Для чего потребуется больше энергии для нагревания 1 кг льда: Для чего потребуется больше энергии — для нагревания 1 кг льда от —10 до 0 °С или для нагревания 1 кг воды от 0 до 10 °С?

Содержание

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.

Удельная теплоёмкость — урок. Физика, 8 класс.

Для того чтобы нагреть на определённую величину тела, взятые при одинаковой температуре, изготовленные из различных веществ, но имеющие одинаковую массу, требуется разное количество теплоты.

Пример:

Для нагревания \(1\) кг воды на \(1 \)°С требуется количество теплоты, равное \(4200\) Дж. А если нагревать \(1\) кг цинка на \(1\) °С, то потребуется всего \(400\) Дж. 

Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать веществу массой \(1\) кг для того, чтобы его температура изменилась на \(1\) °С, называется удельной теплоёмкостью вещества.

Обрати внимание!

Удельная теплоёмкость обозначается буквой \(с\) и измеряется в Дж/(кг·°С).

Пример:

Удельная теплоёмкость серебра равна \(240\) Дж/(кг·°С). Это означает, что для нагревания серебра массой \(1\) кг на \(1\) °С необходимо количество теплоты, равное \(240\) Дж.

При охлаждении серебра массой \(1\) кг на \(1\) °С выделится количество теплоты, равное \(240\) Дж.

Это означает, что если меняется температура серебра массой \(1\) кг на \(1\) °С, то оно или поглощает, или выделяет количество теплоты, равное \(240\) Дж.

Таблица 1. Удельная теплоёмкость некоторых веществ.

 

Твёрдые вещества

Вещество

\(c\),

Дж/(кг·°С)

Алюминий

\(920\)

Бетон

\(880\)

Дерево

\(2700\)

Железо,

сталь

\(460\)

Золото

\(130\)

Кирпич

\(750\)

Латунь

\(380\)

Лёд

\(2100\)

Медь

\(380\)

Нафталин

\(1300\)

Олово

\(230\)

Парафин

\(3200\)

Песок

\(970\)

Платина

\(130\)

Свинец

\(120\)

Серебро

\(240\)

Стекло

\(840\)

Цемент

\(800\)

Цинк

\(400\)

Чугун

\(550\)

Сера

\(710\)

 

Жидкости

Вещество

\(c\),

Дж/(кг·°C)

Вода

\(4200\)

Глицерин

\(2400\)

Железо

\(830\)

Керосин

\(2140\)

Масло

подсолнечное

\(1700\)

Масло

трансформаторное

\(2000\)

Ртуть

\(120\)

Спирт

этиловый

\(2400\)

Эфир

серный

\(2300\)

 

Газы (при постоянном давлении и температуре \(20\) °С)

Вещество

\(c\),

Дж/(кг·°C)

Азот

\(1000\)

Аммиак

\(2100\)

Водород

\(14300\)

Водяной

пар

\(2200\)

Воздух

\(1000\)

Гелий

\(5200\)

Кислород

\(920\)

Углекислый

газ

\(830\)

 

Удельная теплоемкость реальных газов, в отличие от идеальных газов, зависит от давления и температуры. И если зависимостью удельной теплоемкости реальных газов от давления в практических задачах можно пренебречь, то зависимость удельной теплоемкости газов от температуры необходимо учитывать, поскольку она очень существенна.

 

Обрати внимание!

Удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.

Пример:

Вода в жидком состоянии имеет удельную теплоёмкость, равную \(4200\) Дж/(кг·°С), в твёрдом состоянии (лёд) — \(2100\) Дж/(кг·°С), в газообразном состоянии (водяной пар) — \(2200\) Дж/(кг·°С).

Вода — вещество особенное, обладающее самой высокой среди жидкостей удельной теплоёмкостью. Но самое интересное, что теплоёмкость воды снижается при температуре от \(0\) °С до \(37\) °С и снова растёт при дальнейшем нагревании.

 

 

В связи с этим вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из окружающей среды огромное количество теплоты. А зимой вода остывает и отдаёт в окружающую среду большое количество теплоты. Поэтому в районах, расположенных вблизи водоёмов, летом не бывает очень жарко, а зимой очень холодно.

 

 

Из-за высокой удельной теплоёмкости воду широко используют в технике и быту. Например, в отопительных системах домов, при охлаждении деталей во время их обработки на станках, в медицине (в грелках) и др.

 

 

Именно благодаря высокой удельной теплоёмкости вода является одним из лучших средств для борьбы с огнём. Соприкасаясь с пламенем, она моментально превращается в пар, отнимая большое количество теплоты у горящего предмета.

 

 

Помимо непосредственного отвода тепла, вода гасит пламя ещё и косвенным образом. Водяной пар, образующийся при контакте с огнём, окутывает горящее тело, предотвращая поступление кислорода, без которого горение невозможно.

Какой водой эффективнее тушить огонь: горячей или холодной? Горячая вода тушит огонь быстрее, чем холодная. Дело в том, что нагретая вода скорее превратится в пар, а значит, и отсечёт поступление воздуха к горящему объекту.

 

Источники:

Пёрышкин А.В. Физика, 8 кл.: учебник. — М.: Дрофа, 2013. — 237 с.

www.infourok.ru

www.puzzleit.ru

www.libma.ru

www.englishhelponline.files.wordpress.com

www.avd16.ru

Тест №4. Плавление и отвердевание Вариант 1. 1. При плавлении твердого тела его температура А. не изменяется. Б. увеличивается. В. уменьшается. 2. Удельная теплота плавления льда равна 3,4*105 Дж/кг. Это означает, что A. для плавления 1 кг льда

4. Плавление и отвердеваниеВариант 1.
1. При плавлении твердого тела его температура…
А. не изменяется. Б. увеличивается. В. уменьшается.
2. Удельная теплота плавления льда равна 3,4*105 Дж/кг. Это означает, что…
A. для плавления 1 кг льда требуется 3,4*105 Дж теплоты.
Б. для плавления 3,4*105 кг льда требуется 1 Дж теплоты.
В. При плавлении 1 кг льда выделяется 3,4*105 Дж теплоты.
3. Самая низкая температура зимой в Москве достигала -32 °С. Можно ли измерить такую температуру спиртовым и ртутным термометрами?
A. Можно как спиртовым, так и ртутным термометрами.Б. Нельзя.
B.Можно только спиртовым термометром.Г. Можно только ртутным термометром.
4. Что можно сказать о внутренней энергии расплавленного и нерасплавленного куска меди массой 1 кг при температуре 1085 °С?
А. Их внутренние энергии одинаковы.
Б. Внутренняя энергия у расплавленного куска меди больше.
В. Внутренняя энергия у расплавленного куска меди меньше.
5. Какая энергия требуется для плавления 1 кг льда, взятого при температуре плавления?
А. 3,4*105 Дж. Б. 0,25*105 Дж. В. 2*105 Дж.
6. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для плавления 2 кг свинца, имеющего температуру 227 °С.
А. 5*107 Дж. Б. 0,78*105 Дж. В. 0,5*107 Дж.
7. Какое количество теплоты выделится при кристаллизации и охлаждении
4 кг меди до температуры 585 °С?
А. 5000 кДж. Б. 3200 кДж. В. 1640 кДж.
8. На рисунке 1 представлен график охлаждения и кристаллизации твердого тела. Какому процессу соответствует участок графика ВС?
А. Охлаждение. Б. Плавление. В. Кристаллизация.
9. Для какого вещества представлен график плавления и нагревания (рис. 2)?
А. Лед. Б. Олово. В. Цинк.
10. Определите по графику (см. рис. 2), какое количество теплоты потребуется для нагревания и плавления 2 кг твердого вещества.
А. 400 кДж. Б. 890 кДж. В. 1200 кДж.
Вариант 2.
1. При кристаллизации температура твердого тела.
A. увеличивается. Б. уменьшается. В. не изменяется.
2. В каких единицах измеряется удельная теплота плавление вещества?
А.13 EMBED Equation.3 1415. Б. 13 EMBED Equation.3 1415. В. 13 EMBED Equation.3 1415.
3. При прохождении через плотные слои атмосферы поверхность ракеты нагревается от 1500 до 2000 °С. Какие металлы используют для изготовления наружной поверхности ракеты?
А. Осмий. Б. Алюминий. В. Сталь. Г. Золото. Д. Медь.
4. Сравните внутренние энергии 1кг воды и 1кг льда при температуре 0°С.
A. Внутренние энергии одинаковы.
Б. Вода имеет большую внутреннюю энергию.
B. Лед имеет большую внутреннюю энергию.
5. Какое количество теплоты выделяется при кристаллизации 1 кг олова, взятого при температуре 232 °С?
А. 0,4*105 Дж. Б. 0,6*105 Дж. В. 105 Дж.
6. Какое количество теплоты выделится при кристаллизации цинка массой 5 кг, имеющего температуру 520 °С?
А. 700 кДж. Б. 2,6*107 Дж. В. 0,6*105 Дж.
7. Какое количество теплоты потребуется для плавления 3 кг льда, имеющего температуру -20 °С?
А. 2006 кДж. Б. 1146 кДж. В. 3546 кДж.
8. На рисунке 3 представлен график нагревания и плавления кристал-лического тела. Какому процессу соответствует участок графика ВС?
А. Нагревание. Б. Отвердевание. В. Плавление.
9. Для какого вещества представлен график охлаждения и кристаллизации (рис. 4)?
А. Лед. Б. Медь. В. Олово.
10. Определите по графику (см. рис. 4), какое количество теплоты выделится при охлаждении 4 кг жидкого вещества и его кристаллизации.
А. 286 кДж. {16} \textrm{ кг}$$

С растопкой льда мы разобрались, но что случится с бедными животными?

Тут подойдут всеми любимые сценарии Глобального Потепления™. Однако как повлияет на затопление нашей любимой планеты вольфрам?

А никак! Такая огромная масса вольфрама займёт всего 700 км³. Для сравнения, объём озера Байкал — 23 500 км³.

Но зачем останавливаться на достигнутом, давайте лучше ИСПАРИМ весь лёд. Так ведь круче и больше разрушений. В числах всё очень просто — увеличим количество вольфрама в 2,25 раза и получим нужную массу.

Вот теперь нам точно конец, если весь пар поднимется в воздух, то на Земле вместо Глобального Потепления™ наступит Глобальное Похолодание™.

Так, где мои динозавры, я вас спрашиваю!

Ответ № 2. Автор: Станислав

Что, если бы в действительности существовал аналог Плоского мира, Терри Пратчетта (диск диаметром 10 000 миль (предполагается также, что он достаточно массивный, чтобы удерживать атмосферу), с солнцем, вращающимся вокруг и распределяющим тепло так, чтобы в ближних к нему областях было лето, а в дальних — зима), то какие будут на нем климатические условия? Будут ли они вообще пригодны для жизни?

Интересно, что Терри Пратчетт довольно правильно смоделировал смены времен года.

Количество тепла, получаемого от солнца, сильно зависит (помимо самого светимости солнца) от угла падения солнечных лучей и длины пути лучей через атмосферу[1].↲Солнечная, земная и атмосферная радиация↳ Тогда выходит, что наибольшее количество тепла (что соответствует нашему лету) будут получать те участки Диска, которые находятся на линии проекции движения солнца на Диск. Соответственно на территориях, расположенных на перпендикуляре линии сечения, будет зима. Таким образом, за год (время за которое Диск совершает полный оборот) будут меняться 8 времен года (по две зимы, весны, осени и лета), как и предполагал Терри Пратчетт.

Его главная ошибка была в расположении тропиков и полюсов (в климатическом смысле этого слова). Пупземелье (точка соответствующая центру Диска) всегда будет располагаться на линии проекции движения солнца, а следовательно там всегда лето. На краю диска смена времен года наиболее выражена и соответствуют больше нашим умеренным широтам.

Судя по всему, в обычных условиях Диск был бы комфортным для проживания, однако в наших рассуждениях есть одно сильное допущение — а именно, что атмосфера на Диске подобно нашей.

Если принимать во внимание только немагические законы физики, то концентрация воздуха сильно отличалась бы от земной. Центр масс нашей системы находился бы где-то в области хвостов слонов. Поэтому в центре Диска атмосферное давление было бы наибольшим, на краю — наименьшим, причем разница была бы в разы. Или там, или там жить было бы крайне не комфортно.

Но не будем забывать о фоновом магическом поле. Если верить заверениям автора, что в условиях сильного магического поля скорость света становится дозвуковой[2],↲Источник — множество книг о Плоском мире↳ то магия подобна черной дыре — вблизи ее источника законы физики сильно искажаются. Так что пока законы магии властвуют на Диске, город Анк-Морпорк может спать спокойно.

Ответ № 3. Автор: Алексей

Всем известно, что тёплая вода легче холодной. Что, если сделать корабль, который плавает за счёт этого? Сколько нужно тёплой воды, чтобы перевезти на таком корабле всех людей на Земле?

Воздухоплавание не просто так называется «плаванием», благодаря любимому многими закону Архимеда, воздушные шарики всплывают в воздушном океане.

Согласно Википедии[3],↲en:w:Maersk Triple E class↳ да и паре других источников Maersk Triple E class, может, и не является действительном самым большим кораблём, но он уж точно самый гигантский среди серийных. Я даже не берусь представить насколько он огромный. Просто для справки — он не может пройти через Ла-Манш. Мелковат.

Его максимальное водоизмещение 165 000 000 кг. Согласно одной из статей «Что если?», масса всего человечества 400 миллиардов килограмм. То есть нам понадобится 2500 кораблей, чтобы перевезти всё человечество. А их уже есть 4 штуки и ещё 6 строится! Мы как никогда близки!

Давайте всё таки перестанем восхищаться тем, насколько человечество крутое и вернёмся к вопросу.

Плотность воды при температуре 0 °C — 999,8 кг/м³[4],↲Свойства жидкой воды H2O в зависимости от температуры↳ а при температуре 100 °C, — 950,7 кг/м³, это значит, чтобы поднять 49,1 кг груза нам нужно иметь кубометр кипятка. Маловато.

К сожалению это предел, ну или почти предел, поскольку при повышении температуры нужно увеличивать давление. Законы термодинамики, знаете ли. А чем больше давление, тем более прочные стенки нужно иметь.

Например[5],↲Давление насыщенного пара воды от 0 °С до 374 °С↳ говорит, что при температуре 370 градусов (плотность — 448,4 кг/м³), давление пара будет 210 атмосфер. Зато мы сможем взять 551,4 кг груза. Уже неплохо.

Встаёт вопрос о том, какой материал использовать для стенок. Есть идея использовать что-то вроде аэрографита[6].↲Мировой рекорд: произведен самый легкий материал в мире↳ Его плотность настолько мала, что его вес можно просто не учитывать в конструкции корабля. Единственный минус — он пористый.

Ещё хороший вариант — кевлар, согласно данным из Википедии, предел прочности 3620 МПа. Единственный минус, кевлар плохо переносит высокие температуры, например при 250 °C кевлар теряет 50% своей прочности за 70 часов. А максимальная температура при которой вообще существует кевлар как вещество порядка 450 °C.

Ладно,пусть и ненадолго, но он нам подойдёт. {11}$ Джоулей. Это примерно 416 МВт энергии, это немного, как я упоминал в ответах к прошлому выпуску, самая мощная электростанция — 8ГВт. Массу одного реактора можно принять за 1300 тонн[7],↲Перевозка реактора весом 1300 тонн по М53 претендует на рекорд↳ на самой мощной АЭС всего находится 7 энергоблоков, так что вынимаем из нагрузки 10 000 тонн, и получаем в сухом остатке 80 000 тонн.

Таким образом, чтобы перевезти всё человечество нам понадобится всего 5000 таких кораблей. Разумно.

Ответ № 4. Автор: Алексей

Что, если бы в действительности существовал аналог Плоского мира, Терри Пратчетта (диск диаметром 10 000 миль (предполагается также, что он достаточно массивный, чтобы удерживать атмосферу), с солнцем, вращающимся вокруг и распределяющим тепло так, чтобы в ближних к нему областях было лето, а в дальних — зима), то какие будут на нем климатические условия? Будут ли они вообще пригодны для жизни?

