Qual è la quantità di calore. Il concetto di quantità di calore

L'energia interna di un corpo cambia quando viene svolto un lavoro o quando viene trasferito calore. Con il fenomeno dello scambio termico, l'energia interna viene trasferita per conduzione termica, convezione o irraggiamento.

Ogni corpo, quando viene riscaldato o raffreddato (durante il trasferimento di calore), riceve o perde una certa quantità di energia. Sulla base di ciò, è consuetudine chiamare questa quantità di energia la quantità di calore.

COSÌ, la quantità di calore è l'energia che un corpo cede o riceve nel processo di trasferimento di calore.

Quanto calore è necessario per riscaldare l'acqua? Utilizzando un semplice esempio, si può capire che sono necessarie diverse quantità di calore per riscaldare diverse quantità di acqua. Supponiamo di prendere due provette con 1 litro d'acqua e 2 litri d'acqua. In quale caso sarà necessario più calore? Nella seconda, dove in una provetta ci sono 2 litri di acqua. La seconda provetta impiegherà più tempo a riscaldarsi se le riscaldiamo con la stessa fonte di fuoco.

Pertanto, la quantità di calore dipende dalla massa del corpo. Maggiore è la massa, maggiore è la quantità di calore necessaria per il riscaldamento e, di conseguenza, il raffreddamento del corpo richiede più tempo.

Cos’altro determina la quantità di calore? Naturalmente dalla differenza di temperatura dei corpi. Ma non è tutto. Dopotutto, se proviamo a scaldare l'acqua o il latte, avremo bisogno di un tempo diverso. Cioè, risulta che la quantità di calore dipende dalla sostanza di cui è costituito il corpo.

Di conseguenza, si scopre che la quantità di calore necessaria per il riscaldamento o la quantità di calore rilasciata quando il corpo si raffredda dipende dalla sua massa, dalle variazioni di temperatura e dal tipo di sostanza di cui è composto il corpo.

Come si misura la quantità di calore?

Dietro unità di calore considerato essere 1 Joule. Prima dell'avvento dell'unità di misura dell'energia, gli scienziati consideravano la quantità di calore espressa in calorie. È consuetudine scrivere questa unità di misura in forma abbreviata: "J"

Caloriaè la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 grado Celsius la temperatura di 1 grammo di acqua. L'unità abbreviata di caloria è solitamente scritta - "cal".

1 cal = 4,19 J.

Si prega di notare che in queste unità di energia è consuetudine annotare il valore nutrizionale del cibo in kJ e kcal.

1kcal = 1000cal.

1 kJ = 1000 J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

Cos'è la capacità termica specifica

Ogni sostanza in natura ha le sue proprietà e il riscaldamento di ogni singola sostanza richiede una diversa quantità di energia, ad es. quantità di calore.

Capacità termica specifica di una sostanzaè una quantità pari alla quantità di calore che deve essere trasferita a un corpo con una massa di 1 chilogrammo per portarlo alla temperatura di 1 0C

La capacità termica specifica è indicata con la lettera c e ha un valore di misurazione di J / kg *

Ad esempio, il calore specifico dell'acqua è 4200 J/kg* 0 C. Cioè questa è la quantità di calore che deve essere trasferita a 1 kg di acqua per riscaldarlo di 1 0C

Va ricordato che la capacità termica specifica delle sostanze nei diversi stati di aggregazione è diversa. Cioè, per riscaldare il ghiaccio di 1 0 C richiederà una diversa quantità di calore.

Come calcolare la quantità di calore per riscaldare il corpo

Ad esempio, è necessario calcolare la quantità di calore che deve essere spesa per riscaldare 3 kg di acqua da una temperatura di 15 0 C-85 0 C. Conosciamo la capacità termica specifica dell'acqua, ovvero la quantità di energia necessaria per riscaldare 1 kg di acqua di 1 grado. Cioè, per scoprire la quantità di calore nel nostro caso, è necessario moltiplicare la capacità termica specifica dell'acqua per 3 e per il numero di gradi di cui è necessario aumentare la temperatura dell'acqua. Quindi questo è 4200*3*(85-15) = 882.000.

Tra parentesi calcoliamo il numero esatto di gradi, sottraendo il risultato iniziale dal risultato finale richiesto.

Quindi, per riscaldare 3 kg di acqua da 15 a 85 0 C, abbiamo bisogno di 882.000 J di calore.

La quantità di calore è indicata con la lettera Q, la formula per il suo calcolo è la seguente:

Q \u003d c * m * (t 2 -t 1).

