ (T_2 \) = 20 ° C
\ (T \) = 60 ° С
______________
\ (P_1 \) -? \ (P_2 \) -?
\ (C_1 \) = 4200 J / kg ° С
2. SI:\ (M_1 \) = 0,2 kg; \ (M_2 \) = 0,1 kg.
3. Analiza problemu... Problem opisuje proces wymiany ciepła pomiędzy ciepłą i zimną wodą. Ciepła woda oddaje ilość ciepła \ (Q_1 \) i jest schładzana od temperatury \ (t_1 \) do temperatury \ (t \). Zimna woda odbiera ilość ciepła \ (Q_2 \) i nagrzewa się od temperatury \ (t_2 \) do temperatury \ (t \).
4. Ogólne rozwiązanie problemu... Ilość oddanego ciepła gorąca woda, oblicza się według wzoru: \ (Q_1 = c_1m_1 (t_1-t) \).
Ilość ciepła odbieranego przez zimną wodę oblicza się według wzoru: \ (Q_2 = c_2m_2 (t-t_2) \).
5.
Obliczenia.
\ (Q_1 \) = 4200 J / kg ° C 0,2 kg 20 ° C = 16800 J
\ (Q_2 \) = 4200 J/kg°C 0,1 kg 40°C = 16800 J
6. W odpowiedzi uzyskano, że ilość ciepła oddanego przez gorącą wodę jest równa ilości ciepła odbieranego przez zimną wodę. W tym przypadku rozważano sytuację wyidealizowaną i nie brano pod uwagę, że pewna ilość ciepła została zużyta na ogrzewanie szkła, w którym znajdowała się woda, oraz otaczającego powietrza. W rzeczywistości jednak ilość ciepła oddawana przez gorącą wodę jest większa niż ilość ciepła odbierana przez zimną wodę.
Część 1
1. Ciepło właściwe srebra wynosi 250 J/(kg°C). Co to znaczy?
1) gdy 1 kg srebra ochładza się w temperaturze 250 ° C, uwalniana jest ilość ciepła 1 J
2) gdy 250 kg srebra ochładza się na 1 ° C, uwalniana jest ilość ciepła 1 J
3) gdy 250 kg srebra ochładza się na 1 ° C, pochłaniana jest ilość ciepła wynosząca 1 J
4) gdy 1 kg srebra ochładza się na 1 ° C, uwalniana jest ilość ciepła 250 J
2. Ciepło właściwe cynku wynosi 400 J / (kg ° C). To znaczy, że
1) po podgrzaniu 1 kg cynku w temperaturze 400 ° C jego energia wewnętrzna wzrasta o 1 J
2) po podgrzaniu 400 kg cynku o 1 ° C jego energia wewnętrzna wzrasta o 1 J
3) aby ogrzać 400 kg cynku w 1 ° C, należy wydać 1 J energii
4) po podgrzaniu 1 kg cynku o 1 ° C jego energia wewnętrzna wzrasta o 400 J
3. Podczas transmisji ciało stałe masa \ (m \) ilość ciepła \ (Q \) temperatura ciała zwiększona o \ (\ Delta t ^ \ circ \). Które z poniższych wyrażeń określa ciepło właściwe substancji tego ciała?
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. Rysunek przedstawia wykres zależności ilości ciepła potrzebnego do ogrzania dwóch ciał (1 i 2) o tej samej masie od temperatury. Porównaj wartości ciepła właściwego (\ (c_1 \) i \ (c_2 \)) substancji, z których wykonane są te ciała.
1) \ (c_1 = c_2 \)
2) \ (c_1> c_2 \)
3) \ (c_1
5. Wykres pokazuje wartości ilości ciepła przekazywanego do dwóch ciał o równej masie, gdy ich temperatura zmienia się o tę samą liczbę stopni. Jaki jest prawidłowy stosunek pojemności cieplnej właściwej substancji, z których wykonane są korpusy?
