Количество теплоты, удельная теплоемкость

От чего зависит количество теплоты

Внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы или теплопередаче. При явлении теплопередачи внутренняя энергия передается теплопроводностью, конвекцией или излучением.

Каждое тело при нагревании или охлаждении (при теплопередаче) получает или теряет какое-то количество энергии. Исходя из этого, принято это количество энергии назвать количеством теплоты.

Итак, количество теплоты — это та энергия, которую отдает или получает тело в процессе теплопередачи.

Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды? На простом примере можно понять, что для нагревания разного количества воды потребуется разное количество теплоты. Допустим, возьмем две пробирки с 1 литром воды и с 2-мя литрами воды. В каком случае потребуется большее количество теплоты? Во втором, там, где в пробирке 2 литра воды. Вторая пробирка будет нагреваться дольше, если мы подогреваем их одинаковым источником огня.

Таким образом, количество теплоты зависит от массы тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты требуется для нагрева и, соответственно, на охлаждение тела требуется большее время.

От чего еще зависит количество теплоты? Естественно, от разности температур тел. Но это еще не все. Ведь если мы попытаемся нагреть воду или молоко, то нам потребуется разное количество времени. Т.е получается, что количество теплоты зависит от вещества, из которого состоит тело.

В итоге получается, что количество теплоты, которое нужно для нагревания или количество теплоты, которое выделяется при остывании тела, зависит от его массы, от изменения температуры и от вида вещества, из которого состоит тело.

В чем измеряется количество теплоты

За единицу количества теплоты принято считать 1 Джоуль. До появления единицы измерения энергии ученые считали количество теплоты калориями. Сокращенно эту единицу измерения принято писать — “Дж”

Калория — это количество теплоты, которое необходимо для того, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 градус Цельсия. Сокращенно единицу измерения калории принято писать — “кал”.

1 кал = 4,19 Дж.

Обратите внимание, что в этих единицах энергии принято отмечать пищевую ценность продуктов питания кДж и ккал.

1 ккал = 1000 кал.

1 кДж = 1000 Дж

1 ккал = 4190 Дж = 4,19 кДж

Что такое удельная теплоемкость

Каждое вещество в природе имеет свои свойства, и для нагрева каждого отдельного вещества требуется разное количество энергии, т.е. количества теплоты.

Удельная теплоемкость вещества — это величина, равная количеству теплоты, которое нужно передать телу с массой 1 килограмм, чтобы нагреть его на температуру 1 0C

Удельная теплоемкость обозначается буквой c и имеет величину измерения Дж/кг*

Например, удельная теплоемкость воды равна 4200 Дж/кг*0C.   То есть это то количество теплоты, которое нужно передать 1 кг воды, чтобы нагреть ее на 1 0C

Следует помнить, что удельная теплоемкость веществ в разных агрегатных состояниях различна. То есть для нагревания льда на 1 0C потребуется другое количество теплоты.

Как рассчитать количество теплоты для нагревания тела

Например, необходимо рассчитать количество теплоты, которое нужно потратить для того, чтобы нагреть 3 кг воды с температуры 15 0С до температуры 85 0С. Нам известна удельная теплоемкость воды, то есть количество энергии, которое нужно для того, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус. То есть для того, чтобы узнать количество теплоты в нашем случае, нужно умножить удельную теплоемкость воды на 3 и на то количество градусов, на которое нужно увеличить температуры воды. Итак, это 4200*3*(85-15) = 882 000.

В скобках мы рассчитываем точное количество градусов, отнимая от конечного необходимого результата начальное

Итак, для того, чтобы нагреть 3 кг воды с 15 до 85 0С, нам потребуется 882 000 Дж количества теплоты.

Количество  теплоты обозначается буквой Q, формула для его расчета выглядит следующим образом:

Q=c*m*(t2-t1).

Разбор и решение задач

 

Задача 1. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 0,5 кг воды с 20 до 50 0С

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 4200 Дж/кг*0С,

t1 = 20 0С,

t2 = 50 0С.

Величину удельной теплоемкость мы определили из таблицы.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).

Подставляем значения:

Q=4200*0,5*(50-20) = 63 000 Дж = 63 кДж.

Ответ: Q=63 кДж.

Задача 2. Какое количество теплоты потребуется для нагревания алюминиевого бруска массой 0,5 кг на 85

0С?

Дано:

m = 0,5 кг.,

с = 920 Дж/кг*0С,

t1 = 0 0С,

t2 = 85 0С.

Решение:

количество теплоты определяется по формуле Q=c*m*(t2-t1).

Подставляем значения:

Q=920*0,5*(85-0) = 39 100 Дж = 39,1 кДж.

Ответ: Q= 39,1 кДж.

Какое количество теплоты надо сообщить 2 кг воды, чтобы повысить ее температуру от 20 до 70 °С?

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ

Д8/1

I группа

  1. Какое количество теплоты надо сообщить 2 кг воды, чтобы повысить ее температуру от 20 до 70 °С?

  2. Какое количество теплоты надо затратить, чтобы на­греть чугунную сковороду массой 300 г от 20 до 270 °С?

  3. Медный паяльник массой 250 г остывает от 200 до 150 °С. Определить количество теплоты, отданное паяльни­ком в окружающее пространство.

  4. Сколько требуется теплоты для нагревания 10 кг цин­ка от 17 до 167 °С?

  5. Сколько теплоты требуется для нагревания свинцовой детали массой 200 г на 70°?

  6. Какое количество теплоты выделяется при остывании 1,5 т чугуна от 70 до 10 °С?

  7. Какое количество теплоты выделяется при сгорании 3 кг торфа?

  8. Какое количество теплоты необходимо для нагревания латунной гири массой 200 г от 12 до 22 °С?

  9. Какое количество теплоты выделяется при сгорании 2 кг дров?

10. Какое количество теплоты требуется для нагревания алюминиевой детали массой 150 г от 20 до 92 °С?

Д8/2 II/III группа

  1. Температура латунной детали массой 200 г равна 365 °С. Какое количество теплоты она передает окружаю­щим телам, охлаждаясь до 15 °С?

  2. Масса алюминиевой кастрюли равна массе налитой в нее воды. На нагревание кастрюли или воды расходуется меньшее количество теплоты. Во сколько раз?

  3. Рассчитайте удельную теплоемкость кирпича, масса которого 3 кг, если при его остывании на 50° выделяется 113 400 Дж теплоты.

  4. Сколько воды можно нагреть на 10°, сообщив ей 8400 Дж теплоты?

  5. На сколько градусов нагреются 2 л спирта, получив 168 кДж теплоты?

  6. Какое количество теплоты требуется для нагревания до 100 °С алюминиевого бака емкостью 10 л, наполненного водой при температуре 20 °С? Масса бака 1 кг.

  7. Бак емкостью 5 л наполнен бензином. Достаточно ли этого количества бензина, чтобы получить при его сгорании 23·107Дж энергии?

  8. Кусок меди массой 1,2 кг, остывая до температуры 20°С, выделил 114 кДж тепла. Какова первоначальная тем­пература меди?

  9. Сколько нужно древесных чурок, чтобы получить столько теплоты, сколько необходимо для подогрева 200 л воды от 10 до 70 °С?

10. Одну и ту же массу воды нагрели вначале на 15 °С, а в другой раз на 45°С. В каком случае израсходовано боль­шее количество теплоты и во сколько раз?

Т 8/1 I группа

  1. Сколько теплоты потребуется для нагревания куска стали массой 0,5 кг от 20 до 30 °С?

  2. Какое количество теплоты выделится при полном сго­рании 5 кг бензина?

  3. Масса кирпичной печи 1,2 т.

    Какое количество тепло­ты пойдет на ее нагревание от 10 до 50 °С?

  4. Какое количество теплоты выделится при полном сго­рании 200 кг каменного угля?

  5. Какое количество теплоты потребуется для нагрева­ния куска меди массой 100 г на 30 °С?

  6. Сколько теплоты выделится при полном сгорании 0,5 кг нефти?

  7. Какое количество теплоты требуется, чтобы вскипя­тить 6 кг воды, если начальная температура воды 20 °С?

  8. Для нагревания свинцовой детали на 10° было затраче­но 1400 Дж тепла. Какова масса детали?

  9. На сколько градусов нагреется 3 кг воды, если ей сооб­щить 630 кДж теплоты?

  1. Какое количество пороха нужно сжечь, чтобы выде­лилось 350 кДж теплоты?

  2. Для нагревания детали массой 0,5 кг от 10 до 90 °С потребовалось 15,2 кДж теплоты. Определить удельную теп­лоемкость вещества этой детали. Из какого материала сде­лана деталь?

  3. При сгорании 2 кг дизельного топлива выделяет­ся 8,4107Дж теплоты. Найти теплотворность дизельного топлива.

Т 8/2 II группа

  1. На сколько градусов можно нагреть 15 г воды, сооб­щив ей 1850 Дж теплоты?

  2. При сгорании 3 кг пороха выделилось 10,5 МДж тепло­ты. Найти теплоту сгорания пороха.

  3. На сколько градусов можно нагреть 100 кг воды при сжигании 0,5 кг каменного угля, считая, что вся теплота от сжигания угля пойдет на нагрев воды?

  4. Стальной молоток был нагрет при закалке до 700 °С и затем быстро охлажден до 20 °С. При этом выделилось 275 кДж теплоты. Найти массу молотка.

  5. Сколько воды можно нагреть от 20 до 70°С, исполь­зуя теплоту, выделившуюся при полном сгорании 0,42 кг дров?

  6. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 100 г растительного масла от 20 до 120°С, налитого в чу­гунную сковороду массой 1,2 кг?

  7. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы получить такое же количество теплоты, которое выделяется при пол­ном сгорании 100 кг нефти?

  8. Сколько надо сжечь спирта, чтобы нагреть 2 кг воды от 15 до 80°С, считая, что вся теплота, выделившаяся при сгорании спирта, пойдет на нагревание воды?

  9. Температура воды массой 5 кг повысилась от 7 до 53 °С при опускании в нее нагретой железной гири. . Определите массу гири, если после опускания ее в воду температура гири понизилась от 1103 до 53 °С.

10. Для того чтобы вскипятить в самоваре 6 кг воды, взя­той при 12°С, требуется сжечь 150 г каменного угля. Найти КПД самовара.

Т 8/3 III группа

  1. На нагревание 200 г воды, взятой при температуре 10 °С, было затрачено 63 кДж теплоты. До какой темпера­туры нагрелась вода?

  2. На сколько градусов нагреется 60Q г воды, если в эту воду опустить латунную гирю массой 500 г, которая осты­вает в воде от 80 до 20 °С?

  3. В аквариум налито 25 л воды при 17 0С. Сколько горя­чей воды при 72 °С нужно долить в аквариум, чтобы в нем установилась температура 22 °С?

  4. Сколько надо сжечь бензина, чтобы нагреть 2 кг воды от 14 до 50 °С, считая, что вся теплота, выделившаяся при сгорании бензина, пойдет на нагревание воды?

  5. Определить КПД спиртовки, в которой при нагревании 300 г воды от 20 до 100 °С сгорало 12 г спирта.

  6. В латунный калориметр массой 130 г налили 240 г воды при температуре 8 °С и опустили туда кусок металла мас­сой 200 г, нагретый до 100 °С. Окончательно в калориметре

установилась температура 20 °С. Определить удельную теп­лоемкость металла.

  1. Определить КПД самовара, если для нагревания в нем 6 л воды от 10 до 100 °С требуется сжечь 0,15 кг каменного угля?

  2. На примусе в медной кастрюле массой 5 кг нагревают 5 л воды от 10 °С до кипения. Определить расход керосина, считая, что вся теплота, выделяющаяся при сгорании керо­сина, пошла на нагревание воды и кастрюли.

