Народна Освіта » Фізика » § 8. Розрахунок кількості теплоти, яку отримує або віддає тіло під час теплового процесу

НАРОДНА ОСВІТА

§ 8. Розрахунок кількості теплоти, яку отримує або віддає тіло під час теплового процесу

► Розрахунок кількості теплоти при нагріванні та охолодженні тіла

РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПРИ НАГРІВАННІ ТА ОХОЛОДЖЕННІ ТІЛА. Під час теплових процесів тіла можуть отримувати певну кількість теплоти (нагріватися) або віддаляти її (охолоджуватися). Від яких фізичних характеристик залежить кількість теплоти, яку тіло одержує при нагріванні чи віддає при охолодженні? З досвіду ви знаєте, що підігріти страву, залишену за кімнатної температури, можна значно швидше, ніж ту, яка була в холодильнику. Пов’язано це з тим, що в другому випадку початкова температура була значно нижчою, і, відповідно, набагато більшою буде різниця кінцевої та початкової температури. Отже, чим більше змінюється температура тіла під час нагрівання, тим більшу кількість теплоти йому необхідно надати.

Неважко помітити, що заповнений наполовину чайник закип’ятити швидше, ніж максимально заповнений. Тобто за однакової початкової температури вода меншої маси нагріється швидше. Отже, кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла, залежить від його миси: чим більша маса тіла, тим більша кількість теплоти необхідна для його нагрівання на певне число градусів.

Проте кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла, залежить не лише від різниці між кінцевою та початковою температурою тіла та його маси. Із попереднього параграфа вам відомо, що кількість теплоти, потрібна для нагрівання 1 кг речовини на 1 °С, залежить від роду речовини та визначається її питомою теплоємністю. Тобто кількість теплоти, необхідна для нагрівання речовини, залежить від Ті питомої теплоємності.

Таким чином, кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла до певної температури, залежить від: питомої теплоємності речовини, з якої виготовлено тіло (с), маси цього тіла (т) та різниці між його кінцевою (t2) і початковою (^1) температурою.

Отже, щоб обчислити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла, потрібно питому теплоємність речовини (с) помножити на масу цього тіла (т) та різницю між його кінцевою (t2) та початковою (J1) температурами (рис. 8.1):

У процесі отримання теплоти внутрішня енергія тіла і температура збільшуються, а тіло нагрівається. Коли тіло віддає певну кількість теплоти, його внутрішня енергія і температура зменшуються, а тіло при цьому охолоджується.

Виявляється, що під час нагрівання 1 кг води на 1 °С її внутрішня енергія збільшиться на 4200 Дж, а під час охолодження зменшиться на таке саме значення. Отже, скільки енергії (теплоти) тіло вбирає під час нагрівання, стільки ж віддає під час охолодження. Тобто кількість теплоти, яку віддає тіло під час охолодження, можна також обчислити за формулою (8.1).

У фізиці прийнято вважати кількість теплоти додатною (Q > 0), якщо тіло отримує теплову енергію, та від’ємною (Q > 0), якщо віддає її.

Зверніть JrBary: використовуючи формулу (8.1) для розрахунку кількості теплоти, яку отримує або віддає тіло, зміну температури тіла At визначають віднімаючи від більшої температури меншу.

Наприклад, якщо під час теплового процесу тіло охолонуло від температури ίΊ =100 °С до температури J2 = 25 °С, то зміну його температури визначають як At = Ii -£2 =100 °С-25 0C = 75 °С.

На практиці виникає потреба виконувати розрахунки отриманої чи відданої тілами теплоти. Наприклад, при спорудженні будинків потрібно враховувати, яку кількість теплоти віддаватиме вся система опалення, а також те, яка кількість тегоюти надхо-дитиме в навколишнє середовище через вікна та стіни.

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ НА РОЗРАХУНОК КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ ПРИ НАГРІВАННІ ТА ОХОЛОДЖЕННІ ТІЛА

Формула, за якою обчислюється кількість теплоти при нагріванні та охолодженні тіла (8.1), використовується для розв’язування фізичних задач на теплові процеси. Розглянемо приклади.

Задача 1. Воду масою 0,8 кг при температурі 25 °С змішали з окропом масою 0,4 кг. Температура змішаної води дорівнює 50 °С. Обчисліть кількість теплоти, яку віддає окріп, і кількість теплоти, яку отримала, нагріваючись, холодна вода. Порівняйте їх.

Задача 2. В алюмінієвій каструлі, маса якої 800 г, нагрівають 5 кг води від 10 0C до кипіння. Визначте кількість теплоти, необхідну для нагрівання: а) кастрюлі; б) води.

Головне в цьому параграфі

Кількість теплоти, яку тіло вбирає під час нагрівання, дорівнює кількості теплоти, яку воно віддає під час охолодження.

Щоб обчислити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла, або віддану ним під час охолодження, потрібно питому теплоємність речовини (с) помножити на масу цього тіла (пг) та зміну його температури At: Q = cmAt.

Запитання для самоперевірки

1.    Назвіть величини від яких залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла.

2.    Від яких величин залежить кількість теплоти, яку віддає тіло під час охолодження?

3.    За якою формулою обчислюють кількість теплоти, що отримує тіло під час нагрівання або віддає під час охолодження?

4.    Якщо провести дослід зі змішування однакових мас гарячої і холодної води та обчислити кількість теплоти, відданої гарячою й одержаної холодною водою, отримаємо різні значення. Поясніть, чому.

Вправа до § 8

1(п). Порівняйте кількість теплоти, потрібну для нагрівання до кімнатної температури питної води в пляшках об'ємом 1 та 0,5 л, які вийняли з холодильника. Відповідь поясніть.

2(п). Порівняйте кількість теплоти, потрібну для нагрівання тіла взятого при кімнатній температурі на 5 °С, і кількість теплоти, що виділиться під час охолодження цього тіла на 10 °С. Відповідь поясніть. 3(c). Яка кількість теплоти необхідна для нагрівання нікелю масою 200 г від 20 до 100 °С. Питома теплоємність нікелю 460 Дж/(кг-«С).

4(c). Яку масу піску можна нагріти від 18 до 78 cC, використавши 264 МДж теплоти? Питома теплоємність піску 970 Дж/(кг-сС). 5(д). До якої температури був нагрітий чавунний брусок масою

1.8    кг, якщо при його охолодженні до 20 °С виділилося 77,76 кДж теплової енергії? Питома теплоємність чавуну 550 Дж/(кг-°С).

6(д). Визначте кількість теплоти, необхідну для нагрівання від 15 до 20 0C повітря в кімнаті, довжина якої 5 м, ширина 4 м та висота

2.8    м.

7(в). Визначте, наскільки збільшиться температура свинцевої кульки, яка падає на залізну пластину з висоти 120 м, якщо вважати, що вся механічна енергія перетворюється на внутрішню енергію кульки. Питома теплоємність свинцю 120 Дж/(кг-0С).

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 14:25, Переглядів: 8322