Как определить количество теплоты которое надо сообщить…

Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. урок. Физика 8 Класс

Как определить количество теплоты которое надо сообщить...

В данном уроке мы научимся рассчитывать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении. Для этого мы обобщим те знания, которые были получены на предыдущих уроках.

Кроме того, мы научимся с помощью формулы для количества теплоты выражать остальные величины из этой формулы и рассчитывать их, зная другие величины. Также будет рассмотрен пример задачи с решением на вычисление количества теплоты.

Данный урок посвящен вычислению количества теплоты при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении.

Умение вычислять необходимое количество теплоты является очень важным. Это может понадобиться, к примеру, при вычислении количества теплоты, которое необходимо сообщить воде для обогрева помещения.

Рис. 1. Количество теплоты, которое необходимо сообщить воде для обогрева помещения

Или для вычисления количества теплоты, которое выделяется при сжигании топлива в различных двигателях:

Рис. 2. Количество теплоты, которое выделяется при сжигании топлива в двигателе

Также эти знания нужны, например, чтобы определить количество теплоты, которое выделяется Солнцем и попадает на Землю:

Рис. 3. Количество теплоты, выделяемое Солнцем и попадающее на Землю

Для вычисления количества теплоты необходимо знать три вещи (рис. 4):

  • массу тела (которую, обычно, можно измерить с помощью весов);
  • разность температур, на которую необходимо нагреть тело или охладить его (обычно измеряется с помощью термометра);
  • удельную теплоемкость тела (которую можно определить по таблице).

Рис. 4. Что необходимо знать для определения 

Формула, по которой вычисляется количество теплоты, выглядит так:

.

В этой формуле фигурируют следующие величины:

 – количество теплоты, измеряется в джоулях (Дж);

 – удельная теплоемкость вещества, измеряется в ;

 – разность температур, измеряется в градусах Цельсия ().

Рассмотрим задачу на вычисление количества теплоты.

Задача

В медном стакане массой  грамм находится вода объемом  литра при температуре . Какое количество теплоты необходимо передать стакану с водой, чтобы его температура стала равна ?

Рис. 5. Иллюстрация условия задачи

Сначала запишем краткое условие (Дано) и переведем все величины в систему интернационал (СИ).

Дано:СИ
Найти:

Решение:

Сначала определи,  какие еще величины потребуются нам для решения данной задачи. По таблице удельной теплоемкости (табл.

1) находим  (удельная теплоемкость меди, так как по условию стакан медный),  (удельная теплоемкость воды, так как по условию в стакане находится вода).

Кроме того, мы знаем, что для вычисления количества теплоты нам понадобится масса воды. По условию нам дан лишь объем. Поэтому из таблицы возьмем плотность воды:  (табл. 2).

ЗолотоРтутьСвинецОловоСереброМедьЦинкЛатуньЖелезо130140140230250400400400460ГрафитСтеклоКирпичАлюминийЛедКеросинЭфирСпиртВода75084088092021002100235025004200

Табл. 1. Удельная теплоемкость некоторых веществ,

Жидкость
РтутьЖидкое олово ( )Серная кислотаМедВодаМасло машинноеЖидкий воздух ()СпиртБензин13 600680018001350100090086080071013,66,81,81,3510,90,860,80,71

Табл. 2. Плотности некоторых жидкостей

Теперь у нас есть все необходимое для решения данной задачи.

Заметим, что итоговое количество теплоты будет состоять из суммы количества теплоты, необходимого для нагревания медного стакана и количества теплоты, необходимого для нагревания воды в нем:

Рассчитаем сначала количество теплоты, необходимое для нагревания медного стакана:

Прежде чем вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания воды, рассчитаем массу воды по формуле, хорошо знакомой нам из 7 класса:

, тогда

.

Теперь можем вычислить:

Тогда можем вычислить:

Напомним, что  означает: килоджоули. Приставка «кило» означает , то есть .

Ответ:.

Для удобства решения задач на нахождение количества теплоты (так называемые прямые задачи) и связанных с этим понятием величин можно пользоваться следующей таблицей.