  3. Сколько надо сжечь спирта, чтобы нагреть 200 г воды от 20 °С до кипения, считая, что на нагревание воды идет 50% теплоты, выделившейся при сгорании спирта?

10. Какое количество воды можно вскипятить, затратив 0,5 кг дров, если КПД кипятильника 30%, а начальная темпе­ратура воды 10 °С?

ПЛАВЛЕНИЕ И ОТВЕРДЕВАНИЕ

Т 8/4 1 группа

  1. Слиток цинка массой 2,5 кг расплавили при темпера­туре плавления. Сколько теплоты передано цинку?

  2. Какое количество теплоты потребуется для плавления 100 г олова, взятого при температуре его плавления?

  3. Какое количество теплоты потребуется для плавления 100 г олова, взятого при температуре 32 °С?

  4. Определите количество теплоты, необходимое для плавления 3 кг меди, взятой при температуре 1085 °С.

  5. Определите количество теплоты, необходимое для плавления 3 кг меди, взятой при температуре 85 °С.

  6. Какое количество теплоты выделится при кристалли­зации 1 кг свинца, взятого при температуре 327 °С?

  7. Какое количество теплоты выделяется при отвердева­нии 1 кг свинца и дальнейшем его охлаждении до 27 °С, если начальная температура свинца 327 °С?

  8. Вычислить количество теплоты, которое необходимо для плавления 4 кг железа, если начальная температура же­леза 39 °С.

  9. Какое количество теплоты выделяется при отвердева­нии 1,5 кг льда, взятого при 0 °С?

10. Определить количество энергии, которую нужно зат­ратить, чтобы расплавить 10 кг алюминия, взятого при 60 °С?

Т 8/5 II группа

  1. Определить удельную теплоту плавления цинка, если для плавления 100 г цинка, взятого при температуре плавле­ния, потребовалось 10,2 кДж теплоты.

  2. Какое количество теплоты необходимо для плавления 100 г нафталина, взятого при температуре 20 °С?

  3. Какое количество теплоты выделяется при охлаждении и затвердевании 3 кг воды, взятой при температуре 20 °С?

  4. 500 г расплавленного свинца, взятого при температуре плавления, необходимо охладить до температуры 27 °С. Сколько при этом выделится теплоты?

  5. 0,2 кг льда, взятого при 0 °С, превратили в воду при 40 °С. Какое количество теплоты потребовалось для этого?

  6. Сколько выделилось теплоты при отвердевании 0,5 кг олова и его дальнейшем охлаждении до 32 °С?

  7. Сколько теплоты потребуется для плавления 10 кг же­леза, взятого при температуре 39 °С?

  8. Сколько теплоты выделилось при замерзании воды в бассейне площадью 8000 м2, если толщина образовавшегося льда 0,5 м, а начальная температура воды 0 °С?

  9. 2 кг льда при температуре -10 °С внесли в комнату, после чего лед растаял, а образовавшаяся вода нагрелась до температуры 18 °С. Сколько теплоты для этого потребова­лось?

10. Железная гиря массой 0,5 кг остывает от 1127 до 327 °С. Сколько свинца, взятого при температуре плавления, можно расплавить за счет теплоты, выделившейся при осты­вании гири?

Т 8/6 III группа

  1. 0,7 кг льда, взятого при 0 «С, превратили в воду при 45 °С. Сколько теплоты потребовалось для этого?

  2. Сколько выделилось теплоты при отвердевании 0,5 кг олова и его дальнейшем охлаждении до 32 °С?

  3. Для приготовления пищи полярники используют воду, полученную из расплавленного льда. Сколько теплоты по­требуется для того, чтобы расплавить 2 кг льда и получен­ную воду вскипятить, если начальная температура льда -10 °С?

  4. Какое количество бензина необходимо затратить, что­бы этим количеством теплоты расплавить 20 кг свинца, взя­того при 27 °С?

  5. Какое количество льда, взятого при -8 °С, можно на­греть до 0 °С и расплавить, сообщив ему 178,4 кДж теп­лоты?

  6. В жестянке массой 300 г мальчик расплавил 100 г оло­ва. Какое количество теплоты пошло на нагревание жестян­ки и плавление олова, если начальная температура их была равна 32 °С?

  7. Какое количество теплоты выделится при отвердева­нии и охлаждении от температуры плавления до 27 °С свин­цовой пластинки размерами 2x5x10 см?

  8. Чему равен КПД плавильной печи, в которой на плав­ление 1 кг меди, взятого при температуре 85 °С, расходуется 40 г каменного угля?

  9. Внутренняя энергия 2 кг железа при его нагревании и плавлении изменилась на 1470 кДж. Определить удельную теплоту плавления железа, если его начальная температура 539 °С.

10. Определить массу каменного угля, необходимую для плавления 0,5 т железа, начальная температура которого 39 °С, если КПД печи 50%.

ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ

Т 8/7 I группа

  1. Какое количество теплоты необходимо, чтобы обра­тить в пар 2 кг воды, взятой при температуре 100 °С?

  2. Какое количество теплоты необходимо, чтобы обра­тить в пар 2 кг воды, взятой при температуре 20 °С?

  3. Определить количество теплоты, которое необходимо для обращения в пар 100 г эфира, взятого при температуре кипения.

  4. Определить количество теплоты, которое необходимо для обращения в пар 100 г эфира, взятого при температуре 15 °С.

  5. Сколько теплоты выделится при конденсации 3 кг ам­миака, взятого при температуре кипения?

  6. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 500 г спирта, взятого при температуре кипения?

  7. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 500 г спирта, взятого при температуре 18 °С?

  8. Определить количество теплоты, необходимое для на­грева 10 кг воды от 25 до 100 °С и последующего выпарива­ния 400 г воды.

  9. Какое количество теплоты выделяется при конденса­ции 2,5 кг водяного пара, имеющего температуру 100 °С?

10. Определить количество теплоты, которое выделяется при конденсации 100 г ртути, взятой при температуре кипе­ния, и дальнейшем ее охлаждении до 17 °С.

  1. Имеется 5 кг меди при температуре плавления. Какое количество теплоты потребуется, чтобы эту медь распла­вить?

  2. Какое количество теплоты необходимо, чтобы превра­тить в пар 200 г эфира, взятого при температуре 35 °С?

  3. Сколько теплоты нужно затратить, чтобы из 2 кг льда, взятого при 0 °С, получить воду при 20 °С?

  4. Какое количество теплоты потребуется, чтобы 0,5 кг спирта, взятого при температуре 28 °С, довести до кипения и испарить?

  5. Какое количество теплоты выделяется при конденса­ции 300 г скипидара, взятого при температуре кипения?

Т 8/8 II группа

  1. На испарение аммиака, взятого при температуре кипе­ния, израсходовано 3,5105Дж теплоты. Определите массу испарившегося аммиака.

  2. Определить количество теплоты, необходимое для об­ращения в пар 1 л воды, взятой при 0 °С.

  3. Сколько выделится теплоты при конденсации 300 г эфира, находящегося при температуре 35 °С, и дальнейшем его охлаждении до 15 °С?

  4. Какое количество теплоты необходимо сообщить 1 л спирта при 8 °С, чтобы нагреть его до кипения и испарить?

  5. 2 кг снега, взятого при 0 °С, превратили в пар. Какое количество теплоты потребовалось для этого?

  6. 110 см3 ртути, взятой при температуре 57 °С, нужно на­греть до кипения и испарить. Какое количество теплоты не­обходимо для этого?

  7. Какое количество теплоты выделится при конденсации 2 кг пара и охлаждении образовавшейся воды до 0 °С?

  8. Сколько расплавится льда, взятого при 0 °С, если ему сообщить такое же количество теплоты, которое выделится при конденсации 4 кг водяного пара, взятого при 100 °С и нормальном давлении?

9. Сколько теплоты Необходимо затратить, чтобы 10 кг спирта при 28 °С нагреть до кипения и 1 кг его обратить в пар?

  1. Сколько воды, взятой при температуре кипения, мож­но обратить в пар, если затратить на это всю теплоту, выде­лившуюся при сгорании 40 г керосина?

  2. 3 кг свинца, взятого при температуре 12 °С, надо на­греть до температуры плавления и из них 1 кг расплавить. Какое количество энергии надо на это затратить?

  3. На испарение 4 кг воды, взятой при температуре кипе­ния, потребовалось некоторое количество керосина. Опреде­лить это количество керосина, если считать, что вся тепло­та, выделившаяся при его сгорании, пошла на испарение воды.

  4. Для испарения 2 кг аммиака, взятого при температуре кипения, было израсходовано 150 г спирта. Найти КПД на­гревателя.

  1. Определить количество теплоты, выделяющееся при конденсации 10 кг водяного пара, взятого при температуре 100 °С, и охлаждении образовавшейся воды до 20 °С.

  2. На керосинке расплавили 5 кг льда при 0 °С. При этом было израсходовано 50 г керосина. Определить КПД керо­синки.

Т 8/9 III группа

  1. Какое количество теплоты необходимо сообщить 1 л спирта, взятому при 0°С, чтобы при перегонке нагреть его до кипения и испарить?

  2. В радиаторе парового отопления сконденсировалось 2,5 кг пара при 100 °С. Вода вышла из радиатора при 80 °С. Сколько теплоты получила комната?

  3. Сколько расплавится льда, взятого при 0 0С, если ему сообщить такое же количество теплоты, которое выделяется при конденсации 4 кг водяного пара при 100 °С и нормаль­ном давлении?

  4. При нагревании куска льда, взятого при 0 °С, сгорело 55 г керосина, причем лед расплавился, вода нагрелась до 100 °С и вся испарилась. Определите массу растаявшего кус­ка льда, считая, что вся теплота, выделившаяся при сгора­нии керосина, пошла на лед.

  5. 2 кг снега, взятого при 0 °С, превратили в пар. Какое количество теплоты потребовалось для этого?

  6. Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар 100 г льда, взятого при температуре -5 °С?

  7. Какое количество воды при температуре 10 °С можно довести до кипения и затем превратить в пар теплотой, вы­деляемой при полном сгорании 3 кг каменного угля?

  8. Какое количество льда, взятого при температуре -12 °С, можно расплавить, полученную при плавлении воду нагреть до 100 °С и обратить в пар, затратив на это количество тепло­ты, выделяемое при сгорании 0,1 кг природного газа?

  9. Сколько воды, взятой при 20 °С, можно вскипятить на керосинке при сжигании в ней 100 г керосина и обратить в пар, если КПД керосинки 70%?

  1. Кофейник емкостью 1,2 л заполнили водой при 15 °С. Какое количество теплоты пошло на нагревание и кипение воды в нем, если учесть, что после снятия с плиты в результа­те испарения кипятка в нем осталось на 50 см3 воды меньше?

  2. В бак с водой при 30 °С впустили 400 г стоградусного пара. После конденсации пара температура установилась 32 °С. Какое количество воды было в баке?

  3. Какое количество природного газа нужно затратить для того, чтобы довести до кипения воду, полученную при плавлении 1 кг льда, взятого при температуре -5 °С? КПД установки 100%.

  4. На сколько граммов уменьшится количество спирта в спиртовой горелке после расплавления 20 г нафталина, по­мещенного в алюминиевый сосуд массой 50 г, начальная тем­пература которых 15 °С? КПД установки 100%?

  5. Чтобы охладить 5 кг воды, взятой при 20 °С, до 8 °С, в нее бросают лед при 0 °С. Какое количество льда потребует­ся для этого охлаждения?

  6. Алюминиевый чайник массой 1,2 кг содержит 2 л воды при 15 °С. При нагревании чайника с водой было израсходо­вано 50% теплоты, полученной при сгорании в примусе 50 г керосина, при этом вода в чайнике закипела и часть ее испа­рилась. Сколько воды испарилось?