Не знаю как вас, а меня очень беспокоит черепаха. {17}$ метров.

Думаю у них не будет проблем с вакуумом. Ну, теперь я спокоен.

Ответ № 5. Автор: Андрей

Всем известно, что тёплая вода легче холодной. Что, если сделать корабль, который плавает за счёт этого? Сколько нужно тёплой воды, чтобы перевезти на таком корабле всех людей на Земле?

Согласно (этой таблице), наибольшей плотностью обладает вода с температурой 3,98 по Цельсию. Средняя температура вод Мирового океана — 17,5 °C[8],↲Температура вод мирового океана↳ её плотность примерно равна 9987 кг/м³ (если считать, что это средняя плотность между таковыми при 17 и 18 градусах).

Поскольку при нагревании все вещества расширяются, нам имеет смысл нагреть воду прямо до температуры кипения — до 100 градусов, да так её и поддерживать. Плотность воды при 100 °C равна 9584 кг/м³[9].↲Скажите, пожалуйста, как расчитать плотность воды при различных температурах?

Теперь попробуем понять, что нам это даст в смысле плавания корабля. Как известно, стальные корабли плавают благодаря тому, что в большой части помещений, находящихся под уровнем воды, находится воздух, который благодаря своей низкой плотности как бы компенсирует высокую плотность стали, позволяя выталкивающей силе воды держать эту «стально-воздушную» сборную солянку на плаву. Плотность воздуха — 1,225 кг/м³, что в 7824 раза меньше плотности воды при кипении.

Это значит, что если бы мы решили оставить конструкцию корабля точно такой же, только вместо воздуха трюмовые помещения заполнить горячей водой, то такое судно для того, чтобы удержаться на плаву, должно быть в семь тысяч раз больше тех кораблей, которые мы с вами привыкли видеть! Если бы на таком принципе плавал «Титаник», то он бы теоретически оседал на 30 километров в глубину[10].↲w:Титаник

В таком случае ему бы и не понадобилось плавать — даже Марианский жёлоб может похвастаться глубиной, которая лишь в три раза меньше такой осадки. О каких тогда айсбергах шла бы речь — он бы их раздавливал, как человек, идущий по обломкам сосулек!

Хорошо, в таком случае можно придумать собственный тип корабля! Заменим сталь на алюминий, пожалуй, самый лёгкий металл, не слишком сильно реагирующий на воду.

Плотность стали — в среднем 7800 кг/м³, алюминия — 2699 кг/м³. Опять-таки, оставляя конструкцию прежней, мы уменьшаем размер нашего корабля чуть менее, чем в 3 раза — то есть наш Титаник (имеющий действительно титанические размеры), погружённый в воду у Марианской впадины, в районе бездны Челленджера почти дотянется ватерлинией до уровня воды. Ладно…

Мы помним, что мало сконструировать такой корабль и заставить его плавать, нужно ещё перемещать на нём людей. Попробуем сделать большую воздушную капсулу прямо в подводной части нашего корабля и поместим всех людей туда.

Всего людей на Земле живёт 7 миллиардов[11].↲w:Население Земли↳ Это значит, что если собрать всех людей в кучу, то они займут собой примерно 49 миллионов кубометров.

Человек на 80% состоит из воды, поэтому плотность тела человека близка к плотности воды. При температуре 36,6 °C плотность воды — приблизительно 9930 кг/м³.

Если бы вдруг наш океан смог бы стать настолько глубоким, что наш Титаник с 10-километровой осадкой смог бы спокойно в нём плавать, то водоизмещение такого судна составило бы 1 175 774 тонн. Это нижняя граница, при которой судно будет держаться на пределе своих возможностей. Если хотя бы один человек из семи миллиардов перевозимых прыгнет — наш корабль утонет. И айсбергов тоже придётся поберечься: алюминий куда менее крепкий, чем сталь, и даже если айсберги сохранят свои обычные размеры, будет велик риск, что корабль утонет: если не от пробоины, то от потери равновесия при ударе.

На борту «Титаника» было около 2600 человек (включая экипаж), из них спаслись 712 — около 27%. Если бы наш «Титаник» затонул, то при таком же раскладе бы погибло 5 миллиардов 110 миллионов человек. Я бы точно не хотел быть членом экипажа такого хрупкого корабля, от удержания которого на плаву зависит жизнь стольких людей.

Применение уравнения теплового баланса | Физика

1. Первый закон термодинамики и уравнение теплового баланса

До сих пор мы рассматривали первый закон термодинамики применительно к газам. Отличительной особенностью газа является то, что его объем может значительно изменяться. Поэтому согласно первому закону термодинамики переданное газу количество теплоты Q равно сумме совершенной газом работы и изменения его внутренней энергии:

Q = ∆U + Aг.

В этом параграфе мы рассмотрим случаи, когда некоторое количество теплоты сообщают жидкости или твердому телу. При нагревании или охлаждении они незначительно изменяются в объеме, поэтому совершенной ими при расширении работой обычно пренебрегают. Следовательно, для жидкостей и твердых тел первый закон термодинамики можно записать в виде

Q = ∆U.

Простота этого уравнения, однако, обманчива.

Дело в том, что внутренняя энергия тела представляет собой только суммарную кинетическую энергию хаотического движения составляющих его частиц лишь тогда, когда этим телом является идеальный газ. В таком случае, как мы уже знаем, внутренняя энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре (§ 42). В жидкостях же и в твердых телах большую роль играет потенциальная энергия взаимодействия частиц. А она, как показывает опыт, может изменяться даже при постоянной температуре!

Например, если передавать некоторое количество теплоты смеси воды со льдом, то ее температура будет оставаться постоянной (равной 0 ºС), пока весь лед не растает. (Именно по этой причине температуру таяния льда и приняли в свое время в качестве опорной точки при определении шкалы Цельсия.) При этом подводимое тепло расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул:чтобы превратить кристалл в жидкость, необходимо затратить энергию на разрушение кристаллической решетки.

Похожее явление происходит и при кипении: если передавать некоторое количество теплоты воде при температуре кипения, ее температура будет оставаться постоянной (равной 100 ºС при нормальном атмосферном давлении), пока вся вода не выкипит. (Потому ее и выбрали в качестве второй опорной точки для шкалы Цельсия.) В этом случае подводимое тепло также расходуется на увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул.

Может показаться странным, что потенциальная энергия взаимодействия молекул в паре больше, чем в воде. Ведь молекулы газа почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому потенциальную энергию их взаимодействия естественно принять за нулевой уровень. Так и поступают. Но тогда потенциальную энергию взаимодействия молекул в жидкости надо считать отрицательной.

Такой знак потенциальной энергии взаимодействия характерен для притягивающихся тел. В таком случае, чтобы увеличить расстояние между телами, надо совершить работу, то есть увеличить потенциальную энергию их взаимодействия. И если после этого она становится равной нулю, значит, до этого она была отрицательной.

Итак, изменение состояния жидкостей и твердых тел при сообщении им некоторого количества теплоты надо рассматривать с учетом возможности изменения их агрегатного состояния. Изменения агрегатного состояния называют фазовыми переходами. Это – превращение твердого тела в жидкость (плавление), жидкости в твердое тело (отвердевание или кристаллизация), жидкости в пар (парообразование) и пара в жидкость (конденсация).

Закон сохранения энергии в тепловых явлениях, происходящих с жидкостями и твердыми телами, называют уравнением теплового баланса.
Рассмотрим сначала уравнение теплового баланса для случая, когда теплообмен происходит между двумя телами, а их теплообменом с другими телами можно пренебречь (на опыте для создания таких условий используют калориметры – сосуды, которые обеспечивают теплоизоляцию своего содержимого).

Будем считать (как мы считали ранее для газов) переданное телу количество теплоты положительным, если вследствие этого внутренняя энергия тела увеличивается, и отрицательным, если внутренняя энергия уменьшается. В таком случае уравнение теплового баланса имеет вид

Q1 + Q2 = 0,      (1)

где Q1 – количество теплоты, переданное первому телу со стороны второго, а Q2 – количество теплоты, переданное второму телу со стороны первого.

Из уравнения (1) видно, что если одно тело получает тепло, то другое тело его отдает. Скажем, если Q1 > 0, то Q2 < 0.

Если теплообмен происходит между n телами, уравнение теплового баланса имеет вид

Q1 + Q2 + … + Qn = 0.

2. Уравнение теплового баланса без фазовых переходов

Будем считать тело однородным, то есть состоящим целиком из одного вещества (например, некоторая масса воды, стальной или медный брусок и т. д.). Рассмотрим сначала случай, когда агрегатное состояние тела не изменяется, то есть фазового перехода не происходит.

Из курса физики основной школы вы знаете, что в таком случае переданное телу количество теплоты Q прямо пропорционально массе тела m и изменению его температуры ∆t:

Q = cm∆t.     (2)

В этой формуле как Q, так и ∆t могут быть как положительными, так и отрицательными величинами.

Входящую в эту формулу величину с называют удельной теплоемкостью вещества, из которого состоит тело. Обычно в задачах на уравнение теплового баланса используют температуру по шкале Цельсия. Мы тоже будем так поступать.

? 1. На рисунке 48.1 приведены графики зависимости температуры двух тел от переданного им количества теплоты Q. Масса каждого тела 100 г.

а) У какого тела удельная теплоемкость больше и во сколько раз?
б) Чему равна удельная теплоемкость каждого тела?

? 2. В калориметр, содержащий 150 г воды при температуре 20 ºС, погружают вынутый из кипятка металлический цилиндр. Удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кг * К). Примите, что тепловыми потерями можно пренебречь.
а) Объясните, почему справедливо уравнение

cмmм(tк – 100º) + cвmв(tк – 20º) = 0,

где cм и cв – значения теплоемкости данного металла и воды соответственно, mм и mв – значения массы цилиндра и воды соответственно, tк – значение конечной температуры содержимого калориметра, когда в нем установится тепловое равновесие.

б) Какое из двух слагаемых в приведенной формуле положительно, а какое – отрицательно? Поясните ваш ответ.
в) Чему равна удельная теплоемкость данного металла, если масса цилиндра 100 г, а конечная температура равна 25 ºС?
г) Чему равна конечная температура, если цилиндр изготовлен из алюминия, а его масса 100 г? Удельная теплоемкость алюминия равна 0,92 кДж/(кг * К).
д) Чему равна масса цилиндра, если он изготовлен из меди и его конечная температура 27 ºС? Удельная теплоемкость меди 0,4 кДж/(кг * К).

Рассмотрим случай, когда механическая энергия переходит во внутреннюю. Английский физик Дж. Джоуль пытался измерить, насколько нагреется вода в водопаде при ударе о землю.

? 3. С какой высоты должна падать вода, чтобы при ударе о землю ее температура повысилась на 1 ºС? Примите, что во внутреннюю энергию воды переходит половина ее потенциальной энергии.

Полученный вами ответ объяснит, почему ученого постигла неудача. Примите во внимание, что опыты ученый ставил на родине, где высота самого высокого водопада – около 100 м.

Если тело нагревают с помощью электронагревателя или сжигая топливо, надо учитывать коэффициент полезного действия нагревателя. Например, если коэффициент полезного действия нагревателя равен 60 %, это означает, что увеличение внутренней энергии нагреваемого тела составляет 60 % от теплоты, выделившейся при сгорании топлива или при работе электронагревателя.

Напомним также, что при сгорании топлива массой m выделяется количество теплоты Q, которое выражается формулой

Q = qm,

где q – удельная теплота сгорания.

? 4. Чтобы довести 3 л воды в котелке от температуры 20 ºС до кипения, туристам пришлось сжечь в костре 3 кг сухого хвороста. Чему равен коэффициент полезного действия костра как нагревательного прибора? Удельную теплоту сгорания хвороста примите равной 107 Дж/кг.

? 5. С помощью электронагревателя пытаются довести до кипения 10 л воды, но вода не закипает: при включенном нагревателе ее температура остается постоянной, ниже 100 ºС. Мощность нагревателя 500 Вт, коэффициент полезного действия 90 %.
а) Какое количество теплоты передается за 1 с воде от нагревателя?
б) Какое количество теплоты передается за 1 с от воды окружающему воздуху при включенном нагревателе, когда температура воды остается постоянной?
в) Какое количество теплоты передаст вода за 1 мин окружающему воздуху сразу после выключения нагревателя? Считайте, что за это время температура воды существенно не изменится.
г) Насколько понизится температура воды за 1 мин сразу после выключения нагревателя?

3. Уравнение теплового баланса при наличии фазовых переходов

Напомним некоторые факты, известные вам из курса физики основной школы.

Для того чтобы полностью расплавить кристаллическое твердое тело при его температуре плавления, надо сообщить ему количество теплоты Q, пропорциональное массе m тела:

Q = λm.

Коэффициент пропорциональности λ называют удельной теплотой плавления. Она численно равна количеству теплоты, которое надо сообщить кристаллическому телу массой 1 кг при температуре плавления, чтобы полностью превратить его в жидкость. Единицей удельной теплоты плавления является 1 Дж/кг (джоуль на килограмм).

Например, удельная теплота плавления льда равна 330 кДж/кг.

? 6. На какую высоту можно было бы поднять человека массой 60 кг, если увеличить его потенциальную энергию на величину, численно равную количеству теплоты, которая нужна для того, чтобы расплавить 1 кг льда при температуре 0 ºС?

При решении задач важно учитывать, что твердое тело начнет плавиться только после того, как оно все нагреется до температуры плавления. На графике зависимости температуры тела от переданного ему количества теплоты процесс плавления представляет собой горизонтальный отрезок.

? 7. На рисунке 48.2 изображен график зависимости температуры тела массой 1 кг от переданного ему количества теплоты.

а) Какова удельная теплоемкость тела в твердом состоянии?
б) Чему равна температура плавления?
в) Чему равна удельная теплота плавления?
г) Какова удельная теплоемкость тела в жидком состоянии?
д) Из какого вещества может состоять данное тело?

? 8. В атмосферу Земли влетает железный метеорит. Удельная теплоемкость железа равна 460 Дж/(кг * К), температура плавления 1540 ºС, удельная теплота плавления 270 кДж/кг. Начальную температуру метеорита до входа в атмосферу примите равной -260 ºС. Примите, что 80 % кинетической энергии метеорита при движении сквозь атмосферу переходит в его внутреннюю энергию.
а) Какова должна быть минимальная начальная скорость метеорита, чтобы он нагрелся до температуры плавления?
б) Какая часть метеорита расплавится, если его начальная скорость равна 1,6 км/с?

Если при наличии фазовых переходов требуется найти коечную температуру тел, то прежде всего надо выяснить, каким будет конечное состояние. Например, если в начальном состоянии заданы массы льда и воды и значения их температур, то есть три возможности.

В конечном состоянии только лед (такое может быть, если начальная температура льда была достаточно низкой или масса льда была достаточно большой). В таком случае неизвестной величиной является конечная температура льда. Если задача решена правильно, то полученное значение не превышает 0 ºС. При установлении теплового равновесия лед нагревается до этой конечной температуры, а вся вода охлаждается до 0 ºС, затем замерзает, и образовавшийся из нее лед охлаждается до конечной температуры (если она ниже 0 ºС).

В конечном состоянии находятся в тепловом равновесии лед и вода. Такое возможно только при температуре 0 ºС. Неизвестной величиной в таком случае будет конечная масса льда (или конечная масса воды: сумма масс воды и льда дана). Если задача решена правильно, то конечные массы льда и воды положительны. В таком случае при установлении теплового равновесия сначала лед нагревается до 0 ºС, а вода охлаждается до 0 ºС. Затем либо часть льда тает, либо часть воды замерзает.

В конечном состоянии только вода. Тогда неизвестной величиной является ее температура (она должна быть не ниже 0 ºС), В этом случае вода охлаждается до конечной температуры, а льду приходится пройти более сложный путь: сначала он весь нагревается до 0 ºС, затем весь тает, а потом образовавшаяся из него вода нагревается до конечной температуры.

Чтобы определить, какая из этих возможностей реализуется в той или иной задаче, надо провести небольшое исследование.