Искомая величинаОбозначениеЕдиницы измеренияОсновная формулаФормула для величины
Количество теплоты
Удельная теплоемкость вещества
Масса тела
Начальная температура

Табл. 3. Готовые формулы для вычисления величин

Формулу для конечной температуры попробуйте вывести самостоятельно.

Стоит отметить, что, конечно же, запоминать эти формулы не нужно. Главное – помнить базовую формулу и уметь выводить из нее все необходимые величины.

На следующем уроке мы проведем лабораторную работу, цель которой – научиться экспериментально определять удельную теплоемкость твердого тела.

Список литературы:

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Интернет-портал «» (Источник)

Домашнее задание

  1. Стр. 25, параграф 9, вопросы № 1-4, упражнение 4. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Найдите формулу для нахождения конечной температуры по аналогии с начальной температурой из приведенной в уроке таблицы.
  3. Стальная деталь массой  при обработке на токарном станке нагрелась на . Сколько энергии потратил двигатель на нагрев детали?
  4. Какое количество теплоты отдает стакан кипятка объемом , охлаждаясь до температуры ?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/8-klass/teplovye-yavleniya/raschyot-kolichestva-teploty-neobhodimogo-dlya-nagrevaniya-tela-ili-vydelyaemogo-im-pri-ohlazhdenii?seconds=

Задачи на расчет количества теплоты с решениями

Как определить количество теплоты которое надо сообщить...

Есть тут те, кто хочет научиться решать задачи и щелкать их, как орешки? Наш совет: практикуйтесь с различными заданиями побольше! А мы поможем и в этой статье дадим вам несколько примеров решения задач на тему «расчет количества теплоты».

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы не только решать задачи, но и просто быть в курсе актуальных новостей студенческой жизни.

Задачи на количество теплоты

Для начала, запомним, что количество теплоты обозначается буквой Q. Кроме того, не забываем держать под рукой общую памятку по решению физических задач и список полезных формул. Но сначала, конечно же, читаем теорию в старых советских учебниках или в нашем отдельном материале по термодинамике.

Задача №1. Нахождение количества теплоты

Условие

Водород массой 20 г был нагрет на 100 градусов Цельсия при постоянном давлении. Найти количество теплоты, переданное газу.

Решение

Будем использовать первое начало термодинамики, согласно которому:

Изменение внутренней энергии дельта U вычисляется по формуле (газ считаем двухатомным):

Работа газа при изобарном процессе равна:

Теперь можно вычислить количество теплоты:

Ответ: 29085 Дж.

Задача №2. Количество теплоты, пример цикла Карно

Условие

В ходе цикла Карно рабочее вещество совершает работу, равную 113333 Дж. Температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 450 К и 280 К. Какое количество теплоты рабочее тело получает от нагревателя в ходе цикла?

Решение

По определению, КПД цикла Карно:

Можно записать:

Ответ: 300 кДж.

Задача №3. Расчет количества теплоты, теплоемкость

Условие

Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 4 литров воды в алюминиевой кастрюле массой 500 г от 30 градусов Цельсия до кипения.

Решение

Это типичная задача на вычисление количества теплоты. Искомое количество теплоты складывается из количества теплоты для нагревания кастрюли и количества теплоты, которое пойдет на нагревание воды. Запишем уравнение теплового баланса:

Запишем выражения для количества теплоты и массы воды:

Вычислим, пользуясь табличными значениями для теплоемкостей:

Ответ: 1380,8 кДж

Задача №4. Молярная теплоемкость вещества 

Условие

Вычислить молярные теплоёмкости газа, масса киломоля которого равна M = 30 г/моль, а отношение теплоёмкостей (Cp/Cv) = γ = 1,4.

Решение

Молярная теплоёмкость газа при p = const находится из уравнения Майера:

Молярная теплоёмкость газа при V = const находится из выражения:

Первое выражение можно переписать в виде:

Здесь R – универсальная газовая постоянная, R=8,31 Дж/(К* моль).

Ответ: 29,085 Дж/(К*моль); 20,775 Дж/(К*моль).

Задача №5. Количество теплоты

Условие

На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648 кДж теплоты?

Решение

Это простая задача, которая решается в одно действие:

Ответ: 100 градусов Цельсия.

Кстати! Для всех наших читателей действует скидка 10% на решение задач по физике на количество теплоты и любые другие виды работ.