Физика 8 Перышкин Контрольная работа 1 с ответами

Физика 8 Перышкин Контрольная работа 1 «Расчет количества теплоты» с ответами (4 варианта). Решения задач из пособия «Физика 8 класс: Дидактические материалы » (авторы: А.Е. Марон, Е.А. Марон). Цитаты из пособия указаны в учебных целях. Ответы адресованы родителям.

Физика 8 класс (УМК Перышкин)
Контрольная работа № 1
Расчет количества теплоты

К-1. Вариант 1 (транскрипт заданий)

  1. Какое количество теплоты требуется для нагревания стальной детали массой 200 г от 35 до 1235 °С?
  2. Сколько энергии выделилось при охлаждении куска меди массой 0,6 кг от 272 до 22 °С?
  3. Какое количество теплоты выделится при сжигании 3,5 кг торфа?
  4. Для нагревания 400 г свинца от 25 до 45 °С требуется количество теплоты 1120 Дж. Определите удельную теплоемкость свинца.
  5. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы в алюминиевом чайнике массой 700 г вскипятить 2 кг воды? Начальная температура воды 20 °С.
  6. На сколько градусов нагреется 4 кг воды при сжигании 30 г каменного угля, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании угля, пойдет на нагревание воды?
  7. В воду с температурой 20 °С влили ртуть, масса которой равна массе воды. Определите начальную температуру ртути, если установившаяся температура стала 21 °С.
  8. Сколько граммов древесного угля надо сжечь в самоваре, емкость которого 5 л, чтобы нагреть в нем воду от 20 до 100 °С? Учесть, что только 25% выделяемой энергии расходуется на нагревание.
  9. Чтобы охладить до 60 °С 2 л воды, взятой при температуре 80 °С, в нее добавляют холодную воду, температура которой 10 °С. Сколько литров холодной воды требуется добавить?

К-1. Вариант 2 (транскрипт заданий)

  1. Какое количество теплоты требуется для нагревания кирпича массой 4 кг от 15 до 30 °С?
  2. Какое количество теплоты отдал окружающей среде кипяток массой 3 кг при остывании до 50 °С?
  3. Сколько энергии выделится при полном сгорании 4 т каменного угля?
  4. Воду какой массы можно нагреть от 0 до 60 °С, сообщив ей количество теплоты 500 кДж?
  5. Определите, какое количество теплоты потребуется для нагревания смеси из 300 г воды и 50 г спирта от 20 до 70 °С.
  6. Сколько граммов спирта потребуется, чтобы нагреть до кипения 3 кг воды, взятой при температуре 20 °С? Потерями тепла пренебречь.
  7. В воду массой 5 кг, взятую при температуре 7 °С, погрузили кусок железа, нагретый до 540 °С. Определите массу железа, если температура смеси стала равной 40 °С.
  8. В резервуаре нагревателя находится 800 г керосина. Сколько литров воды можно нагреть этим количеством керосина от 10 до 100 °С, если на нагревание расходуется 40% выделяемой энергии?
  9. Металлический цилиндр массой 200 г нагрели в кипящей воде до 100 °С и затем опустили в воду массой 400 г, имеющую температуру 22 °С. Через некоторое время температура воды и цилиндра стала равной 25 °С. Какова удельная теплоемкость металла, из которого сделан цилиндр?

К-1. Вариант 3 (транскрипт заданий)

  1. При обработке алюминиевой детали на станке температура ее повысилась от 20 до 420 °С. На сколько при этом изменилась внутренняя энергия детали, если ее масса 500 г?
  2. Какое количество теплоты выделится при охлаждении на 80 °С свинцовой детали массой 400 г?
  3. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 20 г водорода?
  4. На сколько градусов охладится 40 г льда, если он при этом отдает количество теплоты 500 Дж?
  5. Алюминиевая кастрюля массой 250 г вмещает 2 кг молока. Какое количество теплоты требуется для нагревания в этой кастрюле молока от 15 до 100 °С?
  6. Рассчитайте массу керосина, который потребуется сжечь для того, чтобы нагреть 10 кг воды от 10 до 80 °С, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании керосина, пойдет на нагрев воды.
  7. Определите, какая часть энергии (в %) расходуется на нагревание воды спиртовкой, если для нагревания 100 г воды от 20 до 90 °С сожгли 5 г спирта.
  8. Для ванны необходимо приготовить воду с температурой 36 °С. Из горячего крана смесителя идет вода при температуре 80 °С, а из холодного — при 8 °С. Сколько надо взять горячей воды, чтобы приготовить ванну, если для этого потребуется 196 кг холодной воды?
  9. Как изменится температура воды массой 880 г, если ей сообщить такое же количество теплоты, какое идет на нагревание алюминиевого цилиндра массой 2 кг на 200 °С?

К-1. Вариант 4 (транскрипт заданий)

  1. Какое количество теплоты выделяется при остывании 3 т чугуна на 100 °С?
  2. Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 10 до 40 °С латунной гири массой 100 г?
  3. Определите количество теплоты, выделяющееся при сжигании 50 кг дров.
  4. Сколько граммов стали можно нагреть на 20 °С, сообщив ей количество теплоты 1500 Дж?
  5. В железный душевой бак, масса которого 60 кг, налили холодной колодезной воды массой 100 кг. Под действием солнечного излучения температура воды повысилась от 4 до 30 °С. Какое количество теплоты получили бак и вода?
  6. Воду какой массы можно нагреть от 30 °С до кипения, израсходовав 2 кг дров? Потерями тепла пренебречь.
  7. Сколько граммов керосина нужно сжечь, чтобы довести до кипения 4 л воды, если начальная температура воды 20 °С и 25% энергии затрачено непроизводительно?
  8. В стеклянный стакан массой 120 г, имеющий температуру 15 °С, налили 200 г воды, температура которой 100 °С. При какой температуре установится тепловое равновесие? Обменом энергии с окружающей средой пренебречь.
  9. В сосуде смешали воду с температурой 20 °С и воду с температурой 100 °С. Через некоторое время в сосуде установилась температура 40 °С. Рассчитайте отношение масс холодной и горячей воды.

 

ОТВЕТЫ на контрольную работу № 1:

В-1 В-2 В-3 В-4
1. 120 кДж
2. 60 кДж
3. 49 МДж
1. 52,8 Дж
2. 630 кДж
3.108 000 МДж
1. 184 кДж
2. 4480 Дж
3. 2,4 МДж
1. 162 МДж
2. 1200 Дж
3. 500 МДж
4. 140 Дж / кг • °С
5. 723,5 кДж
6. ≈ 48 °С
4. ≈ 2 кг
5. 69 250 Дж
6. ≈ 37 г
4. ≈ 6 °С
5. 682 550 Дж
6. ≈ 64 г
4. 150 г
5. 11637,6 кДж
6. ≈ 68 кг
7. ≈ 53,3 °С
8. ≈ 200 г
9. 0,8 л
7. ≈ 3 кг
8. ≈ 39 л
9. 336 Дж / кг • °С
7. ≈ 22%
8. 125 кг
9. 100 °С
7. ≈ 39 г
8. ≈ 91 °С
9. 3 : 1

Физика 8 Перышкин Контрольная работа 1

 

Вернуться к Списку контрольных работ по физике в 8 классе


Вы смотрели: Физика 8 Перышкин Контрольная работа 1 «Расчет количества теплоты» с ответами. Решения задач из пособия «Физика 8 класс: Дидактические материалы » (авторы: А.Е. Марон, Е.А. Марон). Цитаты из пособия указаны в учебных целях.

ФИЗИКА: Задачи на количество теплоты — Ответы и решения

Задачи на количество теплоты с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на количество теплоты,
удельную теплоемкость».

Название величины
Обозначение
Единица измерения
Формула
Масса
m
кг
Температура
t
°С
Удельная теплоемкость
c
Дж/кг•°С
Количество теплоты
Q
Дж

1 г = 0,001 кг;     1 т = 1000 кг;    1 кДж = 1000 Дж;    1 МДж = 1000000 Дж




ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ


Задача № 1.  В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?

При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.

Задача № 2.  Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

Задача № 3.  Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?


Задача № 4.  В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь


Задача № 5.  На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?


Задача № 6.  По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.


Задача № 7.  Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?


Задача № 8.  Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?


Задача № 9.  Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?


Задача № 10.  Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?


Задача № 11.  а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух? 
б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)


Задача № 12.   ОГЭ  Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой mв = 300 г, а температура tв = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равной Θ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды св = 4200 Дж/(кг К).

Задача № 13.  В теплоизолированном сосуде сначала смешивают три порции воды 100 г, 200 г и 300 г с начальными температурами 20 °C, 70 °C и 50 °C соответственно. После установления теплового равновесия в сосуд добавляют новую порцию воды массой 400 г при температуре 20 °C. Определите конечную температуру в сосуде. Ответ дайте в °C, округлив до целого числа. Теплоёмкостью калориметра пренебрегите.

Решение.

Ответ: 39 °С.

Задача № 14. (повышенной сложности)  Стальной шарик радиусом 5 см, нагретый до температуры 500 ˚С, положили на лед, температура которого 0 ˚С. На какую глубину погрузится шарик в лед? (Считать, что шарик погрузился в лед полностью. Теплопроводностью шарика и нагреванием воды пренебречь.)

Дано: R = 0,05 м;   t1 = 500 ˚С;   t2 = 0 ˚С;
ρ1 (плотность стали) = 7800 кг/м3. ;
ρ2 (плотность льда) = 900 кг/м3.
c (удельная теплоемкость стали) = 460 Дж/кг •˚С,
λ (удельная теплота плавления льда) = 3,3 • 105 Дж/кг,

Найти: h – ?


Краткая теория для решения Задачи на количество теплоты.


Конспект урока «Задачи на количество теплоты».

Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»

Следующая тема: «ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями».

 

Контрольная работа №2 по теме «Тепловые явления»

Контрольная работа №2 «Тепловые явления» (испарение-конденсация, сгорание топлива, КПД) ВАРИАНТ №1.

1.Чем объяснить появление зимой инея на оконных стеклах? С какой стороны он появляется?

2.Какая энергия выделяется при полном сгорании 50 кг природного газа? Удельная теплота сгорания газа 44000000 Дж/кг.

3.Какое количество теплоты выделится при конденсации 30 г паров ртути? Пар находится при температуре кипения. Удельная теплота парообразования ртути 300кДж/кг.

4. Количество теплоты, полученное от нагревателя, в тепловой машине равно 680 кДж, а отданное холодильнику 320 кДж. Найти КПД этой машины.

Контрольная работа №2 «Тепловые явления» (испарение-конденсация, сгорание топлива, КПД) ВАРИАНТ №2

1.Почему запотевают фрукты, вынутые из холодильника?

2.Удельная теплота сгорания торфа 14000000 Дж/кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании торфа массой 0,4 т

3.Какая энергия выделится при конденсации 800 г паров спирта? Удельная теплота парообразования спирта 900 кДж/кг. Спирт находится при температуре кипения.

4. Температура нагревателя 123 С, а холодильника -27 С. Найти КПД этой машины.

Контрольная работа №2 «Тепловые явления» (испарение-конденсация, сгорание топлива, КПД) ВАРИАНТ №3

1. Почему двигатели внутреннего сгорания не используются в подводной лодке при подводном плавании?

2.Какая энергия выделится при полном сгорании 0,2 т древесного угля? Удельная теплота сгорания угля 34000000 Дж/кг.

3.Вещество массой 30 г испарили при температуре кипения, затратив при этом 12 кДж энергии. Найдите удельную теплоту парообразования вещества.

4. Количество теплоты, идущее от нагревателя 550 кДж, а выполненная работа -275 кДж. Найти КПД тепловой машины.

Контрольная работа №2 «Тепловые явления» (испарение-конденсация, сгорание топлива, КПД) ВАРИАНТ №4

1.Отражается ли неполное сгорание топлива в двигателе внутреннего сгорания на его КПД; на окружающей среде?

2.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 500 г спирта, если удельная теплота сгорания спирта 27000000 Дж/кг?

