§ 8. Удельная теплоемкость вещества. Количество теплоты, которое поглощает вещество при нагревании или выделяет при охлаждении

На вопрос: «Что быстрее нагреется — 200 или 300 граммов жидкости?» — кто-то не задумываясь ответит, что двести: понятно ведь, что триста граммов будут нагреваться дольше. и этот ответ, возможно, будет правильным, а возможно — нет. Так что не торопитесь с выводами, выясним все по-порядку.

Выясняем, от чего зависит количество теплоты, необходимое для нагревания

Если в два одинаковых сосуда налить две жидкости массами 200 и 300 г и с помощью одинаковых нагревателей нагреть жидкости от 20 до 100 °С, жидкость какой массы нагреется быстрее?

Подумаем над этим вопросом. Во-первых, очевидно: если жидкость одна и та же, например вода, то для нагревания 300 г жидкости нужно больше времени, а значит, и большее количество теплоты, чем для нагревания 200 г. Это означает, что количество теплоты, необходимое для нагревания вещества, зависит от массы этого вещества.

Однако мы не знаем, о каких жидкостях идет речь, и потому не можем однозначно ответить, какая из них нагреется быстрее. Ведь количество теплоты, которое необходимо передать веществу для определенного изменения его температуры, зависит от того, какое это вещество. Убедимся в этом с помощью опыта.

Возьмем 200 г воды и 200 г растительного масла и нагреем обе жидкости от 20 до 100 °С, измерив время нагревания. Заметим, что масло нагреется быстрее, а следовательно, получит меньшее количество теплоты, чем вода (рис. 8.1).

Подумайте, одинаковое ли количество теплоты получит вещество некоторой массы при его нагревании от 20 до 100 °С и при его нагревании от 20 до 40 °С. Если не одинаковое, то в каком случае большее? Во сколько раз большее?

Изменяя массу вещества, способы нагревания и охлаждения, учитывая тепловые потери, ученые доказали, что количество теплоты, которое поглощает вещество при нагревании или выделяет при охлаждении:

—    зависит от природы вещества;

—    прямо пропорционально массе вещества;

—    прямо пропорционально изменению температуры вещества.

Данное утверждение записывают формулой:

где Q — количество теплоты; m — масса вещества; Δt — изменение температуры; c — коэффициент пропорциональности, который является характеристикой вещества и называется удельной теплоемкостью вещества.

Даём определение удельной теплоемкости вещества

Удельная теплоемкость вещества — это

физическая величина, характеризующая вещество и численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1 °С.

Удельную теплоемкость обозначают символом с и определяют по формуле:

Из формулы для определения удельной теплоемкости получим ее единицу — джоуль на килограмм-градус Цельсия*:

Удельная теплоемкость показывает, на сколько джоулей изменяется внутренняя энергия вещества массой 1 кг при изменении температуры на 1 °С, если объем вещества остается неизменным.

Учимся решать задачи

Задача. Во время сгорания дров кирпичная печь массой 2 т получила 88 МДж теплоты и нагрелась от 10 до 60 °С. Определите удельную теплоемкость кирпича.

Анализ физической проблемы. Для решения задачи воспользуемся формулой, по которой определяют удельную теплоемкость вещества.

Экспериментально установлено, что количество теплоты, которое поглощает тело при нагревании или выделяет при охлаждении, прямо пропорционально массе этого тела, изменению его температуры и зависит от вещества, из которого это тело изготовлено (состоит): Q = cm At.

Удельной теплоемкостью вещества называют физическую величину, характеризующую данное вещество и равную количеству теплоты, которое необходимо передать этому веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1 °С.

Контрольные вопросы    —

1. От чего зависит количество теплоты, необходимое для нагревания тела? 2. По какой формуле вычисляют количество теплоты, переданное телу при нагревании или выделенное им при охлаждении? 3. Каков физический смысл удельной теплоемкости вещества? 4. Назовите единицу удельной теплоемкости вещества.

Упражнение № 8

1.    Удельная теплоемкость серебра равна 250 ^Дж . Что это означает?

кг· °С

2.    Почему в системах охлаждения чаще всего используют воду?

3.    Стальную ложку массой 40 г нагрели в кипятке (в воде при температуре 100 °С). Какое количество теплоты пошло на нагревание ложки, если ее температура увеличилась от 20 до 80 °С?

4.    Чтобы нагреть деталь массой 250 г на 160 °С, ей было передано 20 кДж теплоты. Из какого материала изготовлена деталь?

Q

5.    Как известно, c =-. Можно ли сказать, что удельная теплоемкость

mAt

зависит от массы вещества? от изменения температуры вещества? от количества переданной теплоты?

6.    В алюминиевой кастрюле массой 500 г нагрели 1,5 кг воды от 20 °С до кипения. Какое количество теплоты передано кастрюле с водой?

7.    На какую высоту можно поднять груз массой 2 т, если использовать всю энергию, которая освобождается при остывании 0,5 л воды от 100 до 0 °С ?

8.    Выберите на карте две местности, расположенные на одной широте: одна должна быть у моря, а другая — в глубине континента. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, сопоставьте перепады температур (день — ночь, зима — лето) в этих местностях. Объясните полученные результаты.