Вопросы по теме «количество теплоты»

Вопрос 1. В чем измеряется количество теплоты?

Ответ. В системе СИ единицей измерения количества теплоты является 1 Джоуль.

Теплота – это мера энергии, которая передается при теплообмене, поэтому она измеряется в тех же единицах.

Существуют также внесистемные и широко применяемые единицы измерения количества теплоты:

1 калория равна 4,19 Дж.

Объясним на примере, как рассчитывают количество теплоты. Допустим, есть брусок из какого-то вещества, который нагревают от температуры Т1 до температуры Т2. Количество теплоты, которое для этого нужно, можно определить по формуле:

Здесь с – удельная теплоемкость вещества

Вопрос 2. Что такое теплоемкость?

Ответ. По определению:

Теплоемкость – это скалярная физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты нужно сообщить телу, чтобы нагреть его на один градус.

Удельная теплоемкость – это теплоемкость, отнесенная к единице массы. Именно значения удельной теплоемкости указаны в таблицах. Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/(К*кг). Это значит, что для нагрева одного килограмма воды на один градус понадобится 4200 Джоулей.

Вопрос 3. Какие есть единицы измерения температуры?

Ответ. В системе СИ температура измеряется в Кельвинах. В быту мы привыкли к шкале Цельсия, которая наряду со шкалой Кельвина применяется в системе СИ. Также широко известна температурная шкала Фаренгейта, используемая в Англии и США.

Связь между температурой в Кельвинах и Цельсиях можно выразить формулой:

Температура кипения воды по шкале Фаренгейта равна 212 градусам, а лед тает при 32 градусах по Фаренгейту. Один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур.

Вопрос 4. Дайте определение температуры:

Ответ. Температура – это физическая величина, характеристика термодинамической системы, описывающая степень нагретости тел.

Вопрос 5. Какие виды теплопередачи вы знаете?

Ответ. Есть следующие виды теплопередачи:

  1. Теплопроводность – переход теплоты от более нагретых участков твердых тел к более холодным.
  2. Конвекция – передача теплоты потоками газа или жидкости.
  3. Излучение – теплота передается посредством электромагнитных волн.

Источник: https://Zaochnik-com.ru/blog/zadachi-na-raschet-kolichestva-teploty-s-reshenijami/

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость – FIZI4KA

Как определить количество теплоты которое надо сообщить...

ОГЭ 2018 по физике ›

1. Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количеством теплоты.

Количеством теплоты называется изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.

Количество теплоты обозначают буквой ​\( Q \)​. Так как количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии, то его единицей является джоуль (1 Дж).

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

2. Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде.

Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением: тело большей массы при охлаждении отдаёт большее количество теплоты.

Эти тела сделаны из одного и того же вещества и нагреваются они или охлаждаются на одно и то же число градусов.

\[ Q\sim m \]

​3. Если теперь нагревать 100 г воды от 30 до 60 °С, т.е. на 30 °С, а затем до 100 °С, т.е.

на 70 °С, то в первом случае на нагревание уйдёт меньше времени, чем во втором, и, соответственно, на нагревание воды на 30 °С, будет затрачено меньшее количество теплоты, чем на нагревание воды на 70 °С.

Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально разности конечной ​\( (t_2\,\circ C) \)​ и начальной \( (t_1\,\circ C) \) температур: ​\( Q\sim(t_2-t_1) \)​.

4.

Если теперь в один сосуд налить 100 г воды, а в другой такой же сосуд налить немного воды и положить в неё такое металлическое тело, чтобы его масса и масса воды составляли 100 г, и нагревать сосуды на одинаковых плитках, то можно заметить, что в сосуде, в котором находится только вода, температура будет ниже, чем в том, в котором находятся вода и металлическое тело. Следовательно, чтобы температура содержимого в обоих сосудах была одинаковой нужно воде передать большее количество теплоты, чем воде и металлическому телу. Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

5. Зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К), называется удельной теплоёмкостью вещества.

Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой ​\( c \)​. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг К.

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/кг °С. Это значит, что для нагревания 1 кг свинца на 1 °С необходимо затратить количество теплоты 140 Дж. Такое же количество теплоты выделится при остывании 1 кг воды на 1 °С.