? 9. В калориметр, содержащий 1,5 л воды при температуре 20 ºС, кладут кусок льда при температуре –10 ºС. Примите, что тепловыми потерями можно пренебречь. Удельная теплоемкость льда 2,1 кДж/(кг * К).
а) Какова могла быть масса льда, если в конечном состоянии в калориметре находится только лед? только вода? лед и вода в тепловом равновесии?
б) Чему равна конечная температура, если начальная масса льда 40 кг?
в) Чему равна конечная температура, если начальная масса льда 200 г?
г) Чему равна конечная масса воды, если начальная масса льда равна 1 кг?

То, что для плавления телу надо сообщить некоторое количество теплоты, кажется естественным. Это явление служит нам добрую службу: оно замедляет таяние снега, уменьшая паводки весной.

А вот то, что при кристаллизации тело отдает некоторое количество теплоты, может удивить: неужели вода при замерзании действительно отдает некоторое количество теплоты? И тем не менее это так: замерзая и превращаясь в лед, вода отдает довольно большое количество теплоты холодному воздуху или льду, температура которых ниже 0 ºС. Это явление тоже служит нам добрую службу, смягчая первые заморозки и наступление зимы.
Учтем теперь возможность превращения жидкости в пар или пара в жидкость.

Как вы знаете из курса физики основной школы, количество теплоты Q, необходимое для того, чтобы превратить жидкость в пар при постоянной температуре, пропорционально массе m жидкости:

Q = Lm.

Коэффициент пропорциональности L называют удельной теплотой парообразования. Она численно равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг жидкости, чтобы полностью превратить ее в пар. Единицей удельной теплоты парообразования является 1 Дж/кг.

Например, удельная теплота парообразования воды при температуре кипения и нормальном атмосферном давлении авиа примерно 2300 кДж/кг.

? 10. В калориметр, в котором находится 1 л воды при температуре 20 ºС, вводят 100 г водяного пара при температуре 100 ºС. Чему будет равна температура в калориметре после установления теплового равновесия? Тепловыми потерями можно пренебречь.

Дополнительные вопросы и задания

11. Чтобы нагреть на плите некоторую массу воды от 20 ºС до температуры кипения, потребовалось 6 мин. Сколько времени потребуется, чтобы вся эта вода выкипела? Примите, что потерями тепла можно пренебречь.

12. В калориметр, содержащий лед массой 100 г при температуре 0 ºС, впускают пар при температуре 100 ºС. Чему будет равна масса воды в калориметре, когда весь лед растает и температура воды будет равна 0 ºС?

13. Нагретый алюминиевый куб положили на плоскую льдину, температура которой 0 ºС. До какой температуры был нагрет куб, если он полностью погрузился в лед? Примите, что потерями тепла можно пренебречь. Удельная теплоемкость алюминия 0,92 кДж/(кг * К).

14. Свинцовая пуля ударяется о стальную плиту и отскакивает от нее. Температура пули до удара равна 50 ºС, скорость 400 м/с. Скорость пули после удара равна 100 м/с. Какая часть пули расплавилась, если во внутреннюю энергию пули перешло 60 % потерянной кинетической энергии? Удельная теплоемкость свинца 0,13 кДж/(кг * К), температура плавления 327 ºС, удельная теплота плавления 25 кДж/кг.

15. В калориметр, в котором содержится 1 л воды при температуре 20 ºС, кладут 100 г мокрого снега, содержание воды в котором (по массе) составляет 60 %. Какая температура установится в калориметре после установления теплового равновесия? Тепловыми потерями можно пренебречь.
Подсказка. Под мокрым снегом подразумевают смесь воды и льда при температуре 0 ºС.

Тест «физика 8 класс «

1. При плавлении твердого тела его температура…
ответ:
не изменяется.
увеличивается.
уменьшается.
2. Удельная теплота плавления льда равна 3,4*105 Дж/кг. Это означает, что …
ответ:
для плавления 1 кг льда требуется 3,4*105Дж теплоты.
для плавления 3,4*105 кг льда требуется 1 Дж теплоты.
при плавлении 1 кг льда выделяется 3,4*105 Дж теплоты.
3. Какой металл, находясь в расплавленном состоянии, может заморозить воду?
ответ:
Свинец.
Олово.
Ртуть.
4. Что можно сказать о внутренней энергии расплавленного и нерасплавленного куска меди массой 1 кг при температуре 10850С?
ответ:
Их внутренние энергии одинаковы.
Внутренняя энергия у расплавленного куска меди больше.
Внутренняя энергия у расплавленного куска меди меньше.
5. Какая энергия требуется для плавления 1 кг льда, взятого при температуре плавления?
ответ:
3,4*105 Дж.
0,25*105 Дж.
2*105 Дж.
6. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для плавления 2 кг свинца, имеющего температуру 2270С.
ответы:
5*107 Дж
0,78*105 Дж
0,5*107 Дж
7. Какое количество теплоты выделится при кристаллизации и охлаждении 4 кг меди до температуры 5850С?
ответ:
5000 кДж.
3200 кДж.
1640 кДж
8. На рисунке представлен график охлаждения и кристаллизации твердого тела. Какому процессу соответствует участок графика ВС?
ответ:
Охлаждение.
Плавление.
Кристаллизация.
9. Для какого вещества представлен график плавления и нагревания?
ответ:
Лед.
Олово.
Цинк.
10. Определите по графику, какое количество теплоты потребуется для нагревания и плавления 2 кг твердого вещества.
ответ:
400 кДж.
890 кДж.
1200 кДж.

Удельная теплота плавления — Технарь

На графике (рис. 198) очень наглядно показано, что, пока нафталин плавится, температура его не меняется. И лишь после того, как он весь расплавится, температура образовавшейся жидкости начинает повышаться. Но ведь и во время процесса плавления нафталин получает энергию от сгорающего в нагревателе топлива. А из закона сохранения энергии следует, что она не может исчезнуть. На что же расходуется энергия топлива во время процесса плавления?

На этот вопрос можно ответить, если вспомнить, что при плавлении происходит разрушение кристалла. На это и расходуется энергия.

Следовательно, энергия, которую получает кристаллическое тело, после того как оно уже нагрето до температуры плавления, расходуется на изменение его внутренней энергии при переходе в жидкое состояние.

Количество теплоты, необходимое для превращения при температуре плавления твердого кристаллического вещества массой 1 кг в жидкость, называют удельной теплотой плавления.

Удельную теплоту плавления измеряют в Дж/кг и обозначают буквой λ.

Определяют удельную теплоту плавления на опыте. Так, опытным путем было установлено, что удельная теплота плавления льда равна 3,4•105 Дж/кг. Это означает, что для превращения куска льда массой 1 кг, взятого при 0°С, в воду такой же температуры требуется затратить 3,4•105 Дж.

Следовательно, при температуре плавления внутренняя энергия вещества массой 1 кг в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии на удельную теплоту плавления.

Например, внутренняя энергия воды массой 1 кг при температуре 0°С на 3,4•105 Дж больше внутренней энергии льда массой 1 кг при той же температуре.

Чтобы подсчитать количество теплоты Q, необходимое для плавления тела массой от, взятого при температуре плавления, нужно удельную теплоту плавления λ умножить на массу тела:

Q = λm

Пример. Для приготовления лая турист положил в котелок 2 кг льда, имеющего температуру 0°С. Какое количество теплоты необходимо для превращения этого льда в кипяток при температуре 100 °С?

Сколько теплоты понадобилось бы, если вместо льда турист взял из проруби 2 кг воды при температуре 0 °С?

Если бы вместо льда было взято 2 кг воды при 0°С, то понадобилось бы количество теплоты, необходимое только для ее нагревания от 0 до 100 °С, т. е. Q2= 8,4 • 105 Дж.

Вопросы. 1. Чем объяснить, что в течение всего времени процесса плавления кристаллического тела температура его не меняется? 2. На что расходуется энергия сгорающего в нагревателе топлива при плавлении кристаллического тела? 3. Что такое удельная теплота плавления? 4. В каких единицах выражают удельную теплоту плавления?

Упражнения. На рисунке 199 изображены графики зависимости изменения температуры от времени двух тел одинаковой массы. У какого из тел выше точка плавления? У какого больше теплота плавления? Одинаковы ли удельные теплоемкости тел?

Изменение фазы и скрытое тепло

Скрытая теплота

Скрытая теплота — это энергия, связанная с фазовым переходом вещества.

Цели обучения

Опишите скрытое тепло как форму энергии

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Для изменения фазы вещества требуется энергия, например, энергия для разрыва связей между молекулами в глыбе льда, чтобы он мог расплавиться.
  • Во время изменения фазы энергия может добавляться или вычитаться из системы, но температура не изменяется.Температура изменится только после завершения фазового перехода.
  • Теплота Q, необходимая для изменения фазы образца массы m, определяется как [латекс] \ text {Q} = \ text {mL} _ {\ text {f}} [/ latex] (плавление или замораживание) и [латекс] \ text {Q} = \ text {mL} _ {\ text {v}} [/ latex] (испарение или конденсация), где Lf и Lv — скрытая теплота плавления и скрытая теплота испарения, соответственно .
Ключевые термины
  • скрытая теплота плавления : энергия, необходимая для перехода одной единицы вещества из твердого тела в жидкость; эквивалентно, энергия, выделяемая при переходе одной единицы вещества из жидкости в твердое тело.
  • скрытая теплота парообразования : энергия, необходимая для перехода одной единицы вещества из жидкости в пар; эквивалентно, энергия, выделяющаяся при переходе одной единицы вещества из пара в жидкость.
  • сублимация : переход вещества из твердой фазы непосредственно в парообразное состояние, при котором оно не проходит через промежуточную жидкую фазу

Скрытая теплота

Ранее мы обсуждали изменение температуры из-за теплопередачи.Если лед тает и становится жидкой водой (т. Е. Во время фазового перехода), изменения температуры не происходит. Например, представьте себе воду, капающую с тающих сосулек на крыше, нагретой солнцем. И наоборот, вода замерзает в лотке для льда, охлаждаемом более низкотемпературной средой.

Таяние сосулек : Тепло от воздуха передается льду, заставляя его таять.

Энергия требуется для расплавления твердого тела, потому что когезионные связи между молекулами в твердом теле должны быть разорваны, чтобы молекулы могли перемещаться со сравнимыми кинетическими энергиями; таким образом, нет повышения температуры.Точно так же энергия необходима для испарения жидкости, потому что молекулы в жидкости взаимодействуют друг с другом посредством сил притяжения. Пока фазовый переход не завершен, изменение температуры не происходит. Температура стакана лимонада первоначально составляет 0 ºC, но остается на уровне 0 ºC, пока весь лед не растает. И наоборот, при замораживании и конденсации выделяется энергия, обычно в виде тепловой энергии. Когда молекулы объединяются, работа совершается за счет сил сцепления. Соответствующая энергия должна отдаваться (рассеиваться), чтобы они могли оставаться вместе.

Энергия, участвующая в фазовом переходе, зависит от двух основных факторов: количества и прочности связей или пар сил. Количество связей пропорционально количеству молекул и, следовательно, массе образца. Сила сил зависит от типа молекул. Тепло Q, необходимое для изменения фазы образца массы m, равно

.

[латекс] \ text {Q} = \ text {mL} _ {\ text {f}} [/ latex] (плавление или замораживание)

[латекс] \ text {Q} = \ text {mL} _ {\ text {v}} [/ latex] (испаряющийся или конденсирующийся)

, где скрытая теплота плавления L f и скрытая теплота парообразования L v являются материальными константами, которые определяются экспериментально.

Фазовые переходы : (a) Энергия требуется для частичного преодоления сил притяжения между молекулами в твердом теле с образованием жидкости. Эту же энергию необходимо удалить, чтобы произошло замораживание. (б) Молекулы разделяются на большие расстояния при переходе от жидкости к пару, что требует значительной энергии для преодоления молекулярного притяжения. Такая же энергия должна быть удалена для конденсации. Пока фазовый переход не завершен, изменение температуры не происходит.

Скрытое тепло — это интенсивное свойство, измеряемое в Дж / кг.И L f и L v зависят от вещества, в частности, от силы его молекулярных сил, как отмечалось ранее. L f и L v вместе называются коэффициентами скрытой теплоты. Они являются скрытыми, или скрытыми, потому что при фазовых изменениях энергия входит или выходит из системы, не вызывая изменения температуры в системе; так что, по сути, энергия скрыта. Обратите внимание, что плавление и испарение являются эндотермическими процессами, поскольку они поглощают или требуют энергии, в то время как замораживание и конденсация являются экзотермическими процессами, поскольку они выделяют энергию.

Нагревание льда : Эндрю Ванден Хеувел исследует скрытое тепло, пытаясь охладить свою газировку.

В фазовые переходы вовлечено значительное количество энергии. Давайте посмотрим, например, сколько энергии нужно, чтобы растопить килограмм льда при 0 ° C, чтобы произвести килограмм воды при 0 ° C. Используя уравнение для изменения температуры и значение для воды (334 кДж / кг), мы находим, что Q = mLf = (1,0 кг) (334 кДж / кг) = 334 кДж — это энергия, необходимая для плавления килограмма льда.Это много энергии, поскольку оно представляет собой то же количество энергии, которое необходимо для повышения температуры 1 кг жидкой воды с 0 ° C до 79,8 ° C. Для испарения воды требуется еще больше энергии; потребуется 2256 кДж, чтобы превратить 1 кг жидкой воды при нормальной температуре кипения (100 ° C при атмосферном давлении) в пар (водяной пар). Этот пример показывает, что энергия для изменения фазы огромна по сравнению с энергией, связанной с изменениями температуры без изменения фазы.

Фазовые изменения могут иметь огромный стабилизирующий эффект (см. Рисунок ниже).Рассмотрите возможность добавления тепла с постоянной скоростью к образцу льда при температуре -20 ºC. Сначала температура льда линейно повышается, поглощая тепло с постоянной скоростью 0,50 кал / г⋅C, пока не достигнет 0 ºC. После достижения этой температуры лед начинает таять до тех пор, пока не растает весь образец, поглощая в общей сложности 79,8 кал / г тепла. Во время этого фазового перехода температура остается постоянной на уровне 0 ° C. Как только лед растает, температура жидкой воды повышается, поглощая тепло с новой постоянной скоростью, равной 1.00 кал / г⋅C (помните, что удельная теплоемкость зависит от фазы). При 100ºC вода начинает кипеть, и температура снова остается постоянной, пока вода не поглотит 539 кал / г тепла для завершения этого фазового перехода. Когда вся жидкость превращается в пар, температура снова повышается, поглощая тепло со скоростью 0,482 кал / г⋅C.

Нагревание и фазовые изменения воды : График зависимости температуры от добавленной энергии. Система сконструирована таким образом, что пар не испаряется, пока лед нагревается, превращаясь в жидкую воду, и поэтому, когда происходит испарение, пар остается в системе.Длинные участки с постоянными значениями температуры при 0ºC и 100ºC отражают большую скрытую теплоту плавления и испарения соответственно.

Фазовый переход, о котором мы до сих пор не упомянули, — это сублимация, переход твердого вещества непосредственно в пар. Противоположный случай, когда пар переходит непосредственно в твердое тело, называется осаждением. Сублимация имеет собственную скрытую теплоту L s и может использоваться так же, как L v и L f .

Расчет энергии, необходимой для превращения льда в пар

Этот рабочий пример задачи демонстрирует, как рассчитать энергию, необходимую для повышения температуры образца, которая включает изменения фазы. Эта задача находит энергию, необходимую для превращения холодного льда в горячий пар.

Проблема энергии льда в пар

Какое количество тепла в Джоулях необходимо для превращения 25 граммов льда с температурой -10 ° C в пар с температурой 150 ° C?

Полезная информация:
теплота плавления воды = 334 Дж / г
теплота испарения воды = 2257 Дж / г
теплоемкость льда = 2.09 Дж / г · ° C
удельная теплоемкость воды = 4,18 Дж / г · ° C
удельная теплоемкость пара = 2,09 Дж / г · ° C

Решение:

Общая необходимая энергия является суммой энергии для нагрева льда -10 ° C до льда 0 ° C, плавления льда 0 ° C в воду 0 ° C, нагрева воды до 100 ° C, преобразования воды 100 ° C в пар 100 ° C и нагрева пара до 150 ° С. Чтобы получить окончательное значение, сначала рассчитайте отдельные значения энергии, а затем сложите их.