1) \ (c_1 = c_2 \)
2) \ (c_1 = 3c_2 \)
3) \ (c_2 = 3c_1 \)
4) \ (c_2 = 2c_1 \)
6. Rysunek przedstawia wykres zależności temperatury ciała stałego od ilości ciepła do niego oddanego. Masa ciała 4 kg. Jaka jest właściwa pojemność cieplna substancji tego ciała?
1) 500 J / (kg ° C)
2) 250 J / (kg ° C)
3) 125 J / (kg ° C)
4) 100 J / (kg ° C)
7. Po podgrzaniu substancji krystalicznej o masie 100 g mierzono temperaturę substancji i ilość ciepła przekazanego substancji. Dane pomiarowe zostały przedstawione w formie tabeli. Biorąc pod uwagę, że straty energii można pominąć, określ ciepło właściwe substancji w stanie stałym.
1) 192 J / (kg ° C)
2) 240 J / (kg ° C)
3) 576 J / (kg ° C)
4) 480 J / (kg ° C)
8. Aby ogrzać 192 g molibdenu na 1 K, musisz przenieść do niego ilość ciepła 48 J. Jakie jest ciepło właściwe tej substancji?
1) 250 J / (kg·K)
2) 24 J/(kg·K)
3) 4 · 10 -3 J / (kg · K)
4) 0,92 J / (kg K)
9. Ile ciepła potrzeba do podgrzania 100 g ołowiu z 27 do 47 ° C?
1) 390 J
2) 26 kJ
3) 260 J
4) 390 kJ
10. Na podgrzanie cegły od 20 do 85°C zużyto taką samą ilość ciepła, jak na podgrzanie wody o tej samej masie do 13°C. Ciepło właściwe cegły wynosi
1) 840 J / (kg K)
2) 21000 J / (kg K)
3) 2100 J/(kg·K)
4) 1680 J/(kg·K)
11. Z poniższej listy stwierdzeń wybierz dwa prawidłowe i wpisz ich numery w tabeli.
1) Ilość ciepła, które ciało otrzymuje, gdy jego temperatura wzrośnie o określoną liczbę stopni, jest równa ilości ciepła, które to ciało oddaje, gdy jego temperatura spadnie o tę samą liczbę stopni.
2) Gdy substancja ochładza się, wzrasta jej energia wewnętrzna.
3) Ilość ciepła, jaką otrzymuje substancja po podgrzaniu, służy głównie do zwiększenia energii kinetycznej jej cząsteczek.
4) Ilość ciepła, którą otrzymuje substancja po podgrzaniu, służy głównie do zwiększenia potencjalnej energii oddziaływania jej cząsteczek
5) Energię wewnętrzną ciała można zmienić tylko poprzez doprowadzenie do niego określonej ilości ciepła
12. Tabela pokazuje wyniki pomiarów masy \ (m \), zmiany temperatury \ (\ Delta t \) i ilości ciepła \ (Q \) uwalnianego podczas chłodzenia cylindrów wykonanych z miedzi lub aluminium.
Jakie stwierdzenia są zgodne z wynikami eksperymentu? Wybierz dwa prawidłowe z podanej listy. Podaj ich numery. Na podstawie przeprowadzonych pomiarów można argumentować, że ilość ciepła uwalnianego podczas chłodzenia
1) zależy od materiału, z którego wykonany jest cylinder.
2) nie zależy od materiału, z którego wykonany jest cylinder.
3) rośnie wraz ze wzrostem masy cylindra.
4) wzrasta wraz ze wzrostem różnicy temperatur.
5) ciepło właściwe aluminium jest 4 razy większe niż ciepło właściwe cyny.
Część 2
C1. Ciało stałe o wadze 2 kg umieszcza się w piekarniku o mocy 2 kW i zaczyna się nagrzewać. Rysunek pokazuje zależność temperatury \ (t \) tego ciała od czasu ogrzewania \ (\ tau \). Jakie jest ciepło właściwe substancji?