3. Эфир превращают в пар при температуре кипения. Какое количество теплоты необходимо для превращения 20 г эфира в пар? Удельная теплота парообразования эфира 0,4 МДж/кг.

4. Температура нагревателя 800К, а холодильника-350К. Найти КПД.

  • Какое количество теплоты необходимо для нагревания никеля массой 200 г от 20оС до 100оС? Удельная теплоемкость никеля 460 Дж/(кг·оС).

  • В радиатор водяного отопления поступило 50 кг воды при температуре 90оС. Из радиатора вода вышла при температуре 70оС. Какое количество теплоты получила комната? Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг·оС).

  • Какое количество теплоты отдаст стальная деталь массой 200 кг, при остывании от 370оС до 20оС? Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг·оС).

  • Масса воздуха в комнате 60 кг. Он нагревается от 4оС до 19оС. Какое количество теплоты пошло на нагревание воздуха? Удельная теплоемкость воздуха 1000 Дж/(кг·оС).

  • Какое количество теплоты необходимо для нагревания латунной пластины массой 250 г от 20оС до 320оС? Удельная теплоемкость латуни 400 Дж/(кг·оС).

  • Кирпичная печь массой 1,4 т остывает от 215оС до 15оС. Определите количество теплоты, которое получает комната. Удельная теплоемкость кирпича 880 Дж/(кг·оС) .

  • Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 500 г спирта, если удельная теплота сгорания спирта 27000000 Дж/кг?

  • Удельная теплота сгорания бурого угля 17000000 Дж/кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании угля массой 20 кг?

  • Какая энергия выделяется при полном сгорании 50 кг природного газа? Удельная теплота сгорания газа 44000000 Дж/кг.

  • Какая энергия выделится при полном сгорании 0,2 т древесного угля? Удельная теплота сгорания угля 34000000 Дж/кг.

  • Удельная теплота сгорания торфа 14000000 Дж/кг. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании торфа массой 0,4 т?

  • Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 25 кг дров, если удельная теплота сгорания дров 13000000 Дж/кг?

  • Какое количество теплоты потребуется для плавления 5 т цинка, взятого при температуре плавления, удельная теплота плавления цинка 112000 Дж/кг?

  • Сколько энергии выделится при отвердевании олова массой 2,5 г? Удельная теплота плавления олова 59000 Дж/кг.

  • Найти количество теплоты необходимое для плавления 0,4 т меди, взятой при температуре плавления. Удельная теплота плавления меди 210 кДж/кг.

  • Сколько энергии выделится при отвердевании свинца массой 50 г? Удельная теплота плавления свинца 25000 Дж/кг.

  • Какое количество теплоты необходимо для плавления 120 г золота, взятого при температуре плавления, удельная теплота плавления золота 67 кДж/кг?

  • Сколько энергии потребуется для плавления льда массой 0,4 т, взятого при температуре плавления? Удельная теплота плавления льда 340000 Дж/кг.

  • Какое количество теплоты выделится при конденсации 30 г паров ртути? Пар находится при температуре кипения. Удельная теплота парообразования ртути 300кДж/кг.

  • Какое количество теплоты необходимо для обращения в пар воды массой 0,2 кг, если вода нагрета до температуры кипения? Удельная теплота парообразования воды 2,3МДж/кг.

  • Какая энергия выделится при конденсации 20 г паров серебра? Удельная теплота парообразования серебра 2,2 МДж/кг. Пар находится при температуре кипения.

  • Эфир превращают в пар при температуре кипения. Какое количество теплоты необходимо для превращения 20 г эфира в пар? Удельная теплота парообразования эфира 0,4 МДж/кг.

  • Какую энергию необходимо затратить, чтобы 0,4 т скипидара взятого при температуре кипения превратить в пар? Удельная теплота парообразования скипидара 300 кДж/кг.

  • Какая энергия выделится при конденсации 800 г паров спирта? Удельная теплота парообразования спирта 900 кДж/кг. Спирт находится при температуре кипения.

  • При нагревании металлического бруска массой 250 г от 15оС до 115оС было затрачено 9500 Дж теплоты. Определите вещество, из которого изготовлен брусок.

  • Какую массу песка можно нагреть от 18оС до 78оС, если сообщить ему 264 МДж теплоты?

  • Найдите удельную теплоемкость металла, если на нагревание цилиндра массой 500 г сделанного из этого металла, от 20оС до 100оС потребовалось 18,4 кДж теплоты.

  • На сколько градусов нагреется стекло массой 500 г, если ему сообщено количество теплоты, равное 8,4 кДж?

  • Какую массу воды можно нагреть от 20оС до кипения, если затратить 672 МДж теплоты?

  • При охлаждении чугунного утюга до 20оС выделилось 77760 Дж теплоты. До какой температуры был нагрет утюг, если его масса 1,8 кг?

  • При сжигании 2 т жидкого топлива выделилось 88 ГДж теплоты. Какое это вещество?

  • Найдите массу бурого угля необходимого для получения 510 МДж энергии.

  • При сжигании мазута выделилось 840 кДж энергии. Определите массу сгоревшего топлива.

  • При полном сгорании 1,5 т вещества выделилось 21 ГДж теплоты. Определите удельную теплоту сгорания этого вещества.

  • Какую массу природного газа необходимо сжечь, чтобы получить 35,2 МДж теплоты?

  • Какое топливо сожгли, если при полном сжигании 150 г его выделилось 570 кДж энергии?

  • Какая масса белого чугуна кристаллизировалась, если при кристаллизации выделилось 70 МДж энергии?

  • Вещество расплавили при температуре плавления. Какая масса меди была расплавлена, если было затрачено 315 МДж теплоты?

  • Из какого вещества изготовлено тело массой 40 г, если при его кристаллизации выделилось 6 кДж теплоты?

  • Для плавления тела массой 200 г, взятого при температуре плавления, было затрачено 54 кДж теплоты. Из какого вещества оно изготовлено?

  • Воду превратили в пар, затратив при этом 2760 МДж теплоты. Какую массу воды испарили, если вода нагрета до температуры кипения?

  • При конденсации 50 г паров жидкости выделилось 45 кДж теплоты. Какая жидкость сконденсировалась, если она находилась при температуре кипения?

  • Вещество массой 30 г испарили при температуре кипения, затратив при этом 12 кДж энергии. Найдите удельную теплоту парообразования вещества.

  • При конденсации паров ртути выделилось 240 кДж теплоты. Найдите массу ртути, если она находится при температуре кипения.

  • 100 г вещества испарили при температуре кипения, затратив при этом 230 кДж энергии. Какое это вещество?

  • Какое количество теплоты потребуется для нагревания стальной кастрюли массой 500 г и воды массой 2 кг от 20оС до температуры кипения воды?

  • Какое количество теплоты необходимо на нагревание воздуха от 15оС до 20оС в комнате, длина которой 5 м, ширина 4 м, высота 2,8 м?

  • В стальном баке, масса которого 120 кг нагревают воду массой 2 т на 80оС. Какое количество теплоты потребуется для этого?

  • Подсолнечное масло нагревают в баке, длина которого 1,5 м, ширина 1 м, глубина керосина 40 см, от 15оС до 85оС. Какое количество теплоты потребуется для этого?

  • Какое количество теплоты теряет песок в сосуде площадью 250 см2 и высотой 10 см при уменьшении температуры на 20оС?

  • Воду нагревают на 50оС. Какое количество теплоты необходимо для этого, если вода находится в стальном сосуде, масса которого 250 кг? Размер сосуда 3´2´1 м.

  • Сколько килограммов дров надо сжечь, чтобы получить такое же количество теплоты, как при сжигании 2 кг каменного угля?

  • Какую массу торфа надо сжечь, чтобы получить такое же количество теплоты, как при сжигании 5 кг керосина?

  • Какую массу алюминия можно нагреть от 15оС до 75оС, если сжечь 250 г мазута?

  • Бензин находится в сосуде размером 75´50´40 см. Какая энергия выделится при полном сгорании бензина?

  • Какую массу каменного угля надо сжечь, чтобы нагреть 0,3 т кирпича от 5оС до 95оС? На нагревание кирпича идет 70% энергии топлива.

  • Керосин налили в канистру: площадь дна – 0,01 м2, высота – 40 см. Какое количество энергии выделится при полном сгорании керосина?

  • Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 2,5 м3 нефти?

  • На сколько градусов можно нагреть 600 м3 воздуха при сжигании 500 г водорода, если 60% теплоты пойдет на нагревание воздуха?

  • На сколько градусов можно нагреть воду в стальном баке размером 2´1´0,5м при сжигании керосина массой 7,4 кг? Масса стального бака 60 кг. Считать, что на нагревание идет 50% энергии, выделившейся при сгорании топлива.

  • Сколько теплоты выделится при отвердевании и охлаждении алюминия массой 1,5 т от температуры плавления до 200С?

  • Какое количество теплоты потребуется для плавления тела массой 150 г, изготовленного из платины? Начальная температура тела 22оС.

  • Сколько энергии выделится при отвердевании и охлаждении от температуры плавления до 27оС 200 г свинца?

  • Сколько энергии необходимо затратить для плавления цинка массой 0,25 т, если начальная температура цинка равна 20оС?

  • Сколько теплоты потребуется для плавления олова массой 2 г, если начальная температура олова равна 22оС?

  • Какое количество теплоты выделится при отвердевании и охлаждении от температуры плавления до 22оС серебра массой 50 г?

  • Сколько энергии выделяется при кристаллизации и охлаждении чугуна объемом 3 м3 до температуры 20оС?

  • Сколько энергии потребуется для плавления медной пластины размером 20´10´5 см, взятой при температуре 25оС?

  • Сколько энергии выделилось при конденсации водяного пара массой 1,2 т при температуре 100оС и охлаждении образовавшейся воды до 20оС?

  • Какое количество теплоты необходимо для нагревания эфира массой 50 г от 15оС до кипения и последующего обращения его в пар?

  • Сколько энергии выделилось при конденсации паров спирта массой 0,2 т при температуре кипения и охлаждении образовавшейся жидкости до 18оС?

  • Сколько энергии необходимо, чтобы воду массой 20 г превратить в пар, если вода находилась при температуре 20оС?

  • Сколько энергии выделилось при конденсации паров ртути массой 0,4 т при температуре кипения и охлаждении образовавшейся жидкости до 17оС?

  • Определите абсолютную влажность воздуха в комнате объемом 15 м3,если в нем содержится 0,12 кг водяного пара.

  • Давление насыщенного пара при температуре 15°С равно 1,71 кПа. Если относительная влажность воздуха равна 60%, то каково парциальное давление пара при этой температуре?

  • Влажный термометр психрометра показывает температуру 10°С, а сухой – 14°С. Какова относительная влажность воздуха?

  • Влажный термометр психрометра показывает температуру 16°С, а сухой – 19°С. Какова относительная влажность воздуха?

  • В тепловой машине за счет каждого килоджоуля энергии, получаемой от нагревателя, совершается работа 300 Дж. Определите КПД машины.

  • Количество теплоты, получаемое машиной от нагревателя, равно 60 кДж. Вычислите КПД машины, если количество теплоты, отдаваемое холодильнику – 30 кДж.

  • Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу 2,3·107 Дж и при этом израсходовал бензин массой 2 кг. Вычислите КПД этого двигателя.

  • Графики изменения
    агрегатного состояния вещества

    Количество теплоты. Удельная теплоёмкость – FIZI4KA

    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. \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. \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

    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. \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) \( c_1<c_2 \)
    4) ответ зависит от значения массы тел

    5. На диаграмме представлены значения количества теплоты, переданного двум телам равной массы при изменении их температуры на одно и то же число градусов. Какое соотношение для удельных теплоёмкостей веществ, из которых изготовлены тела, является верным?