Шаг 1: Тепло, необходимое для повышения температуры льда с -10 ° C до 0 ° C Используйте формулу

q = mcΔT

, где
q = тепловая энергия
m = масса
c = удельная теплоемкость
ΔT = изменение температуры

q = (25 г) x (2.09 Дж / г · ° C) [(0 ° C — -10 ° C)]
q = (25 г) x (2,09 Дж / г · ° C) x (10 ° C)
q = 522,5 Дж

Тепло, необходимое для повышения температуры льда с -10 ° C до 0 ° C = 522,5 Дж

Шаг 2: Тепло, необходимое для преобразования льда 0 ° C в воду 0 ° C

Используйте формулу для нагрева:

q = m · ΔH f

где
q = тепловая энергия
m = масса
ΔH f = теплота плавления

q = (25 г) x (334 Дж / г)
q = 8350 Дж

Тепло, необходимое для преобразования льда 0 ° C в воду 0 ° C = 8350 Дж

Шаг 3: Тепло, необходимое для повышения температуры воды с 0 ° C до 100 ° C воды

q = mcΔT

q = ( 25 г) х (4. 18 Дж / г · ° C) [(100 ° C — 0 ° C)]
q = (25 г) x (4,18 Дж / г · ° C) x (100 ° C)
q = 10450 Дж

Нагрев требуется для повышения температуры воды 0 ° C до 100 ° C вода = 10450 Дж

Шаг 4: Тепло, необходимое для преобразования воды 100 ° C в пар 100 ° C

q = m · ΔH v

где
q = тепловая энергия
m = масса
ΔH v = теплота парообразования

q = (25 г) x (2257 Дж / г)
q = 56425 Дж

Тепло, необходимое для преобразования воды 100 ° C в 100 ° C пар = 56425

Шаг 5: Тепло, необходимое для преобразования пара 100 ° C в пар 150 ° C

q = mcΔT
q = (25 г) x (2.09 Дж / г · ° C) [(150 ° C — 100 ° C)]
q = (25 г) x (2,09 Дж / г · ° C) x (50 ° C)
q = 2612,5 Дж

Нагрев требуется для преобразования пара 100 ° C в пар 150 ° C = 2612,5

Шаг 6: Найдите общую тепловую энергию

Нагрев Всего = Нагрев Шаг 1 + Нагрев Шаг 2 + Нагрев Шаг 3 + Нагрев Шаг 4 + Нагрев Шаг 5
Нагрев Итого = 522,5 Дж + 8350 Дж + 10450 Дж + 56425 Дж + 2612,5 Дж
Нагрев Итого = 78360 Дж

Ответ:

Требуемое количество тепла преобразовать 25 граммов льда -10 ° C в пар 150 ° C — 78360 Дж или 78. 36 кДж.

Тепло, работа и энергия

Тепло (энергия)

Единица измерения тепла (или энергии) в системе СИ составляет джоуль (Дж) .

С разницей температур

Другими единицами измерения тепла являются британские тепловые единицы — британские тепловые единицы (количество тепла для подъема 1 фунта воды на 1 o F ) и Калорийность (количество тепла, чтобы поднять 1 грамм воды на 1 o C ( или 1 K )).

калорий определяется как количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма жидкой воды на один градус Цельсия (или один градус Кельвина).

1 кал = 4,184 Дж

1 Дж = 1 Втс

= (1 Втс) (1/3600 ч / с)

= 2,78 10 -4 Втч

= 2,78 10 -7 кВтч

Тепловой поток (мощность)

Теплопередача только в результате разницы температур называется тепловым потоком . Единицы СИ для теплового потока: Дж / с или Вт (Вт) — то же, что и мощность. Один ватт определяется как 1 Дж / с .

Удельная энтальпия

Удельная энтальпия — это мера полной энергии в единицах массы. Обычно используется единица СИ: Дж / кг или кДж / кг .

Термин относится к общей энергии, обусловленной давлением и температурой текучей среды (такой как вода или пар) в любой момент времени и при любых условиях.Точнее говоря, энтальпия — это сумма внутренней энергии и работы, совершаемой под действием приложенного давления.

Тепловая мощность

Тепловая мощность системы составляет

  • количество тепла, необходимое для изменения температуры всей системы на на один градус .

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (= удельная теплоемкость) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры на одну единица массы вещества на на один градус .

Удельная теплоемкость может быть измерена в Дж / г K, Дж / кг K , кДж / кг K, кал / гK или БТЕ / фунт o F и более .

Никогда не используйте табличные значения теплоемкости без проверки единиц фактических значений!

Удельную теплоемкость для обычных продуктов и материалов можно найти в разделе «Свойства материала».

Удельная теплоемкость — постоянное давление

Энтальпия — или внутренняя энергия — вещества является функцией его температуры и давления.

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном давлении составляет Удельная теплоемкость при постоянном давлении — c p .

Удельная теплоемкость — постоянный объем

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном объеме — это удельная теплоемкость при постоянном объеме — c v .

Если давление не является чрезвычайно высоким, работой, выполняемой приложением давления к твердым телам и жидкостям, можно пренебречь, а энтальпия может быть представлена ​​только компонентом внутренней энергии.Можно сказать, что теплота с постоянным объемом и постоянным давлением равна.

Для твердых и жидких веществ

c p = c v (1)

Удельная теплоемкость представляет собой количество энергии, необходимое для подъема 1 кг вещества на 1 o C (или 1 K) , и ее можно рассматривать как способность поглощать тепло. Единицы измерения удельной теплоты в системе СИ: Дж / кг · К (кДж / кг, o C) .Вода имеет большую удельную теплоемкость 4,19 кДж / кг o C по сравнению со многими другими жидкостями и материалами.

  • Вода — хороший теплоноситель!

Количество тепла, необходимое для повышения температуры

Количество тепла, необходимое для нагрева объекта от одного температурного уровня до другого, может быть выражено как:

Q = c p m dT ( 2)

, где

Q = количество тепла (кДж)

c p = удельная теплоемкость (кДж / кг · К)

м Масса кг () )

dT = разница температур между горячей и холодной стороной (K)

Пример воды для отопления

Рассмотрим энергию, необходимую для нагрева 1. 0 кг воды от 0 o C до 100 o C при удельной теплоемкости воды 4,19 кДж / кг o C :

Q = (4,19 кДж / кг o C ) (1,0 кг) ((100 o C) — (0 o C))

= 419 (кДж)

Работа

Работа и энергия с технической точки зрения — одно и то же, но работа — это результат, когда направленная сила (вектор) перемещает объект в одном направлении.

Объем выполненной механической работы можно определить с помощью уравнения, полученного из механики Ньютона

Работа = Приложенная сила x Расстояние, перемещенное в направлении силы

или

W = F л (3)

, где

W = работа (Нм, Дж)

F = приложенная сила (Н)

l = длина или пройденное расстояние (м)

Рабочий стол также можно описать как произведение приложенного давления и вытесненного объема:

Работа = Приложенное давление x Вытесненный объем

или

W = p A l (3b)

, где

p = приложенное давление (Н / м 2 , Па)

A = под давлением площадь (м 2 )

l = длина или расстояние, на которое зона давления перемещается под действием приложенной силы (м)

Пример — Работа, выполняемая силой

Работа, выполняемая силой 100 Н перемещение тела 50 м можно рассчитать как

W = (100 Н) (50 м)

= 5000 (Нм, Дж)

Единица измерения — джоуль, J, который определяется как количество работы, выполненной, когда сила 1 ньютон действует на расстоянии 1 м в направлении силы.

1 Дж = 1 Нм

Пример — Работа под действием силы тяжести

Работа, выполняемая при подъеме массы 100 кг на высоте 10 м может быть рассчитана как

W = F г ч

= mgh

= (100 кг) (9,81 м / с 2 ) (10 м)

= 9810 (Нм, Дж) (Нм, Дж)

, где

F г = сила тяжести — или вес (Н)

г = ускорение свободного падения 9.81 (м / с 2 )

h = высота (м)

В британских единицах измерения единичная работа выполняется при весе 1 фунт f (фунт-сила) is поднята вертикально против силы тяжести на расстояние 1 фут . Единица называется фунт-футов .

Поднят объект массой 10 снарядов 10 футов . Проделанная работа может быть рассчитана как

W = F г h

= m g h

= (10 пробок) (32. 17405 фут / с 2 ) (10 футов)

= 3217 фунтов f футов

Пример — Работа, связанная с изменением скорости

Работа, выполненная при массе 100 кг ускоряется от от скорости 10 м / с до скорости 20 м / с можно рассчитать как

W = (v 2 2 — v 1 2 ) м / 2

= ((20 м / с) 2 — (10 м / с) 2 ) (100 кг) / 2

= 15000 (Нм, Дж)

где

v 2 = конечная скорость (м / с)

v 1 = начальная скорость (м / с)

Energy

Energy — это способность делать работа (перевод с греческого — «работа внутри»).Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль, определяемый как 1 Нм .

Движущиеся объекты могут выполнять работу, потому что обладают кинетической энергией. («кинетический» означает «движение» по-гречески).

Количество кинетической энергии, которой обладает объект, можно рассчитать как

E k = 1/2 мВ 2 (4)

где

м м м масса объекта (кг)

v = скорость (м / с)

Энергия положения уровня (запасенная энергия) называется потенциальной энергией.Это энергия, связанная с силами притяжения и отталкивания между объектами (гравитация).

Полная энергия системы складывается из внутренней, потенциальной и кинетической энергии. Температура вещества напрямую связана с его внутренней энергией. Внутренняя энергия связана с движением, взаимодействием и связыванием молекул внутри вещества. Внешняя энергия вещества связана с его скоростью и местоположением и является суммой его потенциальной и кинетической энергии.

Решения ICSE для физики класса 10 — удельная теплоемкость и скрытая теплоемкость

Решения ICSE для физики класса 10 — удельная теплоемкость и скрытая теплота

Решения ICSE Решения Selina ICSE

APlusTopper. com предоставляет решения ICSE для физики класса 10 Глава 10 Удельная теплоемкость и скрытая теплоемкость для экзаменов Совета ICSE. Мы предоставляем пошаговые решения для решений ICSE Physics Class 10 Pdf. Вы можете загрузить решения для учебников ICSE по физике для 10 класса с возможностью бесплатной загрузки в формате PDF.

Загрузить справочник формул для классов 9 и 10 ICSE

Краткие ответы

Вопрос 1: Что такое тепло? Что такое единица тепла S. I.?
Ответ: Тепло — это форма энергии, которая при поглощении телом делает его горячим, а при извлечении из a — холодным. Он также определяется как полная кинетическая энергия, которой обладают все молекулы тела. Тепловая единица S.I. — джоуль / кг кельвина.

Вопрос 2: Дайте определение термину «калория».Как это связано с джоулями (единицей тепла в системе СИ)?
Ответ: Одна калория — это тепло, необходимое для повышения температуры 1 г воды с 14,5 ° C до 15,5 ° C
1 калория = 4,2 джоуля.

Вопрос 3: Различайте тепло и температуру.
Ответ:

Нагрев Температура
1. Это форма энергии. Это ощущение жара и холода.
2. Единица измерения тепла — Джоуль. Единица измерения температуры — ° C или Кельвин.

Вопрос 4: Какие еще единицы тепла? Назовите и определите их.
Ответ: (i) Калорийность: Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г воды на 1 ° C (точнее, повышение температуры берется с 14,5 ° C до 15,5 ° C) .
(ii) килограмм калорий: Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1 ° C.Это эквивалентно 1000 калорий.

Вопрос 5: Как теплоемкость тела связана с удельной теплоемкостью его вещества?
Ответ: Теплоемкость тела = Масса тела × Удельная теплоемкость его вещества.

Вопрос 6: Укажите условие перетока тепловой энергии от одного тела к другому.
Ответ: Тепловая энергия всегда течет от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой.

Вопрос 7: От каких факторов зависит количество тепла, отдаваемого телу?
Ответ: Количество тепла, отдаваемого телу, зависит от:
(i) массы тела, (ii) повышения (или понижения) температуры тела, и (iii) природы материала тело.

Вопрос 8: м кг вещества с удельной теплоемкостью с Дж / кг ° C нагревается так, что его температура повышается с θ 1 ° C до θ 2 ° C.Запишите выражение для подводимого тепла Q.
Ответ: Подведенное тепло Q = масса × уд. теплоемкость × повышение температуры
= м × с × (θ 2 — θ 1 )

Вопрос 9: Назовите вещество, которое имеет максимальную удельную теплоемкость.
Ответ: Вода имеет максимальную удельную теплоемкость.

Вопрос 10: Напишите два преимущества высокой удельной теплоемкости воды.
Ответ: (i) Вода используется как эффективная охлаждающая жидкость в радиаторе автомобиля.
(ii) Бутылки с горячей водой используются для припарки.

Вопрос 11: Зависит ли удельная теплоемкость вещества только от его массы и повышения температуры?
Ответ: Нет, при одинаковой массе и одинаковом повышении температуры для разных веществ удельная теплоемкость оказывается разной. Таким образом, удельная теплоемкость зависит также от природы вещества и поэтому для разных веществ она различна.

Вопрос 12: Напишите приблизительные значения: (i) удельной скрытой теплоты плавления льда, (ii) удельной скрытой теплоты испарения пара.
Ответ: (i) Удельная скрытая теплота плавления льда составляет 3,36 000 Дж / кг.
(ii) Удельная скрытая теплота испарения пара составляет 22,60 000 Дж / кг.

Вопрос 13: Удельная скрытая теплота плавления льда составляет 336 Дж / г. Прокомментируйте это.
Ответ: Тепло, необходимое для преобразования 1 г льда из 0 ° C в 1 г воды при 0 ° C, составляет 336 Дж.

Вопрос 14: Фермеры зимой наполняют поля водой. Обоснуйте.
Ответ: Фермеры наполняют свои поля зимой водой, чтобы защитить урожай от заморозков, потому что вода из-за своей высокой удельной теплоемкости не позволяет температуре окружающей среды опускаться ниже 0 ° C.

Вопрос 15: Почему удельная теплоемкость принимается за меру тепловой инерции?
Ответ: У нас есть H = мс Δθ или Δθ = (H / мс).
Отсюда следует, что если s больше, Δθ будет малым (для данных значений H и m). Таким образом, для данного тела его удельная теплоемкость определяет изменение температуры, производимое данным количеством тепла. Таким образом, это подобно массе в механике, которая определяет изменение скорости (или ускорение), производимое данной силой.Поэтому вполне уместно рассматривать удельную теплоемкость как меру тепловой инерции.

Вопрос 16: Объясните, почему жарким летом вечером на дорогах орошается вода?
Ответ: Вода имеет наивысшую удельную теплоемкость 4,2 Дж -1 ° C -1 . Таким образом, вода поглощает большое количество тепла от дорог, но ее собственная температура не сильно повышается. Таким образом, в целом дороги охлаждаются.

Вопрос 17: Объясните, почему температура жарким летом резко падает после сильного ливня?
Ответ: Вода имеет наивысшую удельную теплоемкость 4.2 Jg -1 ° C -1 . Таким образом, при сильном ливне вода испаряется. При этом он поглощает большое количество тепла из окружающей среды, поэтому температура резко падает.

Вопрос 18: Объясните, почему песчаные почвы быстрее нагреваются по сравнению с влажными почвами?
Ответ: Удельная теплоемкость песка примерно в пять раз меньше, чем у воды. Таким образом, когда солнце светит одинаково и на песчаную, и на влажную почву, песчаная почва быстро нагревается по сравнению с влажной почвой.Это потому, что вода поглощает большое количество тепловой энергии, но ее температура недостаточно повышается.