1) 400 J / (kg ° C)
2) 200 J / (kg ° C)
3) 40 J / (kg ° C)
4) 20 J / (kg ° C)
Odpowiedzi
W tej lekcji dowiemy się, jak obliczyć ilość ciepła potrzebnego do ogrzania ciała lub uwolnionego przez nie, gdy ostygnie. Aby to zrobić, podsumujemy wiedzę zdobytą na poprzednich lekcjach.
Ponadto nauczymy się używać wzoru na ilość ciepła do wyrażania pozostałych wielkości z tego wzoru i obliczania ich, znając inne wielkości. Rozważony zostanie również przykład problemu z rozwiązaniem do obliczania ilości ciepła.
Ta lekcja poświęcona jest obliczaniu ilości ciepła, gdy ciało jest ogrzewane lub uwalniane przez nie, gdy jest chłodzone.
Bardzo ważna jest umiejętność obliczenia wymaganej ilości ciepła. Może to być konieczne na przykład przy obliczaniu ilości ciepła, które musi być dostarczone do wody, aby ogrzać pomieszczenie.
Ryż. 1. Ilość ciepła, która musi zostać dostarczona do wody, aby ogrzać pomieszczenie
Lub obliczyć ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w różnych silnikach:
Ryż. 2. Ilość ciepła uwalnianego podczas spalania paliwa w silniku
Również ta wiedza jest potrzebna np. do określenia ilości ciepła, które jest uwalniane przez Słońce i pada na Ziemię:
Ryż. 3. Ilość ciepła wydzielanego przez Słońce i padającego na Ziemię
Aby obliczyć ilość ciepła, musisz wiedzieć trzy rzeczy (ryc. 4):
- masa ciała (którą zwykle można zmierzyć za pomocą wagi);
- różnica temperatur, o jaką należy ogrzać ciało lub je schłodzić (zwykle mierzona termometrem);
- ciepło właściwe ciała (które można określić na podstawie tabeli).
Ryż. 4. Co musisz wiedzieć, aby ustalić
Wzór, według którego obliczana jest ilość ciepła, wygląda następująco:
W tym wzorze występują następujące ilości:
Ilość ciepła mierzona w dżulach (J);
Ciepło właściwe substancji, mierzone w;
- różnica temperatur, mierzona w stopniach Celsjusza ().
Rozważ problem obliczenia ilości ciepła.
Zadanie
Miedziane szkło ważące gram zawiera wodę o objętości litra o temperaturze. Ile ciepła trzeba przenieść do szklanki wody, aby jej temperatura się wyrównała?
Ryż. 5. Ilustracja opisu problemu
Najpierw zapisujemy krótki warunek ( Dany) i przełożyć wszystkie wartości na system międzynarodowy (SI).
|
Dany: |
SI |
|
|
Odnaleźć: |
Rozwiązanie:
Najpierw określ, jakie inne wielkości potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem. Zgodnie z tabelą ciepła właściwego (Tabela 1) znajdujemy (ciepło właściwe miedzi, ponieważ według stanu szkło jest miedzią), (ciepło właściwe wody, ponieważ według stanu w szkle znajduje się woda ). Ponadto wiemy, że do obliczenia ilości ciepła potrzebujemy masy wody. Warunkiem jest nam tylko tom. Dlatego bierzemy gęstość wody z tabeli: (Tabela 2).
Patka. 1. Ciepło właściwe niektórych substancji,
Patka. 2. Gęstości niektórych cieczy
Teraz mamy wszystko, czego potrzebujemy, aby rozwiązać ten problem.