    1) \( c_1=c_2 \)
    2) \( c_1=3c_2 \)
    3) \( c_2=3c_1 \)
    4) \( c_2=2c_1 \)

    6. На рисунке представлен график зависимости температуры твёрдого тела от отданного им количества теплоты. Масса тела 4 кг. Чему равна удельная теплоёмкость вещества этого тела?

    1) 500 Дж/(кг · °С)
    2) 250 Дж/(кг · °С)
    3) 125 Дж/(кг · °С)
    4) 100 Дж/(кг · °С)

    7. При нагревании кристаллического вещества массой 100 г измеряли температуру вещества и количество теплоты, сообщённое веществу. Данные измерений представили в виде таблицы. Считая, что потерями энергии можно пренебречь, определите удельную теплоёмкость вещества в твёрдом состоянии.

    1) 192 Дж/(кг · °С)
    2) 240 Дж/(кг · °С)
    3) 576 Дж/(кг · °С)
    4) 480 Дж/(кг · °С)

    8. Чтобы нагреть 192 г молибдена на 1 К, нужно передать ему количество теплоты 48 Дж. Чему равна удельная теплоёмкость этого вещества?

    1) 250 Дж/(кг · К)
    2) 24 Дж/(кг · К)
    3) 4·10-3 Дж/(кг · К)
    4) 0,92 Дж/(кг · К)

    9. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 100 г свинца от 27 до 47 °С?

    1) 390 Дж
    2) 26 кДж
    3) 260 Дж
    4) 390 кДж

    10. На нагревание кирпича от 20 до 85 °С затрачено такое же количество теплоты, как для нагревания воды такой же массы на 13 °С. Удельная теплоёмкость кирпича равна

    1) 840 Дж/(кг · К)
    2) 21000 Дж/(кг · К)
    3) 2100 Дж/(кг · К)
    4) 1680 Дж/(кг · К)

    11. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

    1) Количество теплоты, которое тело получает при повышении его температуры на некоторое число градусов, равно количеству теплоты, которое это тело отдаёт при понижении его температуры на такое же число градусов.
    2) При охлаждении вещества его внутренняя энергия увеличивается.
    3) Количество теплоты, которое вещество получает при нагревании, идёт главным образом на увеличение кинетической энергии его молекул.
    4) Количество теплоты, которое вещество получает при нагревании, идёт главным образом на увеличение потенциальной энергии взаимодействия его молекул
    5) Внутреннюю энергию тела можно изменить, только сообщив ему некоторое количество теплоты

    12. В таблице представлены результаты измерений массы ​\( m \)​, изменения температуры ​\( \Delta t \)​ и количества теплоты ​\( Q \)​, выделяющегося при охлаждении цилиндров, изготовленных из меди или алюминия.

    Какие утверждения соответствуют результатам проведённого эксперимента? Из предложенного перечня выберите два правильных. Укажите их номера. На основании проведенных измерений можно утверждать, что количество теплоты, выделяющееся при охлаждении,

    1) зависит от вещества, из которого изготовлен цилиндр.
    2) не зависит от вещества, из которого изготовлен цилиндр.
    3) увеличивается при увеличении массы цилиндра.
    4) увеличивается при увеличении разности температур.
    5) удельная теплоёмкость алюминия в 4 раза больше, чем удельная теплоёмкость олова.

    Часть 2

    C1.Твёрдое тело массой 2 кг помещают в печь мощностью 2 кВт и начинают нагревать. На рисунке изображена зависимость температуры ​\( t \)​ этого тела от времени нагревания ​\( \tau \)​. Чему равна удельная теплоёмкость вещества?

    1) 400 Дж/(кг · °С)
    2) 200 Дж/(кг · °С)
    3) 40 Дж/(кг · °С)
    4) 20 Дж/(кг · °С)

    Ответы

    Количество теплоты. Удельная теплоёмкость

    3.1 (62%) 20 votes

    Расчет количества теплоты — Разноуровневые задания

    Задания уровня “А”

    1. Какое количество теплоты требуется для нагревания медной детали массой 200 г от температуры 15 °С до температуры 1015 °С?

    2. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания стального резца массой 400 г, если при закалке его нагрели от температуры 20 °С до температуры 1320 °С.

    3. В алюминиевом чайнике массой 300 г нагревается 1,5 кг воды от температуры 20 °С до температуры 100 °С. Какое количество теплоты затрачено на нагревание воды? Чайника?

    4. Определите, какое количество теплоты выделяет чугунный утюг массой 3 кг при охлаждении от температуры 70 °С до температуры 20 °С.

    5. Какое количество теплоты выделяется при охлаждении кирпича массой 4 кг от температуры 30 °С до температуры 15 °С?

    6. Определите, какое количество теплоты выделится при охлаждении 1,5 кг льда от 0 °С до температуры -5 °С.

    7. Для нагревания бетонной плиты массой 250 кг от температуры 20 °С до температуры 40 °С потребовалось 4,4 ∙ 106 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость бетона?

    8. При обработке алюминиевой детали на станке ее температура повысилась от температуры 20 °С до температуры 420 °С. Какое количество теплоты для этого потребовалось, если масса детали 500 г?

    9. На сколько градусов охладится 2 кг горячей воды, отдав в окружающее пространство 504 кДж теплоты?

    10. Какое количество теплоты теряет вода в пруду площадью 350 м2 и глубиной 1,5 м при охлаждении на 5 °С?

    11. Какова масса свинцовой детали, если для ее нагревания на 20 °С было затрачено 2800 Дж теплоты?

    12. Чему равна удельная теплоемкость серебра, если для нагревания 20 г серебра на 85 °С потребовалось 425 Дж?

    13. Определите массу стального молотка, если при его охлаждении от температуры 52 °С до температуры 20 °С, выделилось 300 кДж теплоты.

    14. Для нагревания алюминиевой детали массой 100 г на 40 °С требуется 3680 Дж теплоты. Определите удельную теплоемкость алюминия.

    15. Какое количество теплоты потребуется для нагрева 50 г льда на 5 °С?

    16. Определите, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 6 кг торфа.

    17. Рассчитайте, какое количество бензина необходимо сжечь для того, чтобы выделилось 230 кДж теплоты?

    18. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 2,5 т каменного угля?

    19. Чему равно количество теплоты, которое выделится при полном сгорании 100 г спирта?

    20. Определите удельную теплоту сгорания керосина, если полном сгорании 50 г керосина выделяется 2,3 ∙ 106 Дж теплоты.

    21. Определите, во сколько раз выделится большее количество теплоты при сгорании 5 кг бензина, чем при сгорании 5 кг торфа?

    22. Какое количество воды можно нагреть на 50 °С теплотой, полученной при полном сгорании 10 г спирта?

    23. Рассчитайте, массу дров, которые при полном сгорании выделяют такое же количество теплоты, как и 2 кг керосина.

    24. При полном сгорании 5 кг топлива выделилось 6 ∙ 108 Дж теплоты. Определите удельную теплоту сгорания топлива? Что это за топливо?

    25. Определите удельную теплоту сгорания авиационного керосина, если при полном сгорании 50 г этого топлива выделяется 3400 кДж теплоты?

    Задания уровня “В”

    1. Температура свинцовой детали массой 400 г равна 235 °С. Какое количество теплоты она передает окружающим телам, охлаждаясь до температуры 25 °С?

    2. На сколько градусов остынет в питьевом баке емкостью 10 л кипяток, если он отдаст в окружающее пространство 2 МДж теплоты?

    3. Рассчитайте массу железной детали, если для ее нагревание от температуры 20 °С до температуры 200 °С потребовалось 20,7 кДж теплоты?

    4. Нагреется ли 2,5 л воды от температуры 20 °С до 100 °С, если ее внутренняя энергия увеличилась на 500 кДж?

    5. При обработке холодом стальную деталь массой 540 г при температуре 20 °С поместили в холодильник, температура которого равна 80 °С. Какое количество теплоты выделилось при охлаждении детали?

    6. Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 18 °С воздуха в комнате, размеры которой 4м*5м х 2,5 м? Сколько воды можно нагреть этой же теплотой на такое же число градусов?

    7. Определите, какое количество теплоты необходимо для нагревания 50 г растительного масла от температуры 15 °С до 115 °С, налитого в чугунную сковородку массой 1,25 кг.

    8. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 1,6 л воды в алюминиевом чайнике массой 750 г от температуры 20 °С до 80 °С?

    9. Рассчитайте первоначальную температуру куска меди массой 1,2 кг, если при его охлаждении до температуры 20 °С выделилось 115 кДж теплоты.

    10. Определите количество теплоты, которое потребуется для нагревания 15 л воды в железном котле массой 4,5 кг от температуры 15 °С до температуры 100 °С.

    11. На нагревание кирпича массой 4 кг на 63 °С затрачено такое же количество теплоты, как и на нагревание той же массы воды на 13,2 °С. Какова удельная теплоемкость кирпича?

    12. На сколько градусов нагреется медный брусок массой 2 кг, если он получит всю внутреннюю энергию, выделившуюся при остывании 200 г воды от температуры 100 °С до температуры 20 °С?

    13. Алюминиевый бидон массой 10 кг вмещает 30 л молока. Какое количество теплоты потребуется для нагревания молока в бидоне от 0 °С до температуры 70 °С (пастеризация)?

    14. Рассчитайте количество теплоты, которое потребуется для нагревания смеси, состоящей из 500 г воды и 100 г спирта от температуры 20 °С до температуры 60 °С.

    15. Какое количество теплоты потребуется для нагревания 2,3 кг воды в медной кастрюле массой 1,6 кг от температуры 10 °С до температуры 100 °С?

    16. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 300 г спирта? Сколько воды можно нагреть на 60 °С этим теплом?

    17. Определите количество теплоты, которое выделится при полном сгорании топлива, полученного при смешивании бензина массой 2 кг и керосина массой 3 кг.

    18. Каким количеством природного газа можно заменить 2 г водорода, чтобы получить такое же количество теплоты, что и при сжигании водорода?

    19. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 т каменного угля. Каким количеством торфа можно заменить этот уголь?

    20. Сколько бензина нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при полном сгорании 4 кг каменного угля?

    21. На сколько градусов нагреется 5 кг воды при сжигании 25 г каменного угля, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании угля, пойдет на нагрев воды?

    22. Какова масса дров, которая потребуется для нагрева 20 л воды от температуры 30 °С до температуры 100 °С? Потерями тепла пренебречь.

    23. Определите, какое количество воды можно нагреть на 40 °С теплом, выделившимся при полном сгорании 10 г керосина, если не учитывать потерь тепла.

    24. Какое количество каменного угля необходимо сжечь, чтобы получить такое же количество теплоты, как и при сгорании 3 л керосина?

    25. Какое количество спирта потребуется, для того, чтобы нагреть 3 кг воды, взятой при температуре 20 °С до 100 °С. Считать, что вся энергия, полученная при сгорании спирта, пойдет на нагрев воды.

    Задания уровня “С”

    1. В алюминиевой кастрюле, масса которой 750 г, нагрели 3 л воды от температуры 15 °С до температуры 100 °С. Какое количество теплоты получила кастрюля и вода?

    2. Какова начальная температура 800 г льда, если для повышения его температуры до 0 °С потребовалось увеличить его внутреннюю энергию на 33,6 кДж?

    3. В сосуде смешали воду при температуре 10 °С и воду при температуре 90 °С. Через некоторое время в сосуде установилась температура 40 °С. Рассчитайте отношение массы холодной воды к массе горячей воды.

    4. В железный душевой бак, масса которого 60 кг, налили холодной колодезной воды массой 100 л. В результате нагревания солнечным излучением температура воды повысилась от температуры 5 °С до температуры 35 °С. Какое количество теплоты получили бак и вода?

    5. Какое количество теплоты требуется для нагревания 2 л молока в алюминиевой кастрюле массой 250 г от температуры 20 °С до температуры 100 °С?