Вопрос 19: Объясните, почему вода считается лучшей жидкостью для утоления жажды?
Ответ: Вода имеет наивысшую удельную теплоемкость 4,2 Дж. -1 ° C -1 и, следовательно, она может поглощать большое количество тепловой энергии без существенного повышения температуры. Жажда — это естественный сигнал, когда организм вырабатывает больше тепловой энергии, чем требуется.Таким образом, вода идеально подходит для утоления жажды, поскольку может поглощать большое количество тепловой энергии.

Вопрос 20: Объясните, почему желательно обливать холодной водой ожоги, нанесенные на теле человека горячими твердыми телами?
Ответ: Вода имеет наивысшую удельную теплоемкость 4,2 Дж -1 ° C -1 . Таким образом, он может быстро извлечь большое количество тепловой энергии из места ожога и, следовательно, приносит много облегчения.

Вопрос 21: Объясните, зачем мудрый земледелец поливает свои поля, если прогноз не наступил?
Ответ: Мороз может серьезно повредить листья и плоды растений.Когда фермер поливает свои поля ночью, эта вода дает большое количество тепловой энергии, потому что 1 г воды выделяет 4,2 Дж энергии на каждый 1 ° C понижения температуры. Таким образом, воздух вокруг поля насыщен тепловой энергией и его температура не опускается ниже 0 ° C. Таким образом, наледь не образуется.

Вопрос 22: Объясните, почему большие кадки с водой хранятся в подземных подвалах для хранения свежих фруктов и овощей в холодных странах.
Ответ: При отрицательных температурах вода в клетках фруктов и овощей замерзает и, следовательно, повреждает их.Чтобы избежать таких повреждений, сохранены огромные ванны с водой. Вода выделяет 4200 Дж тепловой энергии на каждый килограмм при понижении температуры на 1 ° C. Таким образом, он не позволяет температуре клетки опускаться ниже 0 ° C и, следовательно, не повреждает свежие фрукты или овощи.

Вопрос 23: Объясните, почему вода используется в качестве охлаждающей жидкости в радиаторах автомобилей?
Ответ: Вода имеет наивысшую удельную теплоемкость 4,2 Дж. -1 ° C -1 , и ее температура не превышает 100 ° C.Таким образом, он может поглощать большое количество тепла от работающего двигателя, которое затем излучается через радиатор. Таким образом, при низкой температуре двигатель работает эффективно.

Вопрос 24: Различают теплоемкость и удельную теплоемкость.
Ответ: Теплоемкость: это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры на 1 ° C. Удельная теплоемкость: определяется как теплоемкость на единицу массы тела.

Вопрос 25: Определите удельную скрытую теплоту испарения вещества.
Ответ: Удельная скрытая теплота испарения — это количество тепла, необходимое для преобразования единицы массы вещества из жидкого состояния в парообразное без изменения температуры.

Вопрос 26: Назовите два фактора, от которых зависит тепло, поглощаемое или выделяемое телом.
Ответ: Масса и удельная теплоемкость — это два фактора, от которых зависит тепло, поглощаемое или отдаваемое телом.

Вопрос 27: Объясните, почему вода используется в грелках для приготовления припасов, а также в качестве универсальной охлаждающей жидкости.
Ответ: Бутылки с горячей водой используются для приготовления пудры, поскольку вода не остывает быстро из-за ее большой удельной теплоемкости.
Вода используется как эффективный хладагент из-за ее большой удельной теплоемкости, благодаря которой она может отводить больше тепла.

Вопрос 28: Удельная теплоемкость вещества A составляет 3,8 Дж / г -1 K -1 , тогда как удельная теплоемкость вещества B составляет 0,4 Дж / г -1 K -1 .Какой из двух является хорошим проводником тепла? Как можно было прийти к такому выводу?
Ответ: Удельная теплоемкость ‘A’ 3,8 Дж / г / К. Удельная теплоемкость «B» 0,4 Дж / г / К
«B» является хорошим проводником тепла.
Так как удельная теплоемкость — это энергия, необходимая для повышения темп. 1 г вещества 1 ° С. Таким образом, через вещество проходит меньше тепловой энергии.

Вопрос 29: Если вещества A и B являются жидкостями, то какое из них было бы более полезным для автомобильных радиаторов?
Дано: Удельная теплоемкость’A ’3.8 Дж / г / К. Удельная теплоемкость «B» 0,4 Дж / г / К.
Ответ: «A», который имеет более высокую удельную теплоемкость, будет предпочтительнее для автомобильных радиаторов, так как он будет действовать как охлаждающая жидкость.

Вопрос 30: Как теплоемкость тела связана с его удельной теплоемкостью?

Вопрос 31: Определенное количество тепла Q нагреет 1 г материала X на 3 ° C и 1 г материала Y на 4 ° C. Какой материал имеет более высокую удельную теплоемкость?
Ответ: X имеет более высокую удельную теплоемкость.
Поданное тепло = Отведенное тепло.
Пусть масса воды равна m, тогда

Вопрос 32: Приведите один пример, где высокая удельная теплоемкость воды используется в качестве резервуара тепла.
Ответ: Для ферментации в грелках.

Вопрос 33: Приведите один пример, где высокая удельная теплоемкость воды используется для охлаждения.
Ответ: В радиаторы автомобиля.

Вопрос 34: Назовите жидкость с самой высокой удельной теплоемкостью.
Ответ: Вода имеет наибольшую удельную теплоемкость.

Вопрос 35: Назовите два фактора, от которых зависит тепло, поглощаемое или выделяемое телом.
Ответ: Масса и удельная теплоемкость — это два фактора, от которых зависит тепло, поглощаемое или отдаваемое телом.

Вопрос 36: Равное количество тепла подводится к двум веществам A и B. Вещество A показывает большее повышение температуры. Что вы можете сказать о теплоемкости A по сравнению с B?
Ответ: Теплоемкость вещества В больше, чем вещества А.

Вопрос 37: Можно ли сконденсировать образовавшуюся воду до состояния льда, добавив лед при 0 ° C. Объясняйте разумом.
Ответ: 1 г воды будет содержать больше тепла. Потому что он содержит скрытое тепло 80 кал.

Вопрос 38: Что такое «калориметрия»?
Ответ: Измерение количества тепла называется колориметрией.

Вопрос 39: Укажите принцип калориметрии.
Ответ: Согласно принципу калориметрии, если два тела с разной температурой смешиваются вместе (
или находятся в контакте), тепло течет от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой, пока оба тела не достигнут одинаковой температуры. температ.Если в окружающую среду не теряется тепло, то
Тепло, теряемое горячим телом, = тепло, полученное холодным телом.

Вопрос 40: Назовите две причины, почему медь предпочтительнее других металлов для изготовления калориметров.
Ответ: Медь предпочтительнее других металлов для изготовления калориметров, потому что:
(i) Она имеет низкую удельную теплоемкость.
(ii) Требуется незначительное количество тепла от его содержимого для достижения температуры содержимого.

Вопрос 41: Тело нагревается, повышая его температуру на 25 ° C. Каким будет соответствующее повышение температуры тела по шкале Кельвина?
Ответ: Увеличение в Кельвинах составит 25К.

Вопрос 42: Если в системе центрального отопления пар входит в радиационную трубу при 100 ° C, а вода выходит из радиационной трубы при 100 ° C, может ли эта радиационная труба обогреть комнату? Дайте объяснение своему ответу.
Ответ: Да, потому что пар при температуре 100 ° C отдает свою скрытую теплоту испарения для конденсации в воду при той же температуре 100 ° C.

Вопрос 43: Мороженое при 0 ° C на ощупь холоднее воды при 0 ° C. Обоснуйте это наблюдение.
Ответ: Мы знаем, что нам нужно подать около 340 джоулей тепла на грамм, чтобы преобразовать лед при 0 ° C в воду при 0 ° C. Отсюда следует, что мороженое при 0 ° C потребляет больше тепла (примерно на 340 джоулей на грамм) от тельца, чем вода при 0 ° C. Поэтому при температуре 0 ° C он кажется холоднее воды.

Вопрос 44: Напитки в бутылках охлаждаются более эффективно, когда они окружены кусками льда, чем вода со льдом.
Ответ: Каждый 1 кг льда при 0 ° C поглощает 336 000 Дж тепловой энергии с образованием воды при 0 ° C. Поскольку лед может выделять 336 000 Дж тепловой энергии, больше, чем вода при 0 ° C, он более эффективно охлаждает напитки в бутылках.

Вопрос 45: Напишите выражение для тепловой энергии, выделяемой горячим телом. Выражение для тепловой энергии, выделяемой горячим телом, = mcΔQ
, т. Е. H = mcΔQ
, где m — масса, c — удельная теплоемкость, ΔQ — изменение температуры.

Вопрос 46: 1 кг воды замерзает с образованием льда при 0 ° C. Какое количество тепла отводится?
Ответ: 3,36,000 Дж.

Вопрос 47: Почему тепло, подводимое к веществу во время изменения его состояния, не вызывает повышения его температуры?
Ответ: Во время изменения состояния подводимое тепло увеличивает потенциальную энергию молекул по мере увеличения расстояния между молекулами. Работа выполняется за счет тепла, подаваемого против силы притяжения.

Вопрос 48: Какое изменение энергии вы ожидаете в молекулах вещества, когда оно претерпевает:
(i) изменение температуры?
(ii) изменение его состояния без изменения температуры?
Ответ: (i) Изменения межмолекулярного пространства.
(ii) Межмолекулярное пространство увеличивается.

Вопрос 49: Лед более эффективно охлаждает, чем ледяная вода. Объясни.
Ответ: Каждый 1 г льда поглощает почти 336 Дж тепла, когда тает в воду при 0 ° C.Следовательно, он более эффективен для охлаждения, чем ледяная вода.

Вопрос 50: Почему температура атмосферы падает после града?
Ответ: У льда самая высокая пр. скрытая теплота плавления 336000 Джкг -1 . Таким образом, когда град тает, они поглощают большое количество тепловой энергии из окружающей среды. Таким образом, температура воздуха падает.

Вопрос 51: 1 кг пара конденсируется в воду при 100 ° C. Сколько джоулей тепловой энергии выделяется?
Ответ: 22,60 000 Дж.

Вопрос 52: Что происходит со средней кинетической энергией молекул при таянии льда при 0 ° C?
Ответ: Средняя кинетическая энергия молекул увеличивается.

Вопрос 53: Почему врачи советуют прикладывать полоску влажной ткани ко лбу человека, у которого высокая температура (температура)?
Ответ: Это зависит от того факта, что вода в процессе испарения забирает тепло, эквивалентное скрытому теплу от тела пациента, и тем самым понижает температуру его тела.

Вопрос 54: Объясните значение термина «скрытая теплота». Укажите свой S. I. блок.
Ответ: Тепло, поглощаемое или выделяемое веществом во время его изменения состояния при постоянной температуре, называется скрытой теплотой. Единица S.I. — Дж / кг.

Вопрос 55: Что происходит с теплом, подводимым к веществу, если поданное тепло не вызывает изменения температуры вещества?
Ответ: Это подводимое тепло используется при изменении состояния.Это тепло известно как скрытое тепло.

Вопрос 56: Когда 1 г льда при 0 ° C тает с образованием 1 г воды при 0 ° C, тогда скрытое тепло поглощается льдом или выделяется им?
Ответ: Скрытое тепло поглощается тающим льдом.

Вопрос 57: Что содержит больше тепла: 1 г воды при 100 ° C или 1 г пара при 100 ° C? Обоснуйте.
Ответ: 1 г пара при 100 ° C содержит больше тепла, чем 1 г воды при 100 ° C. Причина в том, что пар lg при 100 ° C, когда превращается в 1 г воды при 100 ° C, выделяет 2260 Дж тепла.

Вопрос 58: Приведите одно следствие высокой удельной скрытой теплоты плавления льда.
Ответ: Из-за высокой удельной скрытой теплоты плавления льда снег в горах не тает сразу, а медленно превращается в воду, поскольку получает тепло от солнца.

Вопрос 59: Почему в холодных странах погода становится приятной, когда начинают морозить?
Ответ: У льда самая высокая пр. скрытая теплота плавления 336000 Джкг -1 .Таким образом, каждый 1 кг воды при 0 ° C при замерзании выделяет 336 000 Дж тепловой энергии. Поскольку в атмосфере выделяется огромное количество тепловой энергии, погода становится приятной.

Вопрос 60: Почему вода в «сурахи» охлаждается в жаркое время года?
Ответ: «Сурахи» изготовлен из пористой глины (не покрытой глазурью), поэтому вода просачивается (выползает) и смачивает всю ее поверхность. Образуя его внешнюю поверхность, вода испаряется, забирая скрытое тепло, необходимое для испарения, как из внутренней воды, так и из окружающего воздуха, поэтому температура внутренней воды падает.

Вопрос 61: Почему спортсменам рекомендуется надевать дополнительную одежду после соревнований на мероприятии?
Спортсмены сильно потеют после соревнований. Скрытая теплота испарения «пота» выводится из самого тела и, следовательно, охлаждает его. Следовательно, если они не наденут дополнительную одежду, они могут простудиться.

Вопрос 62: Дайте определение термину «удельная скрытая теплота плавления» вещества.
Ответ: Удельная скрытая теплота плавления: Удельная скрытая теплота плавления вещества — это тепловая энергия, выделяющаяся при переходе единицы массы вещества из жидкого в твердое состояние без изменения температуры.

Вопрос 63: Удельная скрытая теплота испарения пара составляет 2260 Дж / г. Прокомментируйте это.
Ответ: Теплота, необходимая для преобразования 1 г воды при 100 ° C в 1 г пара при 100 ° C, составляет 2260 Дж.

Вопрос 64: Определите удельную скрытую теплоту испарения вещества.
Ответ: Удельная скрытая теплота парообразования — это количество тепла, необходимое для преобразования единицы массы вещества из жидкого состояния в парообразное без изменения температуры.

Вопрос 65: Объясните утверждение; «Удельная скрытая теплота испарения пластины составляет 2260 × 10 3 Дж / кг».
Ответ: Это означает, что при 100 ° C 2260 × 10 3 Дж тепловой энергии поглощается 1 кг воды для превращения ее в пар при 100 ° C, или 1 кг пара при 100 ° C выделяется 2260 × 10 3 Дж тепловой энергии при преобразовании в 1 кг воды при 100 ° C.

Вопрос 66: Почему мы чувствуем себя комфортно, сидя под вращающимся вентилятором, особенно когда наше тело потеет?
Ответ: Причина в том, что пот из нашего тела испаряется быстрее под вращающимся вентилятором из-за быстрого движения воздуха, и поэтому возникает ощущение охлаждения, которое делает нас более комфортными.

Вопрос 67: Объясните, почему во время катания на льду не остается следов?
Ответ: Вес тела действует на очень небольшую площадь конька по сравнению со льдом. Под этим высоким давлением лед тает, образуя воду с температурой ниже 0 ° C. Образованная таким образом вода делает катание на водных коньках более скользким. Но как только фигурист продвигается дальше, вода не испытывает давления и снова замерзает, не оставляя следов на поверхности льда.

Вопрос 68: Почему испарение вызывает охлаждение и почему вода используется в бутылках с горячей водой?
Ответ: Удельная скрытая теплота испарения воды составляет 2260 Дж / г = 538 калорий / г.Таким образом, когда вода испаряется, она поглощает большое количество скрытого тепла и, таким образом, происходит охлаждение. Удельная теплоемкость воды составляет 4,2 Дж / кг ° C = 1 кал / г ° C, что довольно высоко, и это причина использования вафель в бутылках с горячей водой.

Вопрос 69: Что вы понимаете под «скрытой теплотой парообразования» вещества?
Ответ: Скрытая теплота парообразования данной жидкости — это теплота, необходимая для преобразования одного килограмма жидкости в пар при температуре кипения без изменения температуры.Он измеряется в джоулях на килограмм. Скрытая теплота парообразования воды составляет 2260 × 10 3 Дж / кг. Это означает, что нам нужно 2260 × 10 3 Дж тепла, чтобы превратить 1 кг воды при ее температуре кипения в пар.

Вопрос 70: Объясните значение парникового эффекта.
Ответ: Явление улавливания длинноволнового инфракрасного излучения, излучаемого в космос парниковыми газами, такими как углекислый газ (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота (N 2 O). ) сохранение тепла на поверхности планеты и в нижних слоях атмосферы называется парниковым эффектом.