Zauważ, że całkowita ilość ciepła będzie składać się z sumy ilości ciepła potrzebnego do podgrzania miedzianego kubka i ilości ciepła potrzebnego do podgrzania w nim wody:
Najpierw obliczmy ilość ciepła potrzebną do ogrzania szkła miedzianego:
Przed obliczeniem ilości ciepła potrzebnego do podgrzania wody obliczmy masę wody za pomocą wzoru, który jest nam dobrze znany z klasy 7:
Teraz możemy obliczyć:
Wtedy możemy obliczyć:
Przypomnijmy, co oznacza: kilodżule. Przedrostek „kilo” oznacza, że 
.
Odpowiedź:.
Dla wygody rozwiązywania problemów ze znalezieniem ilości ciepła (tzw. problemów bezpośrednich) i ilości związanych z tą koncepcją możesz skorzystać z poniższej tabeli.
|
Poszukiwana wartość |
Przeznaczenie |
Jednostki |
Formuła podstawowa |
Wzór na ilość |
|
Ilość ciepła |
WYMIANA CIEPŁA.
1. Wymiana ciepła.
Przenoszenie ciepła lub przenoszenie ciepła To proces przenoszenia wewnętrznej energii jednego ciała na drugie bez wykonywania jakiejkolwiek pracy.
Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła.
1) Przewodność cieplna- jest to wymiana ciepła między ciałami podczas ich bezpośredniego kontaktu.
2) Konwekcja- jest to wymiana ciepła, w której przenoszenie ciepła odbywa się za pomocą strumieni gazu lub cieczy.
3) Promieniowanie Czy wymiana ciepła za pomocą promieniowania elektromagnetycznego.
2. Ilość ciepła.
Ilość ciepła jest miarą zmiany energii wewnętrznej ciała podczas wymiany ciepła. Oznaczone literą Q.
Jednostka pomiaru ilości ciepła = 1 J.
Ilość ciepła otrzymanego przez ciało z innego ciała w wyniku wymiany ciepła może zostać wydana na wzrost temperatury (wzrost energii kinetycznej cząsteczek) lub na zmianę stanu skupienia (wzrost energii potencjalnej ).
3.Właściwa pojemność cieplna substancji.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała o masie m od temperatury T 1 do temperatury T 2 jest proporcjonalna do masy ciała m i różnicy temperatur (T 2 - T 1), tj.
Q = cm(T 2 - T 1 ) = zmΔ T,
z nazywana jest specyficzną pojemnością cieplną substancji ogrzanego ciała.
Właściwa pojemność cieplna substancji jest równa ilości ciepła, którą należy przekazać 1 kg substancji, aby ogrzać ją o 1 K.
Jednostka ciepła właściwego =.
Pojemności cieplne różnych substancji można znaleźć w tabelach fizycznych.
Dokładnie taka sama ilość ciepła Q zostanie uwolniona, gdy ciało zostanie schłodzone o ΔТ.
4. Ciepło właściwe parowania.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła wymagana do przekształcenia cieczy w parę jest proporcjonalna do masy cieczy, tj.
Q = Lm,
gdzie współczynnik proporcjonalności L zwane ciepłem waporyzacji.
Ciepło właściwe parowania jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia 1 kg cieczy w temperaturze wrzenia w parę.
Jednostka miary ciepła właściwego parowania.
W procesie odwrotnym, kondensacji pary, ciepło jest uwalniane w takiej samej ilości, jaka została zużyta na waporyzację.
5. Ciepło właściwe topnienia.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła potrzebna do przekształcenia ciała stałego w ciecz jest proporcjonalna do masy ciała, tj.
Q = λ m,
gdzie współczynnik proporcjonalności λ nazywany jest ciepłem właściwym topnienia.
Ciepło właściwe topnienia jest równe ilości ciepła potrzebnej do przekształcenia ciała stałego ważącego 1 kg w ciecz w temperaturze topnienia.
Jednostka miary ciepła właściwego topnienia.
W odwrotnym procesie, krystalizacji ciekłej, ciepło jest uwalniane w takiej samej ilości, jaka została zużyta na stopienie.