Analisi e risoluzione dei problemi

Compito 1. Quanto calore è necessario per riscaldare 0,5 kg di acqua da 20 a 50 0 C

Dato:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 4200 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 20 0 C,

t 2 \u003d 50 0 C.

Abbiamo determinato il valore della capacità termica specifica dalla tabella.

Soluzione:

2-t1).

Sostituisci i valori:

Q \u003d 4200 * 0,5 * (50-20) \u003d 63.000 J \u003d 63 kJ.

Risposta: Q=63 kJ.

Compito 2. Quale quantità di calore è necessaria per riscaldare di 85 una barra di alluminio da 0,5 kg 0C?

Dato:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 920 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 0 0 С,

t 2 \u003d 85 0 C.

Soluzione:

la quantità di calore è determinata dalla formula Q=c*m*(t 2-t1).

Sostituisci i valori:

Q \u003d 920 * 0,5 * (85-0) \u003d 39 100 J \u003d 39,1 kJ.

Risposta: Q= 39,1 kJ.

In questa lezione impareremo a calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo o rilasciarlo quando si raffredda. Per fare ciò, riassumeremo le conoscenze acquisite nelle lezioni precedenti.

Inoltre, impareremo come utilizzare la formula per la quantità di calore per esprimere le quantità rimanenti da questa formula e calcolarle, conoscendo altre quantità. Verrà inoltre considerato un esempio di problema con una soluzione per il calcolo della quantità di calore.

Questa lezione è dedicata al calcolo della quantità di calore quando un corpo viene riscaldato o da esso rilasciato quando si raffredda.

La capacità di calcolare la quantità di calore richiesta è molto importante. Ciò può essere necessario, ad esempio, per calcolare la quantità di calore che deve essere ceduta all'acqua per riscaldare una stanza.

Riso. 1. La quantità di calore che deve essere comunicata all'acqua per riscaldare l'ambiente

Oppure per calcolare la quantità di calore rilasciata quando il carburante viene bruciato in vari motori:

Riso. 2. La quantità di calore rilasciata quando il carburante viene bruciato nel motore

Inoltre, questa conoscenza è necessaria, ad esempio, per determinare la quantità di calore rilasciata dal Sole e che colpisce la Terra:

Riso. 3. La quantità di calore rilasciata dal Sole e che cade sulla Terra

Per calcolare la quantità di calore è necessario sapere tre cose (Fig. 4):

• peso corporeo (che solitamente può essere misurato con una bilancia);
• la differenza di temperatura con la quale è necessario riscaldare il corpo o raffreddarlo (solitamente misurata con un termometro);
• capacità termica specifica del corpo (che può essere determinata dalla tabella).

Riso. 4. Cosa devi sapere per determinarlo

La formula per calcolare la quantità di calore è la seguente:

Questa formula contiene le seguenti quantità:

La quantità di calore, misurata in joule (J);

La capacità termica specifica di una sostanza, misurata in;

- differenza di temperatura, misurata in gradi Celsius ().

Consideriamo il problema del calcolo della quantità di calore.

Compito

Un bicchiere di rame con una massa di grammi contiene acqua con un volume di un litro ad una temperatura di . Quanto calore deve essere trasferito ad un bicchiere d'acqua affinché la sua temperatura diventi uguale a ?

Riso. 5. Illustrazione della condizione del problema

Per prima cosa scriviamo una breve condizione ( Dato) e convertire tutte le quantità nel sistema internazionale (SI).

Soluzione:

Innanzitutto, determina quali altre quantità sono necessarie per risolvere questo problema. Secondo la tabella della capacità termica specifica (Tabella 1), troviamo (capacità termica specifica del rame, poiché a condizione il vetro è rame), (capacità termica specifica dell'acqua, poiché a condizione c'è acqua nel vetro). Inoltre sappiamo che per calcolare la quantità di calore abbiamo bisogno di una massa d'acqua. Per condizione, ci viene fornito solo il volume. Pertanto, prendiamo la densità dell'acqua dalla tabella: (Tabella 2).

Tab. 1. Capacità termica specifica di alcune sostanze,

Tab. 2. Densità di alcuni liquidi

Ora abbiamo tutto ciò che serve per risolvere questo problema.

Si noti che la quantità totale di calore sarà costituita dalla somma della quantità di calore necessaria per riscaldare il vetro di rame e della quantità di calore richiesta per riscaldare l'acqua al suo interno:

Per prima cosa calcoliamo la quantità di calore necessaria per riscaldare il vetro di rame:

Prima di calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare l'acqua, calcoliamo la massa d'acqua utilizzando la formula a noi familiare dal grado 7:

Ora possiamo calcolare:

Allora possiamo calcolare:

Ricorda cosa significa: kilojoule. Il prefisso "chilo" significa .