Вопрос 71: Назовите парниковые газы.
Ответ: Двуокись углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота (N 2 O) и пары воды.

Вопрос 72: Как парниковый эффект помогает поддерживать температуру поверхности Земли, подходящую для жизни человека?
Ответ: Парниковый эффект способствует улавливанию солнечной тепловой энергии в атмосфере, чтобы поддерживать на поверхности Земли среднюю температуру около 59 ° F (15 ° C), которая подходит для живых людей.

Вопрос 73: Назовите три причины увеличения выбросов парниковых газов.
Ответ: (i) Сжигание ископаемого топлива (транспорт, производство электроэнергии и т. Д.)
(ii) Сжигание лесов и вырубка лесов.
(iii) Увеличение численности населения (люди ежегодно выбрасывают почти 32 гигатонны углекислого газа).

Вопрос 74: Что подразумевается под глобальным потеплением?
Ответ: Глобальное потепление означает изменение или повышение средней температуры приземного воздуха и океанов Земли из-за увеличения количества парниковых газов в ее атмосфере.

Вопрос 75: Назовите эффект усиления парникового эффекта?
Ответ: Увеличение количества двуокиси углерода в атмосфере в результате сжигания ископаемого топлива вместе с выбросом других газов вызывает усиление парникового эффекта, что ведет к глобальному потеплению.

Вопрос 76: Как повышение уровня моря повлияет на население прибрежных стран?
Ответ: Из-за повышения уровня моря здания и дороги в прибрежных районах будут затоплены, в результате чего население, проживающее в этих районах, пострадает от ураганов и тропических штормов.

Вопрос 77: Какое влияние глобальное потепление окажет на здоровье затронутого населения?
Ответ: Повышение температуры из-за глобального потепления приведет к множеству новых болезней, потому что некоторые бактерии более эффективны и размножаются намного быстрее при более высоких температурах, чем при низких. Это также увеличит частоту респираторных и трансмиссивных инфекций, таких как астма и малярия соответственно.

Вопрос 78: Назовите два воздействия глобального потепления на жизнь на Земле.
Ответ: (i) Он несет ответственность за изменения климата в различных частях мира и заставляет людей мигрировать из одного места в другое.
(ii) Это повлияло на сезон цветения различных растений.

Вопрос 79: Назовите три способа минимизировать глобальное потепление.
Ответ: Три способа минимизировать глобальное потепление:
(i) Сокращение использования ископаемых видов топлива и внедрение технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии.
(ii) Сокращение обезлесения и рост облесения.
(iii) Развитие международного сотрудничества по сокращению выбросов парниковых газов.

Вопрос 80: Какое влияние глобальное потепление окажет на озера и океаны?
Ответ: Повышение температуры приведет к снижению качества воды в озерах и океанах из-за падения концентрации кислорода, выделения фосфора из отложений и повышения термической стабильности, в результате чего многие морские виды либо погибнут, либо вымрут.

Длинные ответы

Вопрос 1: Вкратце объясните, как определить удельную теплоемкость жидкости?
Ответ: В данном случае возьмем любое твердое тело с известной удельной теплоемкостью и жидкость, удельную теплоемкость которой необходимо определить. Выбранное твердое вещество должно быть нерастворимым и не вступать в реакцию с жидкостью. Следует отметить следующие наблюдения:

Вопрос 2: Опишите метод определения удельной теплоемкости твердого тела (например, куска меди).
Ответ: Сначала взвешиваем данный кусок твердого тела и отмечаем его массу m 1 . Затем его нагревают, подвешивая внутри нагревателя. Затем в тонкий стеклянный стакан отбирают воду известной массы (например, 2 ) и измеряют ее температуру θ 1 с помощью термометра. Когда данный кусок твердого вещества нагревается, отмечается его температура θ 2 , и он быстро опускается в воду, содержащуюся в химическом стакане, так что вода не разбрызгивается. Содержимое стакана хорошо перемешивают и отмечают конечную самую высокую температуру θ 3 .
Предполагая, что теплоемкость стакана пренебрежимо мала и нет потерь тепла в окружающую среду,
Тепло, потерянное твердым телом = Тепло, полученное водой, Масса твердого вещества × Удельная теплоемкость твердого вещества × Падение температуры твердого вещества = Масса воды × Sp. емкость воды × Повышение температуры воды

Вопрос 3: Назовите два преимущества высокой удельной скрытой теплоемкости пара, которая составляет около 226 × 10 4 Дж / кг?
Ответ: (i) Основное преимущество высокой удельной скрытой теплоемкости пара заключается в обогреве помещений в холодных странах.Пар, образующийся в котле, проходит по трубам в радиаторах, закрепленных внутри здания.
(ii) На тепловых электростанциях пар используется как среда для преобразования химической энергии угля в электрическую. Каждый грамм пара выделяет большое количество тепловой энергии — около 2260 джоулей.

Вопрос 4: Обсудите, как высокая удельная теплоемкость воды помогает в формировании сухого и морского бриза.
Ответ: Удельная теплоемкость земли в 5 раз меньше по сравнению с водой.Таким образом, воздух над сушей становится горячим и легким и поднимается вверх, что приводит к падению давления на сушу в дневное время. Таким образом, прохладный морской воздух начинает дуть навстречу и формировать морской бриз.
Ночью земля и море излучают тепловую энергию. Однако температура суши падает быстрее, чем морская вода, из-за высокой удельной теплоемкости морской воды. Итак, ночью температура морской воды больше, чем на суше. Теплый воздух над морем поднимается вверх, а холодный воздух с суши начинает дуть в сторону моря, создавая наземный бриз.

Вопрос 5: Изменится ли значение удельной теплоемкости и удельной скрытой теплоты вещества, если шкала будет в ° F вместо ° C?
Удельная теплоемкость изменится, если шкала будет в ° F вместо ° C. Это потому, что это тепло, необходимое для повышения температуры единицы вещества на один градус. Поскольку размер градуса Фаренгейта не такой, как градус Цельсия, изменение масштаба повлияет на удельную теплоемкость.
Удельная скрытая теплота не изменится при изменении шкалы.Это связано с тем, что это количество — это просто тепло, необходимое для изменения состояния 1 кг вещества при его температуре плавления / кипения без каких-либо изменений температуры. Таким образом, это количество тепла на единицу массы, которое не зависит от используемой шкалы температуры.

Вопрос 6: Сформулируйте и объясните принцип «калориметрии».
Ответ: Принцип калориметрии гласит:
Когда горячее тело входит в контакт с холодным телом, тепло переходит от горячего тела к холодному, пока оба не достигнут одинаковой температуры.
Тепло, потерянное горячим телом = Тепло, полученное холодным телом.
Пусть масса горячего тела равна m 1 , его удельная теплоемкость s 1 и его температура t 1 ° C, а масса холодного тела равна m 2 , его удельная теплоемкость s 2 и его температура t 2 ° C.

Вопрос 7: Укажите основные меры предосторожности, которые необходимо предпринять при определении скрытой теплоты пара.
Ответ: Основные меры предосторожности:
(i) Следует принять все возможные меры для того, чтобы пар полностью высох перед тем, как попасть в воду.
(ii) Калориметр должен быть должным образом изолирован, поместив его в деревянный ящик, снабженный сдвижной крышкой с двумя отверстиями и выложенный внутри слоем ваты, ватного диска и т. Д. когда температура воды в калориметре повышается примерно на 20 ° C.
(iv) При прохождении пара необходимо следить за тем, чтобы конденсированный пар не выходил наружу.

Вопрос 8: Выведите выражение для количества отдаваемого или поглощаемого тепла, когда его температура падает или повышается на t ° C.
Ответ: Пусть масса тела равна «m», а его удельная теплоемкость — «s». Если t ° C — это повышение его температуры, тогда тепло, поглощаемое телом, рассчитывается следующим образом:
Так как s — это удельная теплоемкость тела, что означает, что единица массы тела при повышении на 1 ° C забирает тепло.
∴ Масса тела «m» для повышения температуры t ° C потребует тепла
= m × s × t
= масса тела × его удельная теплоемкость × повышение температуры
= mst джоуль.

Краткие ответы на основе рисунков

Вопрос 1: Вещество находится в твердой форме при 0 ° C. Количество тепла, добавляемого к этому веществу, и температура вещества показаны на следующем графике:

Если удельная теплоемкость твердого вещества составляет 500 Дж / кг ° G, найдите по графику: (i) массу вещества.
Решение: По графику подводимое тепло составляет 800 Дж при изменении температуры от 0 до 80 ° C.

Длинные ответы на основе рисунков

Вопрос 1: Кусок льда нагревается с постоянной скоростью. Изменение температуры в зависимости от подводимого тепла показано на графике ниже:

(i) Что обозначают AB и CD?
(ii) Какой вывод вы можете сделать относительно природы льда 110 ° C из приведенного выше графика?
Ответ: (i) Часть AB на графике представляет время в t секунд, затраченное льдом при 0 ° C на преобразование в воду при 0 ° C. Часть графика
CD представляет время в секундах, затрачиваемое водой при 100 ° C на превращение в пар при 100 ° C.
(ii) Из графика мы заключаем, что лед требует меньше времени для нагрева с -10 ° C до 0 ° C. Но процесс плавления занимает сравнительно больше времени. Это показывает, что лед имеет высокую удельную скрытую теплоту плавления.

Вопрос 2: Какое наблюдение вы запишете и как вы определите удельную скрытую теплоту плавления льда?
Ответ: Чистый и сухой медный калориметр со штангенциркулем взвешивается, когда он пустой, и снова взвешивается, когда он почти на 2/3 заполнен водой.Затем отмечают начальную температуру. В калориметр переносят кусочки сухого льда. Калориметр помещается внутри бокса и непрерывно перемешивается, пока весь лед не растает. Конечная температура тщательно записывается. Затем снова взвешивают массу калориметра с водой и льдом.

Зарегистрированные наблюдения:

Если L дж / гм — удельная скрытая теплота плавления льда, а s c — удельная теплоемкость меди, то:

Краткое Числовые значения

Вопрос 1 : Температура свинцового куска массой 400 г повышается с 20 ° C до 50 ° C, когда к нему подводится 1560 Дж тепла.Рассчитайте.
(i) Теплоемкость свинцовой детали, (ii) Удельная теплоемкость свинца.
Раствор:

Вопрос 2: 63,2 г меди при 50 ° C можно просто растопить 3,8 г льда. Если удельная скрытая теплота льда составляет 336 Дж / г, найдите удельную теплоемкость меди.
Решение:

Вопрос 3: Вода падает с высоты 50 м. Рассчитайте повышение температуры воды при ударе о дно.
(g = 10 мс -2 ; Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж / кг ° C)
Решение: Если вся энергия из-за падения воды превращается в тепловую, и 0 ° C будет рис при температуре воды, затем

Вопрос 4: 50 г металлической детали при 27 ° C требует 2400 Дж тепловой энергии для достижения температуры 327 ° C.Рассчитайте удельную теплоемкость металла.
Решение:

Вопрос 5: Сколько тепловой энергии выделяется, когда 5 г воды при 20 ° C превращаются в лед при 0 ° C?
[Удельная теплоемкость воды = 4,2 Дж / г -1 ° C -1 Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 Дж / г -1 ]
Решение:

Вопрос 6: A. Горячее твердое вещество массой 60 г при 100 ° C помещают в 150 г воды при 20 ° C.Конечная зафиксированная стабильная температура составляет 25 ° C. Рассчитайте удельную теплоемкость твердого тела. [Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг -1 ° C -1 ]
Решение:

Вопрос 7: Найдите время, необходимое нагревателю мощностью 500 Вт для повышения температуры на 50 кг. материала с удельной теплоемкостью 960 Дж / кг ° C от 18 ° C до 38 ° C. Предположим, что все тепло от нагревателя передается: материалу.
Решение:

Вопрос 8: Железяка большой массы 2.0 кг имеет теплоемкость 966 Дж / ° C. Какова его удельная теплоемкость в единицах S.I.?
Раствор:

Вопрос 9: Сосуд с незначительной тепловой * емкостью содержит 40 г льда при 0 ° C, 8 г пара при 100 ° C пропускаются в лед, чтобы растопить его. Найдите конечную температуру содержимого сосуда.
(Удельная скрытая теплота парообразования = 2268 Дж / г, удельная скрытая теплота плавления льда = 336 Дж / ф и удельная теплоемкость воды = 4.2 Дж / г ° C)
Раствор: Предположим, конечная температура содержимого = θ ° C. Тепло, полученное льдом при 0 ° C в воду при 0 ° C + тепло, полученное водой при 0 ° C в воду при 0 ° C = Тепло, теряемое паром при 100 ° C + Тепло, теряемое водой при 100 ° C на воду при 0 ° С.

Вопрос 10: Рассчитайте количество тепла, выделяемого при превращении 5,0 г воды при 20 ° C в лед при 0 ° C.
(Удельная теплоемкость воды = 4,2 Дж / г ° C
Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 Дж / г).
Решение:

Вопрос 11: Рассчитайте тепловую энергию, которая будет выделена при 5.0 кг пара при 100 ° C конденсируется с образованием воды при 100 ° C. Выразите свой ответ в блоке S.I. (Удельная скрытая теплота испарения пара составляет 2268 кДж / кг.)
Раствор: Тепло, выделяемое 5 кг пара при 100 ° C для преобразования в воду при 100 ° C. = мл
= 5 × 2268 кДж = 11440 кДж.

Вопрос 12: 200 г горячей воды с температурой 80 ° C добавляют к 300 г холодной воды с температурой 10 ° C. Рассчитайте конечную температуру смеси воды. Считайте, что тепло, забираемое контейнером, незначительно.[удельная теплоемкость воды 4200 Дж кг -1 ° C -1 ]
Решение:

Вопрос 13: Электрический погружной нагреватель мощностью 1250 Вт. Рассчитайте время, в течение которого он будет нагрейте 20 кг воды при температуре от 5 ° C до 65 ° C.
Решение:

Вопрос 14: Кусок железа массой 2,0 кг имеет теплоемкость 966 Дж / ° C. Сколько тепла нужно, чтобы нагреть его на 15 ° C?
Решение: m = 2.0 кг, теплоемкость = 966 Дж / ° C

Вопрос 15: Некоторое количество горячей воды было добавлено к трехкратной массе холодной воды при 10 ° C, и в результате была получена температура 20 ° C. Какой была температура горячей воды?
Решение: Пусть температура горячей воды будет t ° C, а масса горячей воды = m gm

Требуемое время: 1 час, 7 минут, 12 секунд.

Long Numericals

Вопрос 1: Выведите выражение для определения удельной теплоемкости тела (твердого тела) из показаний эксперимента, приведенного ниже:
Решение:

Вопрос 2: A тело A массы m 1 вещества с удельной теплоемкостью c 1 при температуре θ 1 смешано с телом B массы m 2 другого вещества с удельной теплоемкостью c 2 при более низкой температуре θ 2 .Выведите выражение для температуры смеси. Укажите сделанное предположение, если таковое имеется.
Раствор:

Вопрос 3: Медный калориметр массой 50 г содержит 100 г воды при 20 ° C. Металлический кусок массой 250 г нагревают до 100 ° C и затем опускают в калориметр. Содержимое калориметра хорошо перемешивают, и его конечная максимальная температура составляет 28 ° C. Если удельная теплоемкость воды составляет 4,2 Дж / г ° C, а меди равна 0.4 Дж / г ° C, найдите: (i) тепло, полученное водой, (ii) тепло, полученное калориметром, (iii) общее количество тепла, отдаваемое металлической деталью, и (iv) удельную теплоемкость металла.
Ответ:

Вопрос 4: Масса 40 г латуни с удельной теплоемкостью 0,85 Jg -1 K -1 нагревается в печи, а затем быстро превращается в 240 г воды при 30 ° C в калориметре массой 60 г и удельной теплоемкостью 0,4 Дж -1 K -1 .Если конечная температура 50 ° C. Какая температура была в духовке?
Решение:

Вопрос 5: Горелка Бунзена повышает температуру 500 г воды с 10 ° C до 100 ° C за 5 минут. Какое тепло подается в секунду?
Раствор:

Вопрос 6: 40 г льда при 0 ° C используются для понижения температуры определенной массы воды с 60 ° C до 10 ° C. Найдите массу использованной воды.
[Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг -1 ° C -1 ]
[Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 × 10 3 Дж кг -1 ]
Решение: Пусть масса использованной воды = m gm.