    6. Какое количество холодной воды, имеющей температуру 10 °С, требуется добавить для охлаждения 2,5 л воды, взятой при температуре 90 °С, до температуры 50 °С?

    7. В воду массой 2 кг, взятую при температуре 10 °С, погрузили железо, нагретое до температуры 540 °С. Определите массу железа, если установившаяся температура стала равной 40 °С.

    8. Смешали 25 л воды при 30 °С и 5 л воды при температуре 80 °С. Определите температуру образовавшейся смеси.

    9. В воду с температурой 20 °С влили ртуть, масса которой равна массе воды. Определите начальную температуру ртути, если установившаяся температура равна 21 °С.

    10. На сколько градусов нагреется 300 г воды, если она получит всю энергию, выделившуюся при остывании 2,5 кг меди от температуры 140 °С до температуры 40 °С?

    11. В стеклянный стакан массой 100 г, имеющий температуру 12 °С налили 150 г воды при температуре 100 °С. При какой температуре установится тепловое равновесие?

    12. Стальное сверло массой 90 г, нагретое при закалке до температуры 840 °С, опущено в сосуд, содержащий машинное масло при температуре 20 °С. Какое количество масла следует взять, чтобы его конечная температура не превысила 70 °С?

    13. В сосуд, содержащий 2,35 кг воды при температуре 20 °С, опускают кусок олова, нагретого до температуры 230 °С. Температура воды в сосуде при этом повысилась на 15 °С. Рассчитайте массу олова.

    14. Для определения удельной теплоемкости железа в 200 г воды при температуре 18 °С опустили железную гирю массой 100 г при температуре 98 °С. Температура воды установилась равной 22 °С. Какова удельная теплоемкость железа по данным опыта?

    15. Как изменится температура воды массой 900 г, если ей сообщить такое же количество теплоты, какое идет на нагревание алюминиевого цилиндра массой 3 кг на 100 °С?

    16. На сколько градусов нагреются 80 л воды за счет количества теплоты, полученного от сжигания 1,5 кг сухих дров?

    17. Рассчитайте количество керосина, которое потребуется сжечь для того, чтобы нагреть 8 кг воды от 10 до 100 °С, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании керосина, пойдет на нагрев воды.

    18. В чайнике на газовой плите находилось 3 л воды при температуре 20 °С. Определите, сколько природного газа сгорает за 1 с, если в этом чайнике за 15 мин вскипятили воду. Потерями тепла пренебречь.

    19. На сколько изменится температура воды массой 50 кг, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании 500 г древесного угля, пойдет на нагревание воды?

    20. Сколько нужно сжечь керосина, чтобы довести до кипения 4 л воды, если начальная температура воды 20 °С а потери энергии составили 25%?

    21. Определите КПД спиртовки, если для нагревания 100 г воды от температуры 20 °С до температуры 90 °С сожгли 5 г спирта.

    22. На сколько изменится температура воды, масса которой 22 кг, если ей передать 30% энергии, выделившейся при полном сгорании 2 кг сухих дров?

    23. Какое количество древесного угля надо сжечь в самоваре, емкость которого равна 5 л, а КПД составляет 25%, чтобы нагреть в нем воду от температуру 20 °С до температуры 100 °С?

    24. В резервуаре нагревателя находится 800 г керосина. Сколько литров воды можно нагреть этим количеством керосина от температуры 20 °С до температуры 100 °С, если КПД нагревателя равен 40%?

    25. Чему равен КПД самовара, если для нагревания в нем 3 л воды от температуры 10 °С до температуры 100 °С требуется сжечь 75 г каменного угля?

    @ «C» # и так далее, пока не достигнете # m # граммов воды.

    И вот оно. Таким образом, уравнение, описывающее все это, будет

    .

    # цвет (синий) (q = m * c * DeltaT) «» #, где

    # q # — поглощенное тепло
    # m # — масса образца
    # c # — удельная теплоемкость вещества
    # DeltaT # — изменение температуры, определяемое как конечная температура минус начальная температура

    В вашем случае у вас будет

    # q = 100. 3color (красный) (cancel (color (черный) («J»)))) = color (зеленый) («10,5 кДж») #

    энергия — удельная теплоемкость

    энергия — удельная теплоемкость

    Космонавт в пространство должно поглощать 2400 кДж солнечной энергии в контейнере с точно известный объем воды. Температура воды должна повышаться с От 20 ° C до 34,5 ° С. Какое количество воды в емкости?

    Поглощенная энергия водой дается выражением ниже
    Энергия = теплоемкость X температура подъем X масса воды
    2 400 000 = 4.18Дж / г / ° С X 14,5 ° C X масса воды
    39,6 кг = масса воды

    Нажмите чтобы скрыть решение

    1 а) 80 мл воды при 17 ° C до 50 ° С;

    Повышение температуры = 50 ° C — 17 ° C = 33 ° C
    масса = 80 грамм
    Удельная теплоемкость = 4,18 Дж / г / ° C
    Требуемая энергия = 4,18 Дж / г / ° C X 80 г X 33 ° C = 11,035 кДж


    б) 2,3 литра воды от 34 ° С до 100 ° С;

    Повышение температуры = 100 ° С — 34 ° С = 66 ° С
    масса = 2300 грамм
    Удельная теплоемкость = 4. 18 Дж / г / ° C
    Требуемая энергия = 4,18 Дж / г / ° C X 2300 г X 66 ° C = 634,524 кДж


    в) 200 г растительного масла от 23 ° C до 100 ° C


    Повышение температуры = 100 ° C — 23 ° С = 77 ° С
    масса = 200 грамм
    Удельная теплоемкость = 2,2 Дж / г / ° C
    Требуемая энергия = 2,2 Дж / г / ° C X 200 г X 77 ° C = 33,88 кДж

    Нажмите чтобы скрыть решение

    3,450,560 Дж энергии поглощаются 300 кг воды.Если начальная температура вода 20 ° C какая конечная температура?

    Поглощенная энергия водой дается выражением ниже
    Энергия = теплоемкость X температура подъем X масса воды
    3,450,560 = 4,18 Дж / г / ° C X ° C X 300,000
    3,450,560 / 4,18 / 300,00 = изменение температура = 2,75

    Конечная температура составляет 20 ° C + 2,75 ° C = 22,75 ° C

    Нажмите чтобы скрыть решение

    Арахис массы 2. 34 г сжигается в калориметре, содержащем 100 мл воды. Если температура калориметра поднимается с 23,5 ° C до 27,7 ° C вычислите содержание энергии арахиса в джоулях на грамм.

    Поглощенная энергия водой дается выражением ниже
    Энергия = теплоемкость X температура подъем X масса воды
    Энергия = 4,18 Дж / г / ° C X 4,2 ° C X 100 г
    Энергия = 1,76 кДж

    Энергия / грамм = 1,76 / 2,34 = 750.2Дж / грамм

    Нажмите чтобы скрыть решение

    Когда было сожжено 0,15 грамма гептана в калориметре бомбы, содержащем 1,5 кг воды, температура поднялась от От 22,000 ° C до 23,155 ° C. Рассчитайте тепло, выделяемое гептаном во время горение на моль. Это известно как теплота сгорания.

    Energy = теплоемкость X повышение температуры X масса воды
    7,242 кДж = 4,18 Дж / г / ° C Х 1.155 ° C X 1,500
    Моль гептана = 0,15 / 102 = 0,0015

    Энергия / моль = 4827,9 кДж / моль

    Нажмите чтобы скрыть решение

    Вы заметили как одни вещества могут поглощать гораздо больше энергии, чем другие раньше повышение их температуры? Под жарким летним солнцем ведро с песком станет горячее ведра воды, даже если они оба впитали такое же количество солнечной энергии. Кастрюля с маслом быстрее нагреется над плитой, чем такое же количество воды, помещенное в ту же кастрюлю.

    Почему?

    Вещества впитывают тепловая энергия в их связях. Когда определенные материалы поглощают энергию, их повышение температуры зависит от их способности накапливать тепловую энергию в их облигациях. Количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамм вещества на 1 градус Цельсия известен как теплоемкость этого вещества.

    Вода имеет один наивысшей теплоемкости со значением 4,18 Дж / г / ° C. Готовка нефть имеет теплоемкость 2,2 Дж / г / C, а песок — 0,48 Дж / г / ° C. Водородная связь между молекулами воды придает жидкости высокую удельную теплоемкость.

    Как мы используем удельная теплоемкость в наших расчетах?
    Давайте попробуем несколько примеров.

    1) Рассчитайте необходимое количество энергии вскипятить 100 мл воды на чашку чая, если начальная температура воды 27 лет.0 ° С. (Плотность воды 1г / мл)

    Так как плотность воды составляет 0,997 г / мл, при 25 o C мы можем округлить его до 1,00 г / мл. Итак, 100 мл воды имеют массу 100 грамм. Изменение температуры составляет (100 ° C — 27 ° C) = 73 ° C. Поскольку удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, мы можем рассчитать количество энергии, необходимое для выражение ниже.

    Требуемая энергия = 4,18 Дж / г / ° C X 100 г X 73 ° C = 30.514KJ.

    Попробуйте несколько упражнений.
    1) Рассчитайте энергию, необходимую для нагрева
    а) 80 мл воды при температуре от 17 ° C до 50 ° C;
    б) 2,3 литра воды от 34 ° С до 100 ° С;
    в) 200 г растительного масла от 23 ° C до 100 ° C Растворы

    An космонавту в космосе необходимо поглощать 2400 кДж солнечной энергии в контейнере с точно известным объемом воды. Температура воды необходимо увеличить с 20 ° C до 34,5 ° С. Какая сумма воды в емкости?
    Решение

    3,450,560 Дж энергии поглощаются 300 кг воды. Если начальная температура воды 20 ° C какова конечная температура?
    Решение

    А арахис массой 2,34 г сжигают в калориметре, содержащем 100 мл воды.Если температура калориметра поднимается с 23,5 ° C до 27,7 ° C рассчитайте содержание энергии арахиса в джоулях на грамм.
    Решение

    Когда 0,15 грамма гептана C 7 H 16 сгорел в калориметре бомбы, содержащем 1,5 кг воды, температура поднялась от 22,000 ° C до 23,155 ° C. Рассчитайте тепло, выделяемое гептаном при горении на моль.Это известно как теплота сгорания.
    Решение

    Продолжать еще несколько упражнений на удельную теплоемкость.

    Дом

    Урок физики

    На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы.Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, получаемого или выделяемого объектом?

    Удельная теплоемкость

    Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково. Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет. Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. Удельная теплоемкость различных материалов часто приводится в учебниках. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C.Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.


    Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла по сравнению с количеством тепла, необходимым для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C. Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

    Теплоемкость указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе на количество , является показателем того, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества имеется.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при 100 ° C на уровне моря и при несколько пониженных температурах на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется гораздо больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

    Удельная теплоемкость также указана на основе на K или на ° C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

    Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некоторой степени похож на неправильное обозначение . Этот термин означает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплом. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с другой температурой, мы называем переданную энергию теплом или тепловой энергией .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.


    Связь количества тепла с изменением температуры

    Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

    Q = m • C • ΔT

    где Q — количество тепла, передаваемого к объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины рассчитывается путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T final — T initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию от окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает, что объект выделял тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

    Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

    Пример задачи 1
    Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

    Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

    м = 450 г
    С = 4,18 Дж / г / ° C
    Т начальный = 15 ° С
    T окончательный = 85 ° C

    Мы хотим определить значение Q — количество тепла. Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

    T = T окончательный — T начальный = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

    Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

    Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
    Q = 131670 Дж
    Q = 1.3×10 5 J = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

    Пример задачи 2
    Образец 12,9 грамма неизвестного металла при 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается до достижения теплового равновесия при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу и что чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.