Risposta:.

Per comodità di risolvere i problemi di determinazione della quantità di calore (i cosiddetti problemi diretti) e delle quantità associate a questo concetto, è possibile utilizzare la seguente tabella.

L'energia interna del corpo può cambiare a causa del lavoro di forze esterne. Per caratterizzare la variazione di energia interna durante il trasferimento di calore, viene introdotta una quantità chiamata quantità di calore e indicata con Q.

Nel sistema internazionale l’unità della quantità di calore, così come del lavoro e dell’energia, è il joule: = = = 1 J.

In pratica, a volte viene utilizzata un'unità fuori sistema della quantità di calore: una caloria. 1 cal. = 4,2 J.

Va notato che il termine "quantità di calore" è infelice. È stato introdotto in un momento in cui si credeva che i corpi contenessero un liquido calorico senza peso e inafferrabile. Il processo di trasferimento del calore consiste presumibilmente nel fatto che il calorico, riversandosi da un corpo all'altro, porta con sé una certa quantità di calore. Ora, conoscendo le basi della teoria cinetica molecolare della struttura della materia, comprendiamo che non c'è contenuto calorico nei corpi, il meccanismo per modificare l'energia interna del corpo è diverso. Tuttavia, il potere della tradizione è grande e continuiamo a usare il termine, introdotto sulla base di idee errate sulla natura del calore. Allo stesso tempo, comprendendo la natura del trasferimento di calore, non si dovrebbero ignorare completamente le idee sbagliate al riguardo. Al contrario, tracciando un'analogia tra il flusso di calore e il flusso di un ipotetico liquido calorico, la quantità di calore e la quantità di calorico, è possibile, nella risoluzione di alcune classi di problemi, visualizzare i processi in corso e risolvere i problemi correttamente. Alla fine, le equazioni corrette che descrivono i processi di trasferimento del calore sono state ottenute contemporaneamente sulla base di idee errate sul calorico come portatore di calore.

Consideriamo più in dettaglio i processi che possono verificarsi a seguito del trasferimento di calore.

Versare un po' d'acqua in una provetta e chiuderla con un tappo di sughero. Appendere la provetta ad un'asta fissata su un treppiede e portare sotto di essa una fiamma libera. Dalla fiamma la provetta riceve una certa quantità di calore e la temperatura del liquido al suo interno aumenta. All’aumentare della temperatura aumenta l’energia interna del liquido. C'è un intenso processo di vaporizzazione. I vapori liquidi in espansione svolgono un lavoro meccanico per spingere il tappo fuori dal tubo.

Facciamo un altro esperimento con un modello di cannone ricavato da un pezzo di tubo di ottone, montato su un carrello. Da un lato il tubo è chiuso ermeticamente con un tappo di ebanite, attraverso il quale viene fatto passare un perno. I fili sono saldati al perno e al tubo e terminano con terminali che possono essere energizzati dalla rete di illuminazione. Il modello a pistola è quindi una sorta di boiler elettrico.

Versare un po' d'acqua nella canna del cannone e chiudere il tubo con un tappo di gomma. Collegare la pistola a una fonte di alimentazione. Una corrente elettrica che passa attraverso l'acqua la riscalda. L'acqua bolle, il che porta alla sua intensa vaporizzazione. La pressione del vapore acqueo aumenta e, infine, svolgono il lavoro di spingere il tappo fuori dalla canna del fucile.

L'arma, a causa del rinculo, rotola indietro nella direzione opposta al lancio del tappo.

Entrambe le esperienze sono accomunate dalle seguenti circostanze. Nel processo di riscaldamento del liquido in vari modi, la temperatura del liquido e, di conseguenza, la sua energia interna sono aumentate. Affinché il liquido potesse bollire ed evaporare intensamente, era necessario continuare a riscaldarlo.

I vapori del liquido, grazie alla loro energia interna, eseguivano lavoro meccanico.

Investighiamo la dipendenza della quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo dalla sua massa, dalle variazioni di temperatura e dal tipo di sostanza. Per studiare queste dipendenze, utilizzeremo acqua e petrolio. (Per misurare la temperatura nell'esperimento, viene utilizzato un termometro elettrico, costituito da una termocoppia collegata a un galvanometro a specchio. Una giunzione della termocoppia viene immersa in un recipiente con acqua fredda per garantire che la sua temperatura sia costante. L'altra giunzione della termocoppia misura la temperatura del liquido in studio).