6. Ciepło właściwe spalania.
Doświadczenie pokazuje, że ilość ciepła uwalnianego podczas całkowitego spalania paliwa jest proporcjonalna do masy paliwa, tj.
Q = Qm,
Gdzie współczynnik proporcjonalności q nazywany jest ciepłem właściwym spalania.
Ciepło właściwe spalania jest równe ilości ciepła wydzielanego podczas całkowitego spalania 1 kg paliwa.
Jednostka miary ciepła właściwego spalania.
7. Równanie bilansu ciepła.
W wymianę ciepła biorą udział dwa lub więcej ciał. Niektóre ciała wydzielają ciepło, inne odbierają. Przenikanie ciepła następuje do momentu wyrównania się temperatur ciał. Zgodnie z prawem zachowania energii ilość oddanego ciepła jest równa ilości odbieranej. Na tej podstawie zapisywane jest równanie bilansu cieplnego.
Spójrzmy na przykład.
Ciało o masie m1, którego pojemność cieplna wynosi c1, ma temperaturę T1, a ciało o masie m2, którego pojemność cieplna wynosi c2, ma temperaturę T2. Ponadto T 1 jest większe niż T 2. Ciała te wchodzą w kontakt. Doświadczenie pokazuje, że ciało zimne (m2) zaczyna się nagrzewać, a ciało gorące (m1) zaczyna stygnąć. Sugeruje to, że część energii wewnętrznej ciała gorącego jest przekazywana do ciała zimnego, a temperatury wyrównują się. Oznaczmy ostateczną temperaturę całkowitą θ. 
Ilość ciepła przekazywanego przez gorące ciało do zimnego
Q przeniesione. = C 1 m 1 (T 1 – θ )
Ilość ciepła odbieranego przez zimne ciało od gorącego
Q Odebrane. = C 2 m 2 (θ – T 2 )
Zgodnie z prawem zachowania energii Q przeniesione. = Q Odebrane., tj.
C 1 m 1 (T 1 – θ )= C 2 m 2 (θ – T 2 )
Otwórzmy nawiasy i wyraźmy wartość całkowitej temperatury w stanie ustalonym θ.
W tym przypadku wartość temperatury θ otrzymujemy w kelwinach.
Jednak ponieważ wyrażenie na Q jest przekazywane. i Q jest odbierane. jeśli różnica między dwiema temperaturami jest taka sama w kelwinach i stopniach Celsjusza, obliczenia można przeprowadzić w stopniach Celsjusza. Następnie
W takim przypadku wartość temperatury θ będzie podawana w stopniach Celsjusza.
Wyrównanie temperatur w wyniku przewodnictwa cieplnego można wyjaśnić na podstawie teorii kinetyki molekularnej jako wymianę energii kinetycznej między cząsteczkami podczas zderzeń w trakcie termicznego ruchu chaotycznego.
Przykład ten można zilustrować wykresem. 
Wraz z energią mechaniczną każde ciało (lub system) ma energię wewnętrzną. Energia wewnętrzna to energia spoczynku. Składa się na nią chaotyczny ruch termiczny cząsteczek tworzących ciało, energia potencjalna ich wzajemnego ułożenia, energia kinetyczna i potencjalna elektronów w atomach, nukleonów w jądrach i tak dalej.
W termodynamice ważne jest, aby znać nie bezwzględną wartość energii wewnętrznej, ale jej zmianę.
W procesach termodynamicznych zmienia się tylko energia kinetyczna poruszających się cząsteczek (energia cieplna nie wystarcza do zmiany struktury atomu, a tym bardziej jądra). Stąd w rzeczywistości pod energią wewnętrzną w termodynamice oznacza energię termiczny chaotyczny ruch cząsteczek.
Energia wewnętrzna U jeden mol gazu doskonałego jest równy:
Zatem, energia wewnętrzna zależy tylko od temperatury. Energia wewnętrzna U jest funkcją stanu układu, niezależnie od tła.