Поскольку количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

Количество теплоты ​\( Q \)​, необходимое для нагревания тела массой ​\( m \)​ от температуры \( (t_1\,\circ C) \) до температуры \( (t_2\,\circ C) \), равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

\[ Q=cm(t_2{}\circ-t_1{}\circ) \]

​По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.

6. Пример решения задачи. В стакан, содержащий 200 г воды при температуре 80 °С, налили 100 г воды при температуре 20 °С. После чего в сосуде установилась температура 60 °С. Какое количество теплоты получила холодная вода и отдала горячая вода?

При решении задачи необходимо выполнять следующую последовательность действий:

  1. записать кратко условие задачи;
  2. перевести значения величин в СИ;
  3. проанализировать задачу, установить, какие тела участвуют в теплообмене, какие тела отдают энергию, а какие получают;
  4. решить задачу в общем виде;
  5. выполнить вычисления;
  6. проанализировать полученный ответ.

1. Условие задачи.

Дано:
​\( m_1 \)​ = 200 г
​\( m_2 \)​ = 100 г
​\( t_1 \)​ = 80 °С
​\( t_2 \)​ = 20 °С
​\( t \)​ = 60 °С
______________

​\( Q_1 \)​ — ? ​\( Q_2 \)​ — ?
​\( c_1 \)​ = 4200 Дж/кг · °С

2. СИ: ​\( m_1 \)​ = 0,2 кг; ​\( m_2 \)​ = 0,1 кг.

3. Анализ задачи. В задаче описан процесс теплообмена между горячей и холодной водой. Горячая вода отдаёт количество теплоты ​\( Q_1 \)​ и охлаждается от температуры ​\( t_1 \)​ до температуры ​\( t \)​. Холодная вода получает количество теплоты ​\( Q_2 \)​ и нагревается от температуры ​\( t_2 \)​ до температуры ​\( t \)​.

4.

Решение задачи в общем виде. Количество теплоты, отданное горячей водой, вычисляется по формуле: ​\( Q_1=c_1m_1(t_1-t) \)​.

Количество теплоты, полученное холодной водой, вычисляется по формуле: \( Q_2=c_2m_2(t-t_2) \).

5. Вычисления.
​\( Q_1 \)​ = 4200 Дж/кг · °С · 0,2 кг · 20 °С = 16800 Дж
\( Q_2 \) = 4200 Дж/кг · °С · 0,1 кг · 40 °С = 16800 Дж

6. В ответе получено, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой.

При этом рассматривалась идеализированная ситуация и не учитывалось, что некоторое количество теплоты пошло на нагревание стакана, в котором находилась вода, и окружающего воздуха.

В действительности же количество теплоты, отданное горячей водой, больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. Удельная теплоёмкость серебра 250 Дж/(кг · °С). Что это означает?

1) при остывании 1 кг серебра на 250 °С выделяется количество теплоты 1 Дж 2) при остывании 250 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 1 Дж 3) при остывании 250 кг серебра на 1 °С поглощается количество теплоты 1 Дж

4) при остывании 1 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 250 Дж

2. Удельная теплоёмкость цинка 400 Дж/(кг · °С). Это означает, что

1) при нагревании 1 кг цинка на 400 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж 2) при нагревании 400 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж 3) для нагревания 400 кг цинка на 1 °С его необходимо затратить 1 Дж энергии

4) при нагревании 1 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 400 Дж

3. При передаче твёрдому телу массой ​\( m \)​ количества теплоты ​\( Q \)​ температура тела повысилась на ​\( \Delta t\circ \)​. Какое из приведённых ниже выражений определяет удельную теплоёмкость вещества этого тела?

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.

На рисунке приведён график зависимости количества теплоты, необходимого для нагревания двух тел (1 и 2) одинаковой массы, от температуры. Сравните значения удельной теплоёмкости (​\( c_1 \)​ и ​\( c_2 \)​) веществ, из которых сделаны эти тела.

1) ​\( c_1=c_2 \)​
2) ​\( c_1>c_2 \)​
3) \( c_1

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/kolichestvo-teploty-udelnaja-teplojomkost.html

Biz-books
Добавить комментарий