L'esperienza si compone di tre serie. Nella prima serie, per una massa costante di un particolare liquido (nel nostro caso l'acqua), viene studiata la dipendenza della quantità di calore necessaria per riscaldarlo dalle variazioni di temperatura. La quantità di calore ricevuta dal liquido dal riscaldatore (stufa elettrica) verrà giudicata in base al tempo di riscaldamento, presupponendo che esista una relazione direttamente proporzionale tra loro. Affinché il risultato dell'esperimento corrisponda a questa ipotesi, è necessario garantire un flusso costante di calore dalla stufa elettrica al corpo riscaldato. Per fare ciò, la stufa elettrica è stata collegata in anticipo alla rete in modo che all'inizio dell'esperimento la temperatura della sua superficie cessasse di cambiare. Per un riscaldamento più uniforme del liquido durante l'esperimento, lo mescoleremo con l'aiuto della termocoppia stessa. Registreremo le letture del termometro ad intervalli regolari fino a quando il punto luminoso raggiungerà il bordo della scala.

Concludiamo: esiste una relazione direttamente proporzionale tra la quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo e la variazione della sua temperatura.

Nella seconda serie di esperimenti confronteremo la quantità di calore necessaria per riscaldare gli stessi liquidi di masse diverse quando la loro temperatura cambia della stessa quantità.

Per comodità di confronto dei valori ottenuti, la massa d'acqua per il secondo esperimento sarà presa due volte inferiore rispetto al primo esperimento.

Ancora una volta, registreremo le letture del termometro a intervalli regolari.

Confrontando i risultati del primo e del secondo esperimento, possiamo trarre le seguenti conclusioni.

Nella terza serie di esperimenti confronteremo le quantità di calore necessarie per riscaldare masse uguali di liquidi diversi quando la loro temperatura cambia della stessa quantità.

Riscalderemo l'olio su una stufa elettrica, la cui massa è uguale alla massa dell'acqua nel primo esperimento. Registreremo le letture del termometro a intervalli regolari.

Il risultato dell'esperimento conferma la conclusione che la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo è direttamente proporzionale alla variazione della sua temperatura e, inoltre, indica la dipendenza di questa quantità di calore dal tipo di sostanza.

Poiché nell'esperimento è stato utilizzato olio, la cui densità è inferiore alla densità dell'acqua, e per riscaldare l'olio a una certa temperatura è stata necessaria una quantità di calore inferiore rispetto a quella per riscaldare l'acqua, si può presumere che la quantità di calore necessario per riscaldare il corpo dipende dalla sua densità.

Per verificare questa ipotesi, riscalderemo simultaneamente masse identiche di acqua, paraffina e rame su un riscaldatore di potenza costante.

Allo stesso tempo, la temperatura del rame è circa 10 volte superiore alla temperatura dell'acqua e quella della paraffina è circa 2 volte superiore.

Ma il rame ha una densità maggiore e la paraffina minore dell'acqua.

L'esperienza dimostra che la grandezza che caratterizza la velocità di variazione della temperatura delle sostanze da cui sono costituiti i corpi coinvolti nello scambio termico non è la densità. Questa quantità è chiamata capacità termica specifica della sostanza ed è indicata con la lettera c.

Un dispositivo speciale viene utilizzato per confrontare le capacità termiche specifiche di varie sostanze. Il dispositivo è costituito da rack in cui sono fissate una sottile lastra di paraffina e una barra con aste passate attraverso di essa. Alle estremità delle aste sono fissati cilindri di alluminio, acciaio e ottone di uguale massa.

Riscaldiamo i cilindri alla stessa temperatura immergendoli in un recipiente d'acqua posto su una stufa elettrica calda. Fissiamo le bombole calde sulle cremagliere e liberiamole dagli elementi di fissaggio. I cilindri toccano contemporaneamente la piastra di paraffina e, sciogliendo la paraffina, iniziano ad affondarvi. La profondità di immersione di cilindri della stessa massa in una piastra di paraffina, quando la loro temperatura cambia della stessa quantità, risulta essere diversa.

L'esperienza dimostra che le capacità termiche specifiche di alluminio, acciaio e ottone sono diverse.

Dopo aver eseguito gli esperimenti corrispondenti con la fusione dei solidi, la vaporizzazione dei liquidi e la combustione del carburante, otteniamo le seguenti dipendenze quantitative.

Per ottenere unità di quantità specifiche, queste devono essere espresse dalle formule corrispondenti e le unità di calore - 1 J, massa - 1 kg e per calore specifico - e 1 K dovrebbero essere sostituite nelle espressioni risultanti.

Otteniamo unità: capacità termica specifica - 1 J / kg K, altri calori specifici: 1 J / kg.