Jasne jest, że w ogólnym przypadku układ termodynamiczny może mieć zarówno energię wewnętrzną, jak i mechaniczną, a różne układy mogą wymieniać te rodzaje energii.
Giełda energia mechaniczna charakteryzuje się doskonałym praca A, i wymiana energii wewnętrznej - ilość przekazanego ciepła Q.
Na przykład zimą rzuciłeś gorący kamień w śnieg. Ze względu na zapas energii potencjalnej wykonywano pracę mechaniczną w celu kruszenia śniegu, a dzięki zapasowi energii wewnętrznej śnieg ulegał stopieniu. Jeśli kamień był zimny, tj. temperatura kamienia jest równa temperaturze otoczenia, wtedy tylko praca zostanie wykonana, ale nie będzie wymiany energii wewnętrznej.
Tak więc praca i ciepło nie są specjalnymi formami energii. Nie można mówić o dostawie ciepła czy pracy. to środek przeniesiony inny system energii mechanicznej lub wewnętrznej. Możemy mówić o podaży tych energii. Ponadto energię mechaniczną można zamienić na energię cieplną i odwrotnie. Na przykład, jeśli uderzysz w kowadło młotkiem, to po chwili młotek i kowadło nagrzeją się (jest to przykład rozpusta energia).
Przykładów przemiany jednej formy energii w inną jest znacznie więcej.
Doświadczenie pokazuje, że we wszystkich przypadkach przekształcanie energii mechanicznej w ciepło i odwrotnie odbywa się zawsze w ściśle równoważnych ilościach. To jest istota pierwszej zasady termodynamiki, która wynika z zasady zachowania energii.
Ilość ciepła przekazana organizmowi jest wykorzystywana do zwiększenia energii wewnętrznej i wykonywania pracy przez organizm:
| , | (4.1.1) |
- To jest to pierwsza zasada termodynamiki , lub prawo zachowania energii w termodynamice.
Zasada znaków: jeśli ciepło jest przenoszone z otoczenia ten system, i jeśli system działa na otaczające ciała, podczas gdy. Biorąc pod uwagę zasadę znaków, pierwszą zasadę termodynamiki można zapisać jako:
W tym wyrażeniu U- funkcja stanu systemu; D U Jest jego różniczką całkowitą, a δ Q i A oni nie są. W każdym stanie układ ma określoną i jedyną taką wartość energii wewnętrznej, można więc napisać:
 ,
|
Ważne jest, aby pamiętać, że ciepło Q i praca A zależą od zakończenia przejścia ze stanu 1 do stanu 2 (izochoryczny, adiabatyczny itp.) oraz energii wewnętrznej U nie zależy. Jednocześnie nie można powiedzieć, że układ ma określoną wartość ciepła i pracy dla danego stanu.
Ze wzoru (4.1.2) wynika, że ilość ciepła wyrażona jest w tych samych jednostkach co praca i energia, tj. w dżulach (J).
Szczególne znaczenie w termodynamice mają procesy cyrkularne lub cykliczne, w których układ po przejściu przez szereg stanów powraca do stanu pierwotnego. Rysunek 4.1 przedstawia proces cykliczny 1– a–2–b-1, natomiast A.
Ryż. 4.1
Ponieważ U Czy funkcja stanu, to?
| (4.1.3) |
Dotyczy to każdej funkcji stanu.
Jeśli więc zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki, tj. niemożliwe jest zbudowanie silnika pracującego okresowo, który wykonałby więcej pracy niż ilość energii przekazanej mu z zewnątrz. Innymi słowy, maszyna perpetuum mobile pierwszego rodzaju jest niemożliwa. To jedno z sformułowań pierwszej zasady termodynamiki.
Należy zauważyć, że pierwsza zasada termodynamiki nie wskazuje, w jakim kierunku przebiegają procesy zmiany stanu, co jest jedną z jej wad.