    По сравнению с предыдущей проблемой, это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q water .Это значение Q воды равно значению металла Q . Как только значение металла Q известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла Q . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

    Часть 1: Определение потерь тепла водой

    Дано:

    м = 50,0 г
    С = 4,18 Дж / г / ° C
    Т начальный = 88,6 ° С
    Т финал = 87. 1 ° С
    ΔT = -1,5 ° C (T конечный — T начальный )

    Решение для Q воды :

    Q вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
    Q вода = -313,5 Дж (без заземления)
    (Знак — означает, что вода теряет тепло)

    Часть 2: Определите стоимость металла C

    Дано:

    Q металл = 313.5 Дж (используйте знак +, поскольку металл нагревается)
    m = 12,9 г
    Т начальный = 26,5 ° С
    T окончательный = 87,1 ° C
    ΔT = (T конечный — T начальный )

    Решить для C металл :

    Переставьте Q из металла = m из металла • C из металла • ΔT из металла , чтобы получить C из металла = Q из металла / (м из металла • ΔT из металла )

    C металл = Q металл / (м металл • ΔT металл ) = (313. 5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
    C металл = 0,40103 Дж / г / ° C
    C металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)


    Жара и изменения состояния

    Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, получаемое или теряемое объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

    Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца вещества. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указано имя, обычно связанное с каждым процессом.

    Процесс

    Изменение состояния

    Плавка

    От твердого до жидкого

    Замораживание

    От жидкости к твердому веществу

    Испарение

    От жидкости к газу

    Конденсация

    Газ — жидкость

    Сублимация

    Твердое тело в газ

    Депонирование

    Газ — твердое вещество


    В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния. Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия выделяется образцом вещества, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

    Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое вещество, от того, сколько вещества претерпевает изменение состояния и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)


    Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 грамм льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

    Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH плавление
    Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH испарение

    где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH fusion представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм), а ΔH испарения представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм). Как и в случае с Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

    В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

    Пример задачи 3
    Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

    Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH fusion . Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

    Q = м • ΔH плавление = (48,2 г) • (333 Дж / г)
    Q = 16050,6 Дж
    Q = 1,61 x 10 4 Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

    Пример Задачи 3 включает в себя довольно простое вычисление типа «подключай и исправляй». Теперь мы попробуем Пример задачи 4, который потребует значительно более глубокого анализа.

    Пример задачи 4
    Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, что потребуется, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда — 333 Дж / г.

    В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

    Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

    Информация о льду:

    м = 50,0 г
    ΔH плавление = 333 Дж / г

    Информация о жидкой воде:

    С = 4.18 Дж / г / ° C
    Т начальный = 26,5 ° С
    T окончательный = 0,0 ° C
    ΔT = -26,5 ° C (T конечный — T начальный )

    Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

    Q лед = -Q жидкая вода

    Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

    Q лед = m • ΔH плавление = (50. 0 г) • (333 Дж / г)
    Q лед = 16650 Дж

    Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать заменять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

    16650 Дж = -Q жидкая вода
    16650 Дж = -м жидкая вода • C жидкая вода • ΔT жидкая вода
    16650 Дж = -м жидкая вода • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
    16650 Дж = -м жидкая вода • (-110,77 Дж / ° C)
    м жидкая вода = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
    м жидкая вода = 150,311 г
    м жидкая вода = 1,50×10 2 г (округлено до трех значащих цифр)


    Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

    На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

    Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.


    Три диагональных участка представляют собой изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, переданного воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH fusion (секция 2) и Q = m • ΔH испарение (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения теплоемкости:

    Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
    Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
    Газообразная вода: C = 2. 01 Дж / г / ° C

    Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH слияния (333 Дж / г) и ΔH испарения (2,23 кДж / г).

    Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

    Используйте Q 1 = m • C • ΔT

    , где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T начальная = -200 ° C и T конечная = 0,0 ° C

    Q 1 = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
    Q 1 = 2,00 x10 3 Дж = 2,00 кДж

    Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

    Используйте Q 2 = m • ΔH сварка

    , где m = 50,0 г и ΔH плавление = 333 Дж / г

    Q 2 = m • ΔH плавление = (50,0 г) • (333 Дж / г)
    Q 2 = 1,665 x10 4 Дж = 16. 65 кДж
    Q 2 = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

    Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

    Используйте Q 3 = m • C • ΔT

    , где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T начальный = 0,0 ° C и T конечный = 100,0 ° C

    Q 3 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
    Q 3 = 2.09 x10 4 Дж = 20,9 кДж

    Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

    Используйте Q 4 = m • ΔH испарение

    , где m = 50,0 г и ΔH испарение = 2,23 кДж / г

    Q 4 = m • ΔH испарение = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
    Q 4 = 111,5 кДж
    Q 4 = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

    Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100. От 0 ° C до 120,0 ° C.

    Используйте Q 5 = m • C • ΔT

    , где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T начальный = 100,0 ° C и T конечный = 120,0 ° C

    Q 5 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
    Q 5 = 2,01 x10 3 J = 2,01 кДж

    Общее количество тепла, необходимое для преобразования твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, представляет собой сумму значений Q для каждого участка графика.То есть

    Q итого = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5

    Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного количества значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.


    В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

    • Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика. Поскольку было вычислено пять значений Q, они были обозначены как Q 1 , Q 2 и т. Д. Этот уровень организации требуется в такой многоэтапной задаче, как эта.
    • Секунда: Внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как окончательное значение величины минус начальное значение этой величины.
    • Третий: На протяжении всей задачи внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина отказа в подобных проблемах.
    • Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом любой проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

    Мы узнали здесь, на этой странице, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния. Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

    Проверьте свое понимание

    1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

    а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
    б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
    c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

    2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, может быть довольно холодно в начале июля, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

    3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

    Процесс

    Получено или потеряно тепло?

    Эндо- или экзотермический?

    Q: + или -?

    а.

    Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.

    г.

    Холодный стакан лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.

    г.

    Конфорки электрической плиты выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.

    г.

    Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.

    e.

    Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

    4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

    5. Джейк берет из туалета банку с газировкой и наливает ее на лед в чашке. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH fusion = 333 Дж / г).

    6. Теплота сублимации (ΔH сублимация ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

    7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

    Как рассчитать количество выделяемого тепла

    Обновлено 12 февраля 2020 г.

    Клэр Гиллеспи

    Рецензент: Лана Бандойм, Б.S.

    Некоторые химические реакции выделяют энергию за счет тепла. Другими словами, они передают тепло своему окружению. Они известны как экзотермические реакции : «Экзо» относится к внешним или внешним, а «термический» означает тепло.

    Некоторые примеры экзотермических реакций включают горение (горение), реакции окисления (ржавление) и реакции нейтрализации между кислотами и щелочами. Многие предметы повседневного обихода, такие как грелки для рук и самонагревающиеся банки для кофе и других горячих напитков, подвергаются экзотермическим реакциям.

    TL; DR (слишком долго; не читал)

    Для расчета количества тепла, выделяемого в химической реакции, используйте уравнение Q = mc ΔT , где Q — тепловая энергия перенесенная (в джоулях), м — масса нагретой жидкости (в килограммах), c — удельная теплоемкость жидкости (джоуль на килограмм градусов Цельсия), а ΔT — изменение температуры жидкости (градусы Цельсия).

    Разница между теплом и температурой

    Важно помнить, что температура и тепло — это не одно и то же. Температура — это мера того, насколько что-то горячее, измеряется в градусах Цельсия или градусах Фаренгейта, а тепла — это мера тепловой энергии, содержащейся в объекте, измеряется в джоулях.

    Когда тепловая энергия передается объекту, его повышение температуры зависит от:

    • массы объекта
    • вещества, из которого сделан объект
    • количества энергии, приложенной к объекту

    Чем больше тепловой энергии переносится на объект, тем больше повышение его температуры.

    Удельная теплоемкость

    Удельная теплоемкость ( c ) вещества — это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1 кг вещества на 1 единицу температуры. Различные вещества имеют разную удельную теплоемкость, например, вода имеет удельную теплоемкость 4 181 джоулей / кг градусов C, кислород имеет удельную теплоемкость 918 джоулей / кг градусов C, а свинец имеет удельную теплоемкость 128 джоулей / кг градусов C.

    Калькулятор тепловой энергии

    Для расчета энергии, необходимой для повышения температуры известной массы вещества, вы используете формулу удельной теплоемкости:

    Q — это переданная энергия в джоулях, м — масса вещества в кг, c — удельная теплоемкость в Дж / кг градусов C, а ΔT — изменение температуры в градусах C в формуле удельной теплоемкости.

    Калькулятор тепловыделения

    Представьте, что 100 г кислоты были смешаны со 100 г щелочи, что привело к повышению температуры с 24 ° C до 32 ° C.

    Уравнение реакции нейтрализации между кислотой и щелочью может быть уменьшено до:

    H + + OH -> h3O

    Используемая формула: Q = mc ∆T

    Масса = м = 100 г + 100 г / 1000 г на кг = 0,2 г (одно значащее число)

    Удельная теплоемкость воды = c = 4,186 Дж / кг градусов C
    Изменение температуры = ΔT = 24 градуса C — 32 градуса C = -8 градусов C

    Q = (0. 2 кг) (4,186 Дж / кг градусов C) (-8 градусов C)
    Q = -6,688 Дж, что означает, что выделяется 6,688 джоулей тепла.

    Изменение температуры и теплоемкость

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Наблюдайте за теплопередачей и изменением температуры и массы.
    • Рассчитать конечную температуру после передачи тепла между двумя объектами.

    Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагрев увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее.Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что система не выполняет никаких работ. Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

    Рис. 1. Тепло Q , передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить вдвое больше тепла. (б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество Q тепла, чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раза больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазы изменение любого вещества.

    Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. В связи с тем, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, для повышения температуры требуется меньше тепла, чем для воды.Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

    Теплопередача и изменение температуры

    Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора: Q = mc Δ T , где Q — символ теплопередачи, m — масса вещества и Δ T — изменение температуры. Обозначение c означает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единицей удельной теплоемкости является ккал / (кг ⋅ ºC).

    Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить.Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на такую ​​же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

    Пример 1. Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

    Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 литра воды с 20,0 ° C до 80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

    Стратегия

    Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.

    Решение

    Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

    Рассчитать разницу температур:

    Δ T = T f T i = 60.0ºC.

    Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м 3 , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет м w = 0,250 кг.

    Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1:

    Q w = м w c w Δ T = (0,250 кг) (4186 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62. 8 кДж.

    Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1:

    .

    Q Al = м Al c Al Δ T = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 27,0 × 10 4 Дж = 27,0 кДж . <

    Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

    Q Итого = Q w + Q Al = 62.8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

    Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

    .

    [латекс] \ frac {27.0 \ text {kJ}} {89.8 \ text {kJ}} \ times100 \% = 30.1 \% \\ [/ latex]

    , а на нагрев воды —

    .

    [латекс] \ frac {62,8 \ text {кДж}} {89,8 \ text {кДж}} \ times100 \% = 69,9 \% \\ [/ latex].

    Обсуждение

    В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную часть от общего переданного тепла. Хотя вес кастрюли в два раза больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия.Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

    Пример 2. Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

    Рис. 2. Дымящиеся тормоза этого грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

    Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

    Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг ºC, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

    Стратегия

    Если тормоза не применяются, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

    Решение
    1. Рассчитайте изменение гравитационной потенциальной энергии при спуске грузовика с горы Mgh = (10,000 кг) (9.{\ circ} C \\ [/ латекс].
    Обсуждение

    Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, скорее всего, приведет к повышению температуры тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод нецелесообразен. Однако та же самая идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, где механическая энергия (гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

    Таблица 1. Удельная теплоемкость различных веществ
    Вещества Удельная теплоемкость ( c )
    Твердые вещества Дж / кг ⋅ ºC ккал / кг ⋅ ºC
    Алюминий 900 0,215
    Асбест 800 0,19
    Бетон, гранит (средний) 840 0.20
    Медь 387 0,0924
    Стекло 840 0,20
    Золото 129 0,0308
    Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3500 0,83
    Лед (в среднем, от −50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50
    Чугун, сталь 452 0,108
    Свинец 128 0. 0305
    Серебро 235 0,0562
    Дерево 1700 0,4
    Жидкости
    Бензол 1740 0,415
    Этанол 2450 0,586
    Глицерин 2410 0,576
    Меркурий 139 0,0333
    Вода (15.0 ° С) 4186 1.000
    Газы
    Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
    Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523)
    Двуокись углерода 638 (833) 0,152 (0,199)
    Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
    Кислород 651 (913) 0.156 (0,218)
    Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0,482)

    Обратите внимание, что Пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы, повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

    Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: налив холодной воды в горячую кастрюлю

    Допустим, вы залили 0,250 кг 20.0ºC воды (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, при температуре 150ºC. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

    Стратегия

    Сковорода помещается на изолирующую подкладку, так что теплообмен с окружающей средой не происходит. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между поддоном и водой происходит быстро, масса испарившейся воды ничтожна, а величина тепла, теряемого поддоном, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как | Q горячий | = Q холодный .