Il cambiamento di energia interna durante il lavoro è caratterizzato dalla quantità di lavoro, cioè il lavoro è una misura della variazione di energia interna in un dato processo. La variazione dell'energia interna di un corpo durante il trasferimento di calore è caratterizzata da una quantità chiamata quantità di calore.

è la variazione dell'energia interna del corpo nel processo di trasferimento del calore senza compiere lavoro. La quantità di calore è indicata dalla lettera Q .

Il lavoro, l'energia interna e la quantità di calore sono misurati nelle stesse unità: joule ( J), come qualsiasi altra forma di energia.

Nelle misurazioni termiche, una speciale unità di energia, la caloria ( feci), uguale a la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 grado Celsius la temperatura di 1 grammo di acqua (più precisamente da 19,5 a 20,5°C). Questa unità, in particolare, è attualmente utilizzata nel calcolo del consumo di calore (energia termica) nei condomini. Empiricamente è stato stabilito l'equivalente meccanico del calore, il rapporto tra calorie e joule: 1 cal = 4,2 J.

Quando un corpo cede una certa quantità di calore senza compiere lavoro, la sua energia interna aumenta, se un corpo cede una certa quantità di calore, allora la sua energia interna diminuisce.

Se versi 100 g di acqua in due recipienti identici e 400 g in un altro alla stessa temperatura e li metti sugli stessi fornelli, l'acqua nel primo recipiente bollirà prima. Pertanto, maggiore è la massa del corpo, maggiore è la quantità di calore necessaria per riscaldarsi. Lo stesso vale per il raffreddamento.

La quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo dipende anche dal tipo di sostanza di cui è composto questo corpo. Questa dipendenza della quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo dal tipo di sostanza è caratterizzata da una quantità fisica chiamata capacità termica specifica sostanze.

- si tratta di una grandezza fisica pari alla quantità di calore che bisogna riferire a 1 kg di una sostanza per riscaldarla di 1°C (o 1 K). La stessa quantità di calore viene ceduta da 1 kg di sostanza raffreddata di 1 °C.

La capacità termica specifica è indicata con la lettera Con. L'unità di capacità termica specifica è 1J/kg°C o 1 J/kg°K.

I valori della capacità termica specifica delle sostanze sono determinati sperimentalmente. I liquidi hanno una capacità termica specifica maggiore rispetto ai metalli; L'acqua ha il calore specifico più alto, l'oro ha un calore specifico molto piccolo.

Poiché la quantità di calore è uguale alla variazione dell'energia interna del corpo, possiamo dire che la capacità termica specifica mostra quanto cambia l'energia interna 1 kg sostanza quando la sua temperatura cambia 1°C. In particolare, l'energia interna di 1 kg di piombo, quando viene riscaldato di 1 °C, aumenta di 140 J, mentre quando viene raffreddato diminuisce di 140 J.

Q \u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Secondo la stessa formula viene calcolata anche la quantità di calore che il corpo emette quando si raffredda. Solo in questo caso la temperatura finale va sottratta dalla temperatura iniziale, cioè Sottrarre la temperatura più piccola da quella più grande.

Questa è una sinossi sull'argomento. "Quantità di calore. Calore specifico". Scegli i passaggi successivi:

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Capacità termicaè la quantità di calore assorbita dal corpo quando riscaldato di 1 grado.

La capacità termica del corpo è indicata con una lettera latina maiuscola CON.

Cosa determina la capacità termica di un corpo? Innanzitutto dalla sua massa. È chiaro che riscaldare, ad esempio, 1 chilogrammo di acqua richiederà più calore rispetto al riscaldamento di 200 grammi.

E il tipo di sostanza? Facciamo un esperimento. Prendiamo due recipienti identici e, versando in uno acqua del peso di 400 g e nell'altro olio vegetale del peso di 400 g, inizieremo a scaldarli con l'aiuto di bruciatori identici. Osservando le letture dei termometri, vedremo che l'olio si riscalda rapidamente. Per riscaldare l'acqua e l'olio alla stessa temperatura, l'acqua deve essere riscaldata più a lungo. Ma più a lungo riscaldiamo l'acqua, più calore riceve dal bruciatore.

Pertanto, per riscaldare la stessa massa di sostanze diverse alla stessa temperatura, sono necessarie quantità diverse di calore. La quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo e, di conseguenza, la sua capacità termica dipende dal tipo di sostanza di cui è composto questo corpo.

Quindi, ad esempio, per aumentare di 1°C la temperatura di 1 kg di acqua è necessaria una quantità di calore pari a 4200 J, e per riscaldare di 1°C la stessa massa di olio di girasole è necessaria una quantità di calore pari a 1700 J. J è obbligatorio.