Вопрос 7: 250 г воды при 30 ° C находится в медном сосуде массой 50 г. Рассчитайте массу льда, необходимую для понижения температуры сосуда и его содержимого до 5 ° C.
Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 × 10 3 Дж кг -1
Удельная теплоемкость медного сосуда = 400 Дж кг -1 ° C -1
Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж кг -1 ° C -1 .
Раствор:

Вопрос 8: Температура 600 г холодной воды повышается на 15 ° C при добавлении 300 г горячей воды с температурой 50 ° C.Какая была начальная температура?
Раствор:

Вопрос 9: 20 г льда при 0 ° C добавляют к 200 г воды при 20 ° C. Рассчитайте падение температуры без учета теплоемкости емкости. (Удельная скрытая теплота льда = 80 кал / г)
Решение:

Вопрос 10: Найдите конечную температуру, когда 80 г воды при 100 ° C смешивают с массой 40 г воды при 25 ° С.
Решение:

Вопрос 11: Нагреватель подает тепло со скоростью 800 Дж / с.Найдите время, необходимое для преобразования 50 г льда при -20 ° C в перегретый пар при 140 ° C. (Дано: удельная теплота льда = 2,1 Дж / г, скрытая теплота льда = 340 Дж / г м3, скрытая теплота пара = 2240 Дж / г м3, удельная теплота пара = 2,1 Дж / г м и удельная теплота воды = 4,2 Дж. / г)
Раствор:

Вопрос 12: (i) Расплавленный металл весом 150 г выдерживают при температуре плавления 800 ° C. Когда ему дают затвердеть при той же температуре, он выделяет 75000 Дж тепла. Что такое зр.скрытая теплота металла?
(ii) Если его sp. теплоемкость 200 Дж / кг-К, сколько дополнительного тепла он отдаст при охлаждении до -50 ° С?
Решение:

Вопрос 13: Тепловая энергия подается с постоянной скоростью на 100 г льда при 0 ° C. Лед превращается в воду при 0 ° C за 2 минуты. Сколько времени потребуется, чтобы поднять температуру воды с 0 ° C до 20 ° C? [Дано: sp. теплоемкость воды 4,2 г -1 ° C -1 , уд.скрытая теплота льда = 336 Дж / г -1 ]
Раствор:

Вопрос 14: 50 г льда при 0 ° C добавляют к 300 г жидкости при 30 ° C. Какова будет конечная температура смеси, когда весь лед растает? Удельная теплоемкость жидкости составляет 2,65 Дж -1 ° C -1 , а у воды — 4,2 Дж / г -1 ° C -1 . Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 Дж -1 .
Раствор:

Вопрос 15: Рассчитайте общее количество тепла, необходимое для преобразования 100 г льда при 0 ° C в пар при 100 ° C.(Удельная скрытая теплота плавления льда = 336 Дж / г, удельная скрытая теплота испарения пара = 2260 Дж / г, удельная теплоемкость воды = 4,2 Дж / г ° C).
Раствор:

Вопрос 16: Пар при 100 ° C пропускается через 1000 г льда при 0 ° C. Через некоторое время остается 600 г льда при 0 ° C и образуется 450 г воды при 0 ° C. Рассчитайте удельную скрытую теплоту парообразования (Дано: удельная теплоемкость воды = 4200 Дж / кг ° C, удельная скрытая теплота плавления льда = 336000 Дж / кг.)
Раствор:

Вопрос 17: Если нет потерь тепла в окружающую среду, тепло, выделяющееся при конденсации m 1 г пара при 100 ° C в воду при 100 ° C, может m 2 г льда при 0 ° C в воду при 0 ° C.

Решение:

Вопрос 18: В чайнике мощностью 1,25 кВт содержится 1 кг воды. Предполагая, что удельная теплоемкость воды = 4,2 Дж / г ° C и удельная скрытая теплота испарения = 2260 Дж / г, рассчитайте: (i) время, необходимое для повышения температуры воды с 25 ° C до точки кипения, ( ii) масса воды, которая испаряется из кипящей воды за минуту.
Решение:

Дополнительные ресурсы

Почему лед имеет меньшую теплоемкость, чем жидкая вода?

Для нагрева воды до более высокой температуры требуется больше времени, чем для плавления льда. Хотя это может показаться загадочной ситуацией, это главный фактор, способствующий смягчению климата, который позволяет жизни существовать на Земле.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы этого вещества на 1 градус Цельсия.

Расчет удельной теплоемкости

Формула для связи между тепловой энергией, изменением температуры, удельной теплоемкостью и изменением температуры: Q = mc (дельта T), где Q представляет тепло, добавленное к веществу, c — удельная теплоемкость, m — масса нагреваемого вещества, а дельта T — изменение температуры.

Различия в воде и льду

Удельная теплоемкость воды при 25 градусах Цельсия составляет 4,186 джоулей / грамм * градус Кельвина.

Удельная теплоемкость воды при -10 градусах Цельсия (лед) составляет 2,05 джоулей / грамм * градус Кельвина.

Удельная теплоемкость воды при 100 градусах Цельсия (пар) составляет 2,080 джоулей / грамм * градус Кельвина.

Факторы, влияющие на удельную теплоемкость воды и льда

Вероятно, наиболее очевидным различием между льдом и водой является тот факт, что лед — твердое тело, а вода — жидкость, но в то время как состояние вещества меняется с твердого на жидкое и газообразное в зависимости от при температуре химическая формула остается двумя атомами водорода, ковалентно связанными с одним атомом кислорода.

Степень свободы — это любая форма энергии, в которой может сохраняться тепло, передаваемое объекту. В твердом теле эти степени свободы ограничены структурой этого твердого тела. Кинетическая энергия, хранящаяся внутри молекулы, влияет на удельную теплоемкость этого вещества, а не на его температуру.

Как жидкость, вода имеет больше направлений для движения и поглощения тепла, приложенного к ней. Для повышения общей температуры необходимо нагреть большую площадь поверхности.

Однако у льда площадь поверхности не меняется из-за его более жесткой структуры. По мере того как лед нагревается, эта тепловая энергия должна куда-то уходить, и он начинает разрушать структуру твердого тела и превращать лед в воду.

Преимущества более высокой удельной теплоемкости воды

Более высокая удельная теплоемкость воды, а также высокая теплота испарения позволяют ей смягчать климат Земли, вызывая медленное изменение температуры в областях вокруг больших водоемов.

Из-за высокой удельной теплоемкости воды вода и земля вблизи водоемов нагреваются медленнее, чем земля без воды. Для обогрева помещения необходимо больше тепловой энергии, потому что вода поглощает энергию.

Подобное количество тепловой энергии повысит температуру суши до гораздо более высокой температуры, а почва или грязь будут препятствовать проникновению тепла в землю. Пустыни достигают чрезвычайно высоких температур именно из-за отсутствия воды.

17.12: Многоступенчатые задачи с изменением состояния

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Многоступенчатые задачи с изменениями состояния
  2. Сводка
  3. Авторы и авторства

У вас есть кубик льда.Какой процесс потребует больше энергии — таяние кубика льда или преобразование воды в пар? Короткий ответ заключается в том, что для преобразования воды в пар требуется больше энергии. Длинный ответ — это действительно вопрос: как перейти от одной точки к другой? Какая температура льда? Какова масса этого кубика льда? Многое уходит на то, чтобы взять материал от начальной до конечной точки.

Многоступенчатые задачи с изменением состояния

Кривые нагрева показывают фазовые изменения, которым подвергается вещество при непрерывном поглощении тепла.\ text {o} \ text {C} \)

  • \ (\ Delta H_ \ text {fus} = 6.01 \: \ text {кДж / моль} \)
  • \ (\ Delta H_ \ text {vap} = 40,7 \: \ text {кДж / моль} \)
  • Неизвестно

    • \ (\ Delta H_ \ text {total} =? \: \ Text {кДж} \)

    Выполните шаги, описанные ранее. Обратите внимание, что масса воды необходима для расчетов, в которых учитывается удельная теплоемкость, а в молях воды — для расчетов, связанных с изменениями состояния. Все количества тепла должны быть в килоджоулях, чтобы их можно было сложить вместе, чтобы получить общую сумму для пятиэтапного процесса.\ text {o} \ text {C} \) равно \ (133.4 \: \ text {kJ} \). Наибольшее поглощение тепла происходит при испарении жидкой воды.

    Сводка

    • Описаны многоступенчатые вычисления для изменения состояния.

    Авторы и авторство

    • Фонд CK-12 Шарон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

    5.5 Изменение фазы и скрытая теплота — Физика Дугласского колледжа 1207 Зима 2020

    Сводка

    • Проверить теплопередачу.
    • Рассчитайте конечную температуру по теплопередаче.

    До сих пор мы обсуждали изменение температуры из-за теплопередачи. Если лед тает и становится жидкой водой (т. Е. Во время фазового перехода), изменения температуры не происходит. Например, представьте себе воду, капающую с тающих сосулек на крыше, нагретой солнцем. И наоборот, вода замерзает в лотке для льда, охлаждаемом более низкотемпературной средой.

    Рис. 1. Тепло от воздуха передается льду, заставляя его таять.(кредит: Майк Брэнд)

    Энергия требуется для плавления твердого тела, потому что когезионные связи между молекулами в твердом теле должны быть разорваны, чтобы в жидкости молекулы могли перемещаться со сравнимыми кинетическими энергиями; таким образом, нет повышения температуры. Точно так же энергия необходима для испарения жидкости, потому что молекулы в жидкости взаимодействуют друг с другом посредством сил притяжения. Пока фазовый переход не завершен, изменение температуры не происходит. Температура стакана содовой первоначально составляет 0 o C , остается на уровне 0 o C , пока весь лед не растает.И наоборот, при замораживании и конденсации выделяется энергия, обычно в виде тепловой энергии. Когда молекулы объединяются, работа совершается за счет сил сцепления. Соответствующая энергия должна выделяться (рассеиваться), чтобы они оставались вместе. Рис. 2.

    Энергия, участвующая в фазовом переходе, зависит от двух основных факторов: количества и прочности связей или пар сил. Количество связей пропорционально количеству молекул и, следовательно, массе образца. Сила сил зависит от типа молекул.Тепло Q , необходимое для изменения фазы образца массой м , равно

    , где скрытая теплота плавления и скрытая теплота парообразования являются материальными константами, которые определяются экспериментально. См. (Таблица 2).

    Рис. 2. (a) Энергия требуется для частичного преодоления сил притяжения между молекулами в твердом теле с образованием жидкости. Эту же энергию необходимо удалить, чтобы произошло замораживание. (б) Молекулы разделяются на большие расстояния при переходе от жидкости к пару, что требует значительной энергии для преодоления молекулярного притяжения.Такая же энергия должна быть удалена для конденсации. Пока фазовый переход не завершен, изменение температуры не происходит.

    Скрытая теплота измеряется в Дж / кг. Они зависят от вещества, особенно от силы его молекулярных сил, как отмечалось ранее, и в совокупности называются коэффициентами скрытой теплоты . Они являются скрытыми, или скрытыми, потому что при фазовых изменениях энергия входит или выходит из системы, не вызывая изменения температуры в системе; так что, по сути, энергия скрыта.В таблице 2 приведены репрезентативные значения и вместе с точками плавления и кипения.

    Из таблицы видно, что в фазовые переходы вовлечено значительное количество энергии. Давайте посмотрим, например, сколько энергии необходимо, чтобы растопить килограмм льда, чтобы произвести килограмм воды. Используя уравнение для изменения температуры и значение воды из таблицы 2, мы находим, что это энергия, необходимая для плавления килограмм льда. Это много энергии, поскольку оно представляет собой такое же количество энергии, которое необходимо для повышения температуры 1 кг жидкой воды с до. Для испарения воды требуется еще больше энергии; потребуется 2256 кДж, чтобы превратить 1 кг жидкой воды при нормальной температуре кипения (при атмосферном давлении) в пар (водяной пар).Этот пример показывает, что энергия для изменения фазы огромна по сравнению с энергией, связанной с изменениями температуры без изменения фазы.

    L f L v
    Вещество Точка плавления (ºC) кДж / кг ккал / кг Температура кипения (° C) кДж / кг ккал / кг
    Гелий −269.7 5,23 1,25 −268,9 20,9 4,99
    Водород −259,3 58,6 14,0 −252,9 452 108
    Азот −210,0 25,5 6,09 −195,8 201 48,0
    Кислород −218,8 13,8 3,30 −183.0 213 50,9
    Этанол −114 104 24,9 78,3 854 204
    Аммиак −75 108 −33,4 1370 327
    Меркурий −38,9 11,8 2,82 357 272 65,0
    Вода 0.00 334 79,8 100,0 2256 2 539 3
    сера 119 38,1 9,10 444,6 326 77,9
    Свинец 327 24,5 5,85 1750 871 208
    Сурьма 631 165 39.4 1440 561 134
    Алюминий 660 380 90 2450 11400 2720
    Серебро 961 88,3 21,1 2193 2336 558
    Золото 1063 64,5 15,4 2660 1578 377
    Медь 1083 134 32.0 2595 5069 1211
    Уран 1133 84 20 3900 1900 454
    Вольфрам 3410 184 44 5900 4810 1150
    Таблица 2. Теплоты плавления и испарения 1

    Фазовые изменения могут иметь огромный стабилизирующий эффект даже при температурах, не близких к точкам плавления и кипения, потому что испарение и конденсация (преобразование газа в жидкое состояние) происходят даже при температурах ниже точки кипения.Возьмем, к примеру, тот факт, что температура воздуха во влажном климате редко бывает выше, потому что большая часть теплопередачи идет на испарение воды в воздух. Точно так же температура во влажную погоду редко опускается ниже точки росы, потому что при конденсации водяного пара выделяется огромное количество тепла.

    Мы исследуем эффекты фазового перехода более точно, рассматривая добавление тепла в образец льда в точке (рис. 3). Температура льда линейно повышается, поглощая тепло с постоянной скоростью, пока не достигнет 1 раз при этой температуре, лед начинает таять, пока не растает весь лед, поглощая 79.8 кал / г тепла. Температура остается постоянной во время этого фазового перехода. Как только весь лед растает, температура жидкой воды повышается, поглощая тепло с новой постоянной скоростью, когда вода начинает кипеть, и температура снова остается постоянной, в то время как вода поглощает 539 кал / г тепла во время этого фазового перехода. Когда вся жидкость превратилась в пар, температура снова повышается, поглощая тепло со скоростью

    . Рис. 3. График зависимости температуры от добавленной энергии.Система сконструирована таким образом, что пар не испаряется, пока лед нагревается, превращаясь в жидкую воду, и поэтому, когда происходит испарение, пар остается в системе. Длинные участки с постоянными значениями температуры при 0ºC и 100ºC отражают большую скрытую теплоту плавления и испарения соответственно.

    Вода может испаряться при температуре ниже точки кипения. Требуется больше энергии, чем при температуре кипения, потому что кинетическая энергия молекул воды при температурах ниже, чем кинетическая энергия при температурах ниже, чем при, следовательно, меньше энергии доступно от случайных тепловых движений.Возьмем, например, тот факт, что при температуре тела пот с кожи требует подводимого тепла в размере 2428 кДж / кг, что примерно на 10 процентов выше, чем скрытая теплота испарения. Это тепло исходит от кожи и, таким образом, обеспечивает эффективный механизм охлаждения в жаркую погоду. Высокая влажность препятствует испарению, поэтому температура тела может повыситься, и на лбу останется неизваренный пот.