    Решение

    Используйте уравнение теплопередачи Q = mc Δ T , чтобы выразить тепло, потерянное алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечная температура: Q горячий = м Al c Al ( T f — 150ºC).

    Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Q холодная = м W c W ( T f — 20,0 ° C).

    Обратите внимание, что Q горячий <0 и Q холодный > 0 и что они должны быть в сумме равными нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, полученное холодной водой:

    [латекс] \ begin {array} {lll} Q _ {\ text {cold}} + Q _ {\ text {hot}} & = & 0 \\ Q _ {\ text {cold}} & = & — Q _ {\ text {hot}} \\ m _ {\ text {W}} c _ {\ text {W}} \ left (T _ {\ text {f}} — 20. {\ circ} \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

    Обсуждение

    Это типичная проблема калориметрии — два тела при разных температурах приводят в контакт друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры.Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

    Домашний эксперимент: изменение температуры земли и воды

    Что нагревается быстрее, земля или вода?

    Для изучения разницы в теплоемкости:

    • Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равные массы, используя на 50% больше воды по объему.)
    • Нагрейте и то, и другое (с помощью духовки или нагревательной лампы) одинаковое время.
    • Запишите конечную температуру двух масс.
    • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
    • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

    Какой образец остывает быстрее всего? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за дующий с суши и морской бриз.

    Проверьте свое понимание

    Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева блока с 45 ° C до 50 ° C?

    Решение

    Теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж.

    Сводка раздела

    • Передача тепла Q , которая приводит к изменению Δ T температуры тела с массой m составляет Q = mc Δ T , где c — удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

    Концептуальные вопросы

    1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
    2. Тормоза в автомобиле повышают температуру на Δ T при остановке автомобиля со скорости v .Насколько больше Δ T было бы, если бы автомобиль изначально имел вдвое большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.

    Задачи и упражнения

    1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 л повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды из-за испарения.
    2. Докажите, что 1 кал / г · ºC = 1 ккал / кг · ºC.
    3. Для стерилизации 50.Стеклянная детская бутылочка 0 г, мы должны повысить ее температуру с 22,0 ° С до 95,0 ° С. Какая требуется теплопередача?
    4. Одинаковая передача тепла идентичным массам разных веществ вызывает разные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал тепла передается 1,00 кг следующих веществ, первоначально при 20,0 ° C: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и (d) ртуть.
    5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина потирает руки взад и вперед в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7.50 см на руб, а при средней силе трения 40,0 Н, что такое повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, преимущественно в ладонях и пальцах.
    6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревают с 20,0 ° C до 65,0 ° C за счет добавления 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
    7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры.Какое отношение массы меди к воде?
    8. (a) Количество килокалорий в пище определяется методами калориметрии, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача. Сколько килокалорий на грамм содержится в арахисе весом 5,00 г, если энергия его горения передается 0,500 кг воды, содержащейся в алюминиевой чашке весом 0,100 кг, что вызывает повышение температуры на 54,9 ° C? (б) Сравните свой ответ с информацией на этикетке, указанной на упаковке арахиса, и прокомментируйте, согласуются ли значения.
    9. После интенсивных упражнений температура тела человека весом 80,0 кг составляет 40,0 ° C. С какой скоростью в ваттах человек должен передавать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0ºC за 30,0 мин, если тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж / сек или 1 Вт = 1 Дж / сек.
    10. Даже после остановки после периода нормальной эксплуатации большой промышленный ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления. Эта теплопередача вызывает быстрое повышение температуры при выходе из строя системы охлаждения (1 Вт = 1 джоуль в секунду или 1 Вт = 1 Дж / с и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC / с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 5 кг, а ее средняя удельная теплоемкость составляет 0,3349 кДж / кг ºC. (b) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000ºC, которое может привести к расплавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Начальная скорость повышения температуры будет больше, чем рассчитанная здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе.Позже, однако, рост температуры замедлится, потому что стальная защитная оболочка 5 × 10 5 кг также начнет нагреваться.)

    Рис. 3. Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долгое время остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

    Глоссарий

    удельная теплоемкость: количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

    Избранные решения проблем и упражнения

    1. 5,02 × 10 8 Дж

    3. 3.07 × 10 3 Дж

    5. 0,171ºC

    7. 10,8

    9. 617 Вт


    Тепло

    Тепло


    Нагрев

    Тепло — это способ передачи энергии между системами и его окружение, которое часто, но не всегда, меняет температура системы. Тепло не сохраняется, может быть либо созданы, либо уничтожены.В метрической системе тепло равно измеряется в единицах калорий , которые определяются как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма вода от 14,5 o C до 15,5 o C.

    В системе СИ единицей тепла является джоуль .


    Тепловая мощность

    Теплоемкость вещества — это количество тепла требуется для повышения температуры определенного количества чистого вещества на один градус (Цельсия или Кельвина). Калорийность была определяется так, чтобы теплоемкость воды была равна единице.


    Удельная теплоемкость

    Удельная теплоемкость вещества — это количество калорий, необходимых для повышения температуры на один грамм на 1 o C. Поскольку один градус по шкале Цельсия равен одному Кельвину, удельная теплоемкость в метрической системе может быть выражена в единицах измерения либо кал / г- o ° С, либо кал / г-К.Единицы теплоемкости в системе СИ — Дж / г-К. Поскольку 4,184 джоуля в калорийность, удельная теплоемкость воды составляет 4,184 Дж / г-К.

    Легкость, с которой вещество приобретает или теряет тепло, также может быть описано с точки зрения его молярной теплоты емкость , которая является теплом, необходимым для повышения температуры на один моль вещества на 1 o C или 1 K. В метрической системе единицами молярной теплоемкости являются поэтому либо кал / моль- o ° C, либо кал / моль-K.В СИ В системе единицы молярной теплоемкости — Дж / моль-К.


    Скрытое тепло

    Когда лед нагревается, тепло, которое изначально поступает в систему используется для растапливания льда. Когда лед тает, температура остается постоянная при 0 o C. Количество тепла, необходимое для плавления лед исторически назывался скрытой теплотой плавления . Как только лед растает, температура воды медленно увеличивается с 0 o C до 100 o C.Но однажды вода закипает, тепло, поступающее на пробу, используется для преобразовать жидкость в газ и температуру образца остается постоянным, пока жидкость не испарится. Количество тепла требуется для кипячения или испарения жидкости, исторически называется скрытой теплотой парообразования .

    Более 200 лет назад Джозеф Блэк выделил разумную тепло и скрытое тепло .Тепло, поднимающее температуру системы можно определить, но тепло, которое приводит к изменение состояния системы с твердого на жидкое или переход от жидкости к газу скрыт. Как скрытое изображение на фотографическая пленка, которая не была проявлена, или скрытые отпечатки пальцев что не видно невооруженным глазом, скрытое тепло тепло, которое поступает в систему без изменения температуры система.


    Тепло и кинетика Молекулярная теория

    Система — небольшая часть Вселенной в которые нас интересуют, например, вода в стакане или газ застряли в поршне и цилиндре, как показано на рисунках ниже. окружение все остальное другими словами, остальная вселенная.

    Система и ее окружение разделены границей . Тепло передается через границу между системой и ее окружение.

    Одним из фундаментальных принципов кинетической теории является предположение, что средняя кинетическая энергия скопления газа частиц зависит от температуры газа и ничего больше.Газ становится теплее тогда и только тогда, когда средняя кинетическая энергия количество частиц газа увеличивается. Тепло, когда повышается температура системы, увеличивает скорость, с которой частицы системы движутся, как показано на рисунке ниже.


    A Накопитель тепла

    Часть A: Земной океан: хранилище тепла

    Три четверти поверхности Земли покрыто веществом, которое является очень эффективным материалом для хранения тепла, — водой.Жидкий H 2 O может поглощать и накапливать огромное количество тепловой энергии, не нагреваясь при этом. Эффективность вещества в хранении тепловой энергии зависит от параметра, называемого удельной теплоемкостью.

    Удельная теплоемкость — это показатель того, сколько энергии что-то поглощает по сравнению с тем, насколько оно нагревается. Точнее, удельная теплоемкость вещества — это количество энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма этого вещества на 1 градус Цельсия.

    Посмотрите короткое видео, демонстрирующее «фокус», который зависит от высокой удельной теплоемкости воды.


    Количественное определение теплоемкости

    Количественные эксперименты показывают, что для повышения температуры 1 г воды на 1 ° C требуется 4,18 Дж тепловой энергии. Таким образом, литр (1000 г) воды, температура которой увеличилась с 24 до 25 ° C, поглотила 4,18 Дж / г ° C x 1000 г x 1 ° C или 4180 джоулей энергии. Для сравнения, спирт (этанол) имеет более низкую удельную теплоемкость: требуется всего 2,2 Джоуля энергии, чтобы повысить температуру одного грамма этанола на один градус Цельсия.

    Чтобы рассчитать количество тепловой энергии, полученной или потерянной веществом, умножьте массу вещества на его удельную теплоемкость, умноженную на изменение температуры.

    Уравнение тепловой энергии:

    q = m x C x ΔT

    где:
    q = тепловая энергия в Джоулях (Дж)
    m = масса вещества в граммах (г)
    C = удельная теплоемкость этого вещества в Джоулях на грамм на градус Цельсия (Дж / г ° C)
    ΔT = изменение температуры в градусах Цельсия (° C) Изменение рассчитывается путем вычитания начальной температуры из конечной температуры (T f — T i )


    Остановись и подумай

    1. Учтите, что тропический океан ежедневно много часов подвергается воздействию прямых солнечных лучей. Если верхний 1 см водной поверхности 100 км на 100 км нагревается с 25 до 27 градусов, сколько тепловой энергии поглотила вода?

    На каждый см 3 воды приходится один грамм массы. Чтобы вычислить количество описанных см 3 , вычислите количество см 2 в области, затем умножьте на 1 см для глубины:
    масса воды = 1 г / см 3 x (100 см / м x 1000 м / км x 100 км ) x (100 см / м x 1000 м / км x 100 км ) x 1 см
    Используйте свой ответ в уравнении тепловой энергии.

    Куда уходит вся эта тепловая энергия?

    Океан постоянно движется. Водные потоки движутся через океан под действием глобальных ветров и разницы в плотности. Как правило, тепловая энергия, получаемая водой в тропических регионах, перемещается к полюсам.

    Хотя мы не можем видеть течения на фотографических изображениях, мы можем обнаружить их на изображениях температуры поверхности моря (SST), подобных изображению справа. Инструменты на нескольких спутниках на околоземной орбите собирают данные, которые затем обрабатываются, чтобы показать температуру поверхности воды.

    NOAA Посмотрите начало этой анимации и обратите внимание, как течение Гольфстрима движется на север в Атлантическом океане, и весь Атлантический океан нагревается по мере смены времен года.