Viene chiamata la quantità fisica che mostra quanto calore è necessario per riscaldare 1 kg di una sostanza di 1 ºС calore specifico questa sostanza.

Ogni sostanza ha la propria capacità termica specifica, che è indicata con la lettera latina c ed è misurata in joule per chilogrammo-grado (J / (kg ° C)).

La capacità termica specifica della stessa sostanza nei diversi stati aggregati (solido, liquido e gassoso) è diversa. Ad esempio, il calore specifico dell'acqua è 4200 J/(kg ºС), e il calore specifico del ghiaccio è 2100 J/(kg ºС); l'alluminio allo stato solido ha una capacità termica specifica di 920 J / (kg - ° C) e allo stato liquido - 1080 J / (kg - ° C).

Tieni presente che l’acqua ha un calore specifico molto elevato. Pertanto, l'acqua nei mari e negli oceani, riscaldandosi in estate, assorbe una grande quantità di calore dall'aria. Per questo motivo, in quei luoghi che si trovano vicino a grandi specchi d'acqua, l'estate non è così calda come nei luoghi lontani dall'acqua.

Calcolo della quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo o da esso ceduta durante il raffreddamento.

Da quanto precede risulta chiaro che la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo dipende dal tipo di sostanza di cui è composto il corpo (cioè dalla sua capacità termica specifica) e dalla massa del corpo. È anche chiaro che la quantità di calore dipende da quanti gradi aumenteremo la temperatura del corpo.

Quindi, per determinare la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo o rilasciata da esso durante il raffreddamento, è necessario moltiplicare il calore specifico del corpo per la sua massa e la differenza tra la sua temperatura finale e quella iniziale:

Q= cm (t2-t1),

Dove Q- quantità di calore, C- capacità termica specifica, M- massa corporea, t1- temperatura iniziale, t2- temperatura finale.

Quando il corpo è riscaldato t2> t1 e quindi Q >0 . Quando il corpo si raffredda t 2e< t1 e quindi Q< 0 .

Se si conosce la capacità termica dell'intero corpo CON, Qè determinato dalla formula: Q \u003d C (t 2 - t1).

22) Fusione: definizione, calcolo della quantità di calore di fusione o solidificazione, calore specifico di fusione, grafico della t 0 (Q).

Termodinamica

Una branca della fisica molecolare che studia il trasferimento di energia, i modelli di trasformazione di alcuni tipi di energia in altri. A differenza della teoria cinetica molecolare, la termodinamica non tiene conto della struttura interna delle sostanze e dei microparametri.

Sistema termodinamico

Si tratta di un insieme di corpi che scambiano energia (sotto forma di lavoro o calore) tra loro o con l'ambiente. Ad esempio, l'acqua nella teiera si raffredda, avviene lo scambio di calore dell'acqua con la teiera e della teiera con l'ambiente. Cilindro con gas sotto il pistone: il pistone esegue un lavoro, a seguito del quale il gas riceve energia e i suoi macro parametri cambiano.

Quantità di calore

Questo energia, che viene ricevuto o ceduto dal sistema nel processo di scambio termico. Indicato con il simbolo Q, misurato, come ogni energia, in Joule.

Come risultato di vari processi di trasferimento del calore, l'energia trasferita viene determinata in modo diverso.

Riscaldamento e raffreddamento

Questo processo è caratterizzato da un cambiamento nella temperatura del sistema. La quantità di calore è determinata dalla formula

La capacità termica specifica di una sostanza con misurato dalla quantità di calore necessaria per riscaldarsi unità di massa di questa sostanza per 1K. Riscaldare 1 kg di vetro o 1 kg di acqua richiede una diversa quantità di energia. Il calore specifico è un valore noto già calcolato per tutte le sostanze, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Capacità termica della sostanza C- questa è la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo senza tener conto della sua massa di 1K.

Fusione e cristallizzazione

La fusione è il passaggio di una sostanza dallo stato solido a quello liquido. La transizione inversa è chiamata cristallizzazione.

L'energia spesa per la distruzione del reticolo cristallino di una sostanza è determinata dalla formula

Il calore specifico di fusione è un valore noto per ciascuna sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Vaporizzazione (evaporazione o ebollizione) e condensazione

La vaporizzazione è la transizione di una sostanza dallo stato liquido (solido) allo stato gassoso. Il processo inverso è chiamato condensazione.

Il calore specifico di vaporizzazione è un valore noto per ciascuna sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Combustione

La quantità di calore rilasciata quando una sostanza brucia

Il calore specifico di combustione è un valore noto per ogni sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Per un sistema di corpi chiuso e adiabaticamente isolato, l'equazione del bilancio termico è soddisfatta. La somma algebrica delle quantità di calore ceduto e ricevuto da tutti i corpi partecipanti allo scambio termico è pari a zero:

Q1 +Q2 +...+Qn =0

23) La struttura dei liquidi. strato superficiale. Forza di tensione superficiale: esempi di manifestazione, calcolo, coefficiente di tensione superficiale.

Di tanto in tanto, qualsiasi molecola può spostarsi su un posto vacante adiacente. Tali salti nei liquidi si verificano abbastanza spesso; quindi le molecole non sono legate a determinati centri, come nei cristalli, e possono muoversi attraverso l'intero volume del liquido. Questo spiega la fluidità dei liquidi. A causa della forte interazione tra molecole ravvicinate, possono formare gruppi ordinati locali (instabili) contenenti diverse molecole. Questo fenomeno si chiama ordine a corto raggio(Fig. 3.5.1).

Si chiama il coefficiente β coefficiente di temperatura di espansione del volume . Questo coefficiente per i liquidi è dieci volte maggiore che per i solidi. Per l'acqua, ad esempio, alla temperatura di 20 ° C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, per acciaio β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, per vetro al quarzo β kv ≈ 9 10 - 6 K - 1 .

L'espansione termica dell'acqua presenta un'anomalia interessante e importante per la vita sulla Terra. A temperature inferiori a 4 °C l’acqua si espande al diminuire della temperatura (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Quando l'acqua si congela, si espande, quindi il ghiaccio rimane a galleggiare sulla superficie dello specchio d'acqua ghiacciato. La temperatura dell'acqua ghiacciata sotto il ghiaccio è 0°C. Negli strati d'acqua più densi vicino al fondo del serbatoio, la temperatura è di circa 4 °C. Grazie a ciò, la vita può esistere nell'acqua dei bacini ghiacciati.

La caratteristica più interessante dei liquidi è la presenza superficie libera . Il liquido, a differenza dei gas, non riempie l'intero volume del recipiente in cui viene versato. Tra liquido e gas (o vapore) si forma un'interfaccia che si trova in condizioni particolari rispetto al resto della massa liquida, occorre tenere presente che, a causa della bassissima comprimibilità, la presenza di una superficie più densa strato non comporta alcun cambiamento evidente nel volume del liquido. Se la molecola si sposta dalla superficie al liquido, le forze dell'interazione intermolecolare svolgeranno un lavoro positivo. Al contrario, per trascinare un certo numero di molecole dalla profondità del liquido alla superficie (cioè aumentare la superficie del liquido), le forze esterne devono compiere un lavoro positivo Δ UN esterno, proporzionale alla variazione Δ S superficie:

Dalla meccanica è noto che gli stati di equilibrio di un sistema corrispondono al valore minimo della sua energia potenziale. Ne consegue che la superficie libera del liquido tende a ridurre la sua area. Per questo motivo una goccia libera di liquido assume una forma sferica. Il fluido si comporta come se le forze agissero tangenzialmente alla sua superficie, riducendo (contraendola) questa superficie. Queste forze sono chiamate forze di tensione superficiale .

La presenza di forze di tensione superficiale fa sì che la superficie del liquido assomigli ad una pellicola elastica stirata, con l'unica differenza che le forze elastiche nel film dipendono dalla sua area superficiale (cioè da come il film si deforma), e le forze di tensione superficiale non dipendere sulla superficie del liquido.

Alcuni liquidi, come l'acqua saponata, hanno la capacità di formare pellicole sottili. Tutte le bolle di sapone conosciute hanno la forma sferica corretta: questo manifesta anche l'azione delle forze di tensione superficiale. Se si immerge nella soluzione saponata una struttura metallica, di cui uno dei lati è mobile, questa sarà interamente ricoperta da una pellicola di liquido (Fig. 3.5.3).

Le forze di tensione superficiale tendono ad accorciare la superficie del film. Per bilanciare il lato mobile del telaio è necessario applicare ad esso una forza esterna: se sotto l'azione della forza la traversa si sposta di Δ X, allora il lavoro Δ UN ext = FΔ esterno X = Δ Ep = σΔ S, dove ∆ S = 2lΔ Xè l'incremento della superficie di entrambi i lati della pellicola di sapone. Poiché i moduli delle forze e sono uguali, possiamo scrivere:

Pertanto, il coefficiente di tensione superficiale σ può essere definito come modulo della forza di tensione superficiale agente per unità di lunghezza della linea che delimita la superficie.

A causa dell'azione delle forze di tensione superficiale nelle gocce di liquido e all'interno delle bolle di sapone, si verifica una pressione eccessiva Δ P. Se tagliamo mentalmente una goccia sferica di raggio R in due metà, ciascuna di esse deve essere in equilibrio sotto l'azione delle forze di tensione superficiale applicate al confine del taglio con una lunghezza di 2π R e forze di sovrappressione agenti sull'area π R 2 sezioni (Fig. 3.5.4). La condizione di equilibrio è scritta come

Se queste forze sono maggiori delle forze di interazione tra le molecole del liquido stesso, allora il liquido bagna la superficie di un corpo solido. In questo caso, il liquido si avvicina alla superficie del corpo solido con un angolo acuto θ, caratteristico della coppia liquido-solido data. L'angolo θ si chiama angolo di contatto . Se le forze di interazione tra le molecole liquide superano le forze della loro interazione con le molecole solide, allora l'angolo di contatto θ risulta essere ottuso (Fig. 3.5.5). In questo caso si dice liquido non bagna la superficie di un corpo solido. A bagnatura completaθ = 0, a completa non bagnabilitàθ = 180°.

fenomeni capillari chiamato salita o discesa del fluido in tubi di piccolo diametro - capillari. I liquidi bagnanti salgono attraverso i capillari, i liquidi non bagnanti scendono.

Nella fig. 3.5.6 mostra un tubo capillare di un certo raggio R abbassato dall'estremità inferiore in un liquido bagnante di densità ρ. L'estremità superiore del capillare è aperta. La risalita del liquido nel capillare continua fino a quando la forza di gravità che agisce sulla colonna di liquido nel capillare diventa uguale in valore assoluto alla risultante F n forze di tensione superficiale che agiscono lungo il confine di contatto del liquido con la superficie del capillare: F t = F n, dove F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π R cosθ.

Ciò implica:

Con totale non bagnabilità, θ = 180°, cos θ = –1 e, quindi, H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

L'acqua bagna quasi completamente la superficie del vetro pulita. Al contrario, il mercurio non bagna completamente la superficie del vetro. Pertanto, il livello di mercurio nel capillare di vetro scende al di sotto del livello nel recipiente.

24) Vaporizzazione: definizione, tipologie (evaporazione, ebollizione), calcolo della quantità di calore per vaporizzazione e condensazione, calore specifico di vaporizzazione.

Evaporazione e condensazione. Spiegazione del fenomeno dell'evaporazione basata su idee sulla struttura molecolare della materia. Calore specifico di vaporizzazione. Le sue unità.

Si chiama il fenomeno della trasformazione del liquido in vapore vaporizzazione.

Evaporazione - il processo di vaporizzazione che avviene da una superficie aperta.

Le molecole liquide si muovono a velocità diverse. Se una qualsiasi molecola si trova sulla superficie del liquido, può superare l'attrazione delle molecole vicine e volare fuori dal liquido. Le molecole che fuoriescono formano vapore. Le velocità delle restanti molecole liquide cambiano in caso di collisione. In questo caso, alcune molecole acquisiscono una velocità sufficiente per volare fuori dal liquido. Questo processo continua, quindi i liquidi evaporano lentamente.

*La velocità di evaporazione dipende dal tipo di liquido. Evaporano più velocemente i liquidi in cui le molecole vengono attratte con minore forza.

*L'evaporazione può avvenire a qualsiasi temperatura. Ma a temperature più elevate, l’evaporazione è più rapida .

*La velocità di evaporazione dipende dalla sua superficie.

*Con il vento (flusso d'aria), l'evaporazione avviene più velocemente.

Durante l'evaporazione, l'energia interna diminuisce, perché. durante l'evaporazione, le molecole veloci lasciano il liquido, pertanto la velocità media delle molecole rimanenti diminuisce. Ciò significa che se non c'è afflusso di energia dall'esterno, la temperatura del liquido diminuisce.

Si chiama il fenomeno della trasformazione del vapore in liquido condensazione. È accompagnato dal rilascio di energia.

La condensazione del vapore spiega la formazione delle nuvole. Il vapore acqueo che sale dal suolo forma negli strati freddi superiori dell'aria nuvole costituite da minuscole gocce d'acqua.

Calore specifico di vaporizzazione - fisico. una quantità che indica la quantità di calore necessaria per trasformare un liquido di massa 1 kg in vapore senza modificare la temperatura.

Oud. calore di vaporizzazione indicato con la lettera L e si misura in J/kg

Oud. calore di vaporizzazione dell'acqua: L=2,3×10 6 J/kg, alcool L=0,9×10 6

Quantità di calore necessaria per trasformare il liquido in vapore: Q = Lm