    Мы видели, что испарение требует передачи тепла жидкости из окружающей среды, так что энергия выделяется окружающей средой.Конденсация — это обратный процесс, повышающий температуру окружающей среды. Это увеличение может показаться неожиданным, поскольку мы ассоциируем конденсацию с холодными объектами — например, со стеклом на рисунке. Однако для конденсации пара необходимо отводить энергию от конденсирующихся молекул. Энергия точно такая же, как и энергия, необходимая для изменения фазы в другом направлении, от жидкости к пару, и поэтому ее можно рассчитать из

    . Рис. 4. Конденсация образуется на стакане холодного чая, потому что температура окружающего воздуха опускается ниже точки росы.Скорость, с которой молекулы воды соединяются вместе, превышает скорость, с которой они разделяются, и поэтому вода конденсируется. Энергия высвобождается, когда вода конденсируется, ускоряя таяние льда в стекле. (кредит: Дженни Даунинг)

    ПРИЛОЖЕНИЕ ДЛЯ РЕАЛЬНОГО МИРА

    Энергия также выделяется при замерзании жидкости. Это явление используют садоводы во Флориде для защиты апельсинов при температуре, близкой к точке замерзания. Гроверы распыляют воду на растения в садах, так что вода замерзает и тепло передается апельсинам, растущим на деревьях.Это предотвратит падение температуры внутри апельсина ниже нуля, что может повредить плод.

    Рис. 5. Лед на этих деревьях высвобождает большое количество энергии при замерзании, помогая предотвратить падение температуры деревьев ниже 0ºC . Фруктовые сады намеренно распыляют водой, чтобы предотвратить сильные морозы. (Источник: Герман Хаммер)

    Сублимация — это переход из твердой фазы в паровую. Вы могли заметить, что снег может раствориться в воздухе без следов жидкой воды или исчезновения кубиков льда в морозильной камере.Верно и обратное: на очень холодных окнах может образовываться иней, не проходя через жидкую фазу. Популярным эффектом является создание «дыма» из сухого льда, который представляет собой твердый углекислый газ. Сублимация происходит потому, что равновесное давление пара твердых тел не равно нулю. Некоторые освежители воздуха используют сублимацию твердого вещества, чтобы наполнять комнату парфюмом. Шарики моли являются слегка токсичным примером фенола (органического соединения), который сублимируется, в то время как некоторые твердые вещества, такие как четырехокись осмия, настолько токсичны, что их необходимо хранить в герметичных контейнерах, чтобы предотвратить воздействие на человека их паров, образующихся при сублимации.

    Рис. 6. Прямые переходы между твердым телом и паром обычны, иногда полезны и даже красивы. (а) Сухой лед сублимируется непосредственно до углекислого газа. Видимый пар состоит из капель воды. (кредит: Винделл Оскей) (б) Мороз формирует узоры на очень холодном окне, пример твердого тела, образованного непосредственно из пара. (кредит: Лиз Вест)

    Все фазовые переходы связаны с теплом. В случае прямых переходов твердое тело-пар требуемая энергия определяется уравнением где — теплота сублимации, — энергия, необходимая для изменения 1.00 кг вещества из твердой фазы в паровую. аналогичен и, и его значение зависит от вещества. Сублимация требует ввода энергии, поэтому сухой лед является эффективным хладагентом, тогда как обратный процесс (например, обледенение) выделяет энергию. Количество энергии, необходимое для сублимации, того же порядка величины, что и для других фазовых переходов.

    Материал, представленный в этом и предыдущем разделе, позволяет нам рассчитать любое количество эффектов, связанных с температурой и фазовым переходом.В каждом случае необходимо определить, какие температурные и фазовые изменения имеют место, а затем применить соответствующее уравнение. Имейте в виду, что теплопередача и работа могут вызывать как температурные, так и фазовые изменения.

    1. Изучите ситуацию, чтобы определить, есть ли изменение температуры или фазы. Есть ли передача тепла в систему или из нее? Если наличие или отсутствие фазового перехода неочевидно, вы можете сначала решить проблему, как если бы фазовых изменений не было, и изучить полученное изменение температуры.Если вам достаточно пройти через точку кипения или плавления, вам следует вернуться и решить проблему поэтапно — изменение температуры, изменение фазы, последующее изменение температуры и так далее.
    2. Определите и перечислите все объекты, которые изменяют температуру и фазу.
    3. Определите, что именно необходимо определить в проблеме (определите неизвестные). Письменный список полезен.
    4. Составьте список того, что дано или что можно вывести из проблемы, как указано (укажите известные).
    5. Решите соответствующее уравнение для количества, которое необходимо определить (неизвестное). При изменении температуры передаваемое тепло зависит от удельной теплоемкости (см. Главу 14.2, пример 2), тогда как для фазового перехода передаваемое тепло зависит от скрытой теплоты. См. Таблицу 2.
    6. Подставьте известные значения вместе с их единицами измерения в соответствующее уравнение и получите численные решения вместе с единицами измерения. Вам нужно будет делать это поэтапно, если процесс состоит из нескольких стадий (например, изменение температуры с последующим изменением фазы).
    7. Проверьте ответ, чтобы узнать, разумен ли он: Имеет ли смысл? В качестве примера убедитесь, что изменение температуры не вызывает также фазового перехода, который вы не учли.

    Проверьте свое понимание

    1: Почему на горных склонах остается снег даже при дневных температурах выше минусовых?

    Концептуальные вопросы

    1: Теплообмен может вызвать температурные и фазовые изменения.Что еще может вызвать эти изменения?

    2: Как скрытая теплота плавления воды помогает замедлить снижение температуры воздуха, возможно, предотвращая значительное падение температуры ниже 0 o C вблизи больших водоемов?

    3: Какова температура льда сразу после того, как он образован замерзшей водой?

    4: Что произойдет, если поместить воду 0 o C в изотермический контейнер? Растает ли немного льда, замерзнет ли еще вода, или этого не произойдет?

    5: Какое влияние конденсация на стакане ледяной воды оказывает на скорость таяния льда? Конденсат ускорит процесс плавления или замедлит его?

    6: В очень влажном климате с многочисленными водоемами, например во Флориде, температура необычно поднимается выше примерно 35 o C или 95 F. Однако в пустынях температура может подниматься намного выше этой. Объясните, как испарение воды помогает ограничивать высокие температуры во влажном климате.

    7: Зимой в Сан-Франциско часто теплее, чем в соседнем Сакраменто, в 150 км от суши. Летом в Сакраменто почти всегда жарче. Объясните, как водоемы, окружающие Сан-Франциско, смягчают экстремальные температуры.

    8: Закрытие кастрюли крышкой значительно снижает теплопередачу, необходимую для поддержания ее кипения.Объяснить, почему.

    9: Сублимированные продукты обезвожены в вакууме. Во время процесса продукты замерзают, и их необходимо нагревать, чтобы облегчить обезвоживание. Объясните, как вакуум ускоряет обезвоживание и почему в результате продукты замерзают.

    10: Когда неподвижный воздух охлаждается за счет излучения ночью, температура редко опускается ниже точки росы. Объяснить, почему.

    11: Во время демонстрации в классе физики инструктор надувает воздушный шар ртом, а затем охлаждает его в жидком азоте.В холодном состоянии в сморщенном воздушном шаре есть небольшое количество светло-голубой жидкости, а также несколько снежных кристаллов. По мере нагревания жидкость закипает, и часть кристаллов сублимируется, при этом некоторые кристаллы остаются на некоторое время, а затем превращаются в жидкость. Найдите голубую жидкость и два твердых вещества в холодном баллоне. Обоснуйте свою идентификацию, используя данные из Таблицы 2.

    Задачи и упражнения

    1: Сколько тепла (в килокалориях) требуется для оттаивания 0.450-килограммовая упаковка замороженных овощей первоначально при температуре 0 o C i Если их теплота плавления такая же, как у воды?

    2: Мешок, содержащий 0 o C i ce, намного эффективнее поглощает энергию, чем мешок, содержащий такое же количество 0 o C воды.

    1. Сколько тепла необходимо, чтобы поднять температуру 0,800 кг воды с 0 o C до 30,0 o C?
    2. Сколько тепла требуется для первого плавления 0.800 кг 0 o C льда, а затем повысить его температуру?
    3. Объясните, как ваш ответ подтверждает утверждение о том, что лед более эффективен.

    3: (a) Сколько тепла требуется для повышения температуры алюминиевого котла весом 0,750 кг, содержащего 2,50 кг воды, до точки кипения, а затем выкипания 0,750 кг воды? (б) Сколько времени это займет, если мощность теплопередачи составляет 500 Вт? Помните, что 1 ватт = 1 джоуль в секунду.

    4: Образование конденсата на стакане с ледяной водой приводит к тому, что лед тает быстрее, чем в противном случае. Если 8,00 г конденсата образуется на стакане, содержащем воду и 200 г льда, сколько граммов льда в результате растает? Предположим, что никакой другой теплопередачи не происходит.

    5: Во время поездки вы замечаете, что мешок со льдом весом 3,50 кг хранится в вашем холодильнике в среднем один день. Какая средняя мощность в ваттах поступает на лед, если он начинается с 0 o C и полностью тает до 0 o C воды ровно за один день? Помните, что 1 ватт = 1 джоуль в секунду.

    6: В определенный сухой солнечный день температура в бассейне могла бы повыситься, если бы не испарения. Какая часть воды должна испариться, чтобы унести достаточно энергии для поддержания постоянной температуры?

    7: (a) Сколько тепла необходимо для повышения температуры куска льда весом 0,200 кг с до, включая энергию, необходимую для фазовых переходов?

    (b) Сколько времени требуется для каждой стадии, принимая постоянное значение 20.0 кДж / с скорость передачи тепла?

    (c) Постройте график зависимости температуры от времени для этого процесса.

    8: В 1986 году гигантский айсберг откололся от шельфового ледника Росса в Антарктиде. Это был примерно прямоугольник длиной 160 км, шириной 40,0 км и толщиной 250 м.

    (a) Какова масса этого айсберга, учитывая, что плотность льда составляет 917 кг / м 3 ?

    (b) Сколько тепла (в джоулях) необходимо для его плавления?

    (c) Сколько лет потребуется одному солнечному свету, чтобы растопить лед такой толщины, если лед поглощает в среднем 12?00 ч в сутки?

    9: Сколько граммов кофе должно испариться из 350 г кофе в 100-граммовой стеклянной чашке, чтобы охладить кофе с 95,0 o C до 45,0 0 o C? Вы можете предположить, что кофе имеет те же термические свойства, что и вода, и что средняя теплота испарения составляет 2340 кДж / кг (560 кал / г). (Вы можете пренебречь изменением массы кофе по мере его охлаждения, что даст вам ответ, который будет немного больше правильного.)

    10: (a) Пожар на танкере с сырой нефтью трудно потушить, потому что каждый литр сырой нефти выделяет энергию при сгорании.Чтобы проиллюстрировать эту трудность, вычислите количество литров воды, которое необходимо израсходовать, чтобы поглотить энергию, выделяемую при сжигании 1,00 л сырой нефти, если температура воды поднялась с 20,0 o C до 100 o C он закипает, и образующийся пар поднимается до 300 o C? (b) Обсудите дополнительные сложности, вызванные тем фактом, что сырая нефть имеет меньшую плотность, чем вода.

    11: Энергия, выделяемая при конденсации во время грозы, может быть очень большой.Рассчитайте энергию, выделяемую в атмосферу для небольшого шторма радиусом 1 км, предполагая, что в этой области равномерно выпадает 1,0 см дождя.

    12: Чтобы предотвратить повреждение от мороза, на фруктовое дерево распыляют 4 кг воды.

    (a) Сколько тепла происходит при замерзании воды?

    (б) Насколько снизилась бы температура 200-килограммового дерева, если бы это количество тепла передавалось от дерева? Возьмите удельную теплоемкость [латекс] \ boldsymbol {3.{\ circ} \ textbf {C}}, [/ latex] и предполагаем, что изменения фазы не происходит.

    13: Алюминиевая миска весом 0,250 кг, вмещающая 0,800 кг супа, помещается в морозильную камеру. Какова конечная температура, если от миски и супа передается 377 кДж энергии, если предположить, что тепловые свойства супа такие же, как у воды? Ясно покажите, как вы следуете шагам в
    Стратегии решения проблем с эффектами теплопередачи.

    14: Кубик льда весом 0,0500 кг помещается в 0.400 кг воды в очень хорошо изолированной емкости. Какая конечная температура?

    15: Если вы вылейте 0,0100 кг воды на блок льда весом 1,20 кг (который изначально равен t), какова конечная температура? Вы можете предположить, что вода остывает так быстро, что влияние окружающей среды незначительно.

    16: Коренные жители иногда готовят в водонепроницаемых корзинах, помещая в воду горячие камни и доводя ее до кипения. Какая масса камня 500 o C должна быть помещена в 4.00 кг 15,0 o C воды, чтобы довести ее температуру до 100 o C , если 0,0250 кг воды улетучится в виде пара из первоначального шипения? Вы можете пренебречь влиянием окружающей среды и принять среднюю удельную теплоемкость горных пород за гранитную.

    17: Какой была бы конечная температура кастрюли и воды в главе 14.2, пример 3, если бы 0,260 кг воды было помещено в поддон и 0,0100 кг воды сразу испарилось, оставив остальную часть, чтобы достичь общей температуры с Сковорода?

    18: В некоторых странах жидкий азот используется в молочных грузовиках вместо механических холодильников.Поездка с доставкой продолжительностью 3 часа требует 200 л жидкого азота, плотность которого составляет 808 кг / м 3 3 .

    (a) Рассчитайте теплопередачу, необходимую для испарения этого количества жидкого азота и повышения его температуры до 3,00 o ° C. (Используйте и предполагайте, что она является постоянной во всем диапазоне температур.) Это значение представляет собой степень охлаждения поставки жидкого азота.

    (б) Что это за скорость теплопередачи в киловатт-часах?

    (c) Сравните количество охлаждения, полученное при плавлении идентичной массы льда 0 o C , с охлаждением при испарении жидкого азота.

    19: Некоторые любители оружия делают свои собственные пули, что включает плавление и литье свинцовых пулей. Сколько тепла необходимо для повышения температуры и плавления 0,500 кг свинца, начиная с 25,0 o C?

    20: Вы используете электрический нагреватель, который работает при 120,0 В. Вы начинаете с 2,00 кг льда при температуре -4 o ° C и заканчиваете жидкой водой при температуре 95,0 ° ° C? Сколько времени это займет, если сила тока 10,0 ампер?

    Сноски

    1. Значения указаны для нормальных температур плавления и кипения при стандартном атмосферном давлении (1 атм).
    2. При 37,0 ° C (температура тела) теплота испарения L v для воды составляет 2430 кДж / кг или 580 ккал / кг
    3. При 37,0ºC (температура тела) теплота испарения L v для воды составляет 2430 кДж / кг или 580 ккал / кг

    Глоссарий

    теплота сублимации
    энергия, необходимая для перехода вещества из твердой фазы в паровую
    Коэффициент скрытой теплоты
    физическая константа, равная количеству тепла, передаваемого на каждый 1 кг вещества во время изменения фазы вещества
    сублимация
    переход из твердой фазы в паровую

    Решения

    Проверьте свое понимание

    1: Снег состоит из кристаллов льда и, таким образом, является твердой фазой воды.Поскольку для фазовых переходов необходимо огромное количество тепла, требуется определенное количество времени, чтобы это тепло аккумулировалось из воздуха, даже если температура воздуха выше 0 o C. Чем теплее воздух, тем быстрее это тепло происходит обмен и тем быстрее тает снег.

    Задачи и упражнения

    1: 35,9 ккал

    3: (а) 591 ккал (б) 4,94 x10 3 с

    5: 13.5 Вт

    7: (а) 148 ккал (б) 0,418 с, 3,34 с, 4,19 с, 22,6 с, 0,456 с

    9: 33,0 г

    10: (a) 9,67 л (b) Сырая нефть менее плотная, чем вода, поэтому она плавает поверх воды, подвергая ее воздействию кислорода воздуха, который используется для сжигания. Кроме того, если вода находится под маслом, она менее эффективно поглощает тепло, выделяемое маслом.

    12: а) 319 ккал б) 2,00 o C

    14: 20.6 o C

    16: 4,38 кг

    18: (a) 1,57 x10 4 ккал (b) 18,3 кВт.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *