Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле: какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 литров воды в аллюминиевой кастрюле массой 300 грамм

Содержание

Персональный сайт — физика 8, продолжение (часть 2)

…>
  • Почему аромат духов чувствуется на расстоянии?
  • С какой скоростью движется кит, если для прохождения 3 км ему потребовалось 3 мин 20 с.
  • Найдите силу тяжести, действующую на тело массой 1,5 т. Изобразите силу тяжести на чертеже в выбранном масштабе.
  • На какой глубине давление воды в море равно 2060 кПа?  Плотность морской воды 1030 кг/м3
  •  Сколько времени должен работать насос мощностью 50 кВт, чтобы из шахты глубиной 150 м откачать воду объемом 200 м3   Плотность воды 1000 кг/м3
  •  

    Контрольная работа  № 1 по теме «Тепловые явления»

    Вариант 1

    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20 до 30 градусов Цельсия. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С)  )
    2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания угля 3 * 10
      7
      Дж/кг)
    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Почему?
    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 до 200 градусов Цельсия? Потерями тепла пренебречь. (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг С))

    Вариант 2

    1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107  Дж/кг)
    2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 до 200 градусов Цельсия пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С))
    3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 до 100 градусов Цельсия?  (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), алюминия  920 Дж/(кг С),   плотность воды 1000 кг/м
      3
      )

     

    Контрольная работа №2 по теме
     «Изменение агрегатных состояний вещества»

    Вариант 1

    1. Расплавится ли нафталин, если его бросить в кипящую воду? Ответ обоснуйте. (Температура плавления нафталина 80 градусов Цельсия, температура кипения воды 100 градусов)

    2. Найти количество теплоты необходимое для плавления льда массой 500 грамм, взятого при 0 градусов Цельсия. Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 2 килограммов воды, взятых при 50 градусах Цельсия. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), удельная теплота парообразования 2,3 * 10 6 Дж/кг,

    4.  За 1,25 часа в двигателе мотороллера сгорело 2,5 кг бензина. Вычислите КПД двигателя, если за это время он совершил 2,3 * 10 7

    Дж полезной работы. Удельная теплота сгорания бензина 4,6 *10 7 Дж / кг

    Вариант 2.

    1. Почему показание влажного термометра психрометра всегда ниже температуры воздуха в комнате?

    2. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 200 г воды, взятой при температуре кипения. Удельная теплота парообразования воды 2,3 * 10 6 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для плавления льда массой 400 грамм, взятого при – 20 градусах Цельсия.  Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг, удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг С)

    4. Определите полезную работу, совершенную двигателем трактора, если для ее совершения потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 * 10 6 Дж/кг, а КПД двигателя 30 %

     

    Контрольная работа № 3  по теме «Электрические явления»

    Вариант 1.

    1. Начертите схему электрической цепи, содержащей гальванический элемент, выключатель, электрическую лампочку, амперметр.
    2. По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 минут.  Чему равна сила тока в лампе?
    3. При электросварке в дуге при напряжении 30 В сила тока достигает 150 А. Каково сопротивление дуги?
    4. Какой длины нужно взять медный провод сечением 0,1 мм2, чтобы его сопротивление было равно 1,7 Ом? (Удельное сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м)
    5. По медному проводнику с поперечным сечением 3,5 мм2 и длиной 14,2 м идет ток силой 2,25 А. Определите напряжение на концах этого проводника. (Удельное сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м)

     

    Вариант 2.

    1. Размеры медного и железного проводов одинаковы. Сравните их сопротивления. (Удельное электрическое сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м, железа 0,1 Ом мм2/м)
    2. Напряжение на зажимах лампы 220 В. Какая будет совершена работа при прохождении по данному участку 5 Кл электричества?
    3. Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление нити накала равно 40 Ом.
    4. Сопротивление никелинового проводника длиной 40 см равно 16 Ом. Чему равна площадь поперечного сечения проводника (Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом мм2 / м)
    5. Чему равна сила тока в железном проводе длиной 120 см сечением 0,1 мм2, если напряжение на его концах 36 В. Удельное электрическое сопротивление меди 0,1 Ом*мм2

     

    Контрольная работа по теме «Постоянный ток»

    Вариант 1

    1 Почему вместо перегоревшего предохранителя нельзя вставлять какой-либо металлический предмет (гвоздь)

    2 Сила тока в электрической лампе 0,2 А при напряжении 120В.  Найдите:

    а) её сопротивление     б)мощность

    в) работу тока за три минуты

    3 Какой длины нужно взять медную проволоку сечением 0,5мм

    2, чтобы при напряжение 68В сила тока в ней была 2А?

    4 Три сопротивлении по 10 Ом каждое включены как показано на рис. Показание амперметра 0,9А, вольтметра 6В. Найдите:

    А)Общее сопротивление

    Б) Силу тока и напряжения на каждом участке.

     

    Итоговая контрольная работа

    Вариант 1.

    1. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?

    2. В паспорте амперметра написано, что его сопротивление равно 0,1 Ом.

    Определите напряжение на зажимах амперметра, если он показывает силу тока 5 А

    3. Какое количество теплоты выделится в никелиновом проводнике длиной 2 м и сечением 0,1 мм2 при силе тока 2 А за 5 минут?

    4. В железной кастрюле массой 500 г нужно нагреть 2 кг воды от 20 до 100 градусов Цельсия. Сколько для этого потребуется сжечь каменного угля?

    (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кгС),  удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кгС), удельная теплота сгорания угля 3*107 Дж/кг)

    5. Постройте изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится в двойном фокусе. Охарактеризуйте полученное изображение.

    Вариант 2

    1. Как по внешнему виду собирающих линз, определить у какой из них большая оптическая сила?

    2.  Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе вентилятора за 2 минуты, если он включен в сеть напряжением 220 В, а сила тока равна 0,5 А.

    3. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2 при напряжении 220 В сила тока 5 А. Какова длина проволоки? (Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом мм2/м)

    4. Какая масса дизельного топлива потребуется для непрерывной работы двигателя трактора мощностью 95 кВт в течение 2 часов, если его КПД 30%. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 4,2*10

    7 Дж/кг

    5. Постройте изображение предмета в рассеивающей линзе, если предмет за двойным фокусом. Охарактеризуйте полученное изображение

     

     

    Перечень учебно-методических средств обучения.

    Основная и дополнительная литература:

    Гутник Е. М. Физика. 8 кл.: тематическое и поурочное планирование к учебнику А. В. Перышкина «Физика. 8 класс» / Е. М. Гутник, Е. В. Рыбакова. Под ред. Е. М. Гутник. – М.: Дрофа, 2002. – 96 с. ил.

    Кабардин О. Ф., Орлов В. А. Физика. Тесты. 7-9 классы.: Учебн.-метод. пособие. – М.: Дрофа, 2000. – 96 с. ил.

    Лукашик В. И. Сборник задач по физике: Учеб пособие для учащихся 7-8 кл. сред. шк.

    Лукашик В. И. Физическая олимпиада в 6-7 классах средней школы: Пособие для учащихся.

    Минькова Р. Д. Тематическое и поурочное планирование по физике: 8-й Кл.: К учебнику А. В. Перышкина «Физика. 8 класс»/ Р. Д. Минькова, Е. Н. Панаиоти. – М.: Экзамен, 2003. – 127 с. ил.

    Перышкин А. В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват учеб. заведений. М.: Дрофа, 2008

     

    Дидактические карточки-задания М. А. Ушаковой, К. М. Ушакова, дидактические материалы по физике (А. Е. Марон, Е. А. Марон), тесты (Н К. Ханнанов, Т. А. Ханнанова) помогут организовать самостоятельную работу школьников в классе и дома.

    Оборудование и приборы.

    Номенклатура учебного оборудования по физике определяется стандартами физического образования, минимумом содержания учебного материала, базисной программой общего образования.

    Для постановки демонстраций достаточно одного экземпляра оборудования, для фронтальных лабораторных работ не менее одного комплекта оборудования на двоих учащихся.

    Перечень демонстрационного оборудования:

    Модели ДВС, паровой турбины, глаза, двигателя постоянного тока.

    Приборы: электроскоп, гальванометр, амперметр, вольтметр, электрический счетчик, часы, термометр, психрометр, компас.

    Проекционный аппарат, микрофон, динамик, источники тока, лампа накаливания, плавкий предохранитель, электромагнит, постоянный магнит.

    Султаны электрические, электрофорная машина, эбонитовая и стеклянная палочки, гильзы электрические, калориметр, набор тел для калориметрических работ.

    Перечень оборудования для лабораторных работ.

    Калориметр, термометр, набор тел для калориметрических работ, психрометр. Комплект приборов для проведения работ по электричеству. Компас, модель электродвигателя, электромагнит разборный. Набор приборов для проведения работ по оптике.

     

     

    Материал к урокам контрольных работ по физике в 8 классе

    Приложение

    Контрольная работа № 1 по теме «Тепловые явления»

    Вариант 1

    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20 до 30 градусов Цельсия. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С) )

    2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты? (Удельная теплота сгорания угля 3 * 107 Дж/кг)

    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Почему?

    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 до 200 градусов Цельсия? Потерями тепла пренебречь. (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг С))

    Вариант 2

    1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107 Дж/кг)

    2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 до 200 градусов Цельсия пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С))

    3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?

    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 до 100 градусов Цельсия? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), алюминия 920 Дж/(кг С), плотность воды 1000 кг/м3)

    Контрольная работа №2 по теме
    «Изменение агрегатных состояний вещества»

    Вариант 1

    1. Расплавится ли нафталин, если его бросить в кипящую воду? Ответ обоснуйте. (Температура плавления нафталина 80 градусов Цельсия, температура кипения воды 100 градусов)

    2. Найти количество теплоты необходимое для плавления льда массой 500 грамм, взятого при 0 градусов Цельсия. Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 2 килограммов воды, взятых при 50 градусах Цельсия. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), удельная теплота парообразования 2,3 * 10 6 Дж/кг,

    4. За 1,25 часа в двигателе мотороллера сгорело 2,5 кг бензина. Вычислите КПД двигателя, если за это время он совершил 2,3 * 10 7 Дж полезной работы. Удельная теплота сгорания бензина 4,6 *10 7 Дж / кг

    Вариант 2.

    1. Почему показание влажного термометра психрометра всегда ниже температуры воздуха в комнате?

    2. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 200 г воды, взятой при температуре кипения. Удельная теплота парообразования воды 2,3 * 10 6 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для плавления льда массой 400 грамм, взятого при – 20 градусах Цельсия. Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг, удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг С)

    4. Определите полезную работу, совершенную двигателем трактора, если для ее совершения потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 * 10 6 Дж/кг, а КПД двигателя 30 %

    Контрольная работа № 3 по теме «Электрические явления»

    Вариант 1

    1 Почему вместо перегоревшего предохранителя нельзя вставлять какой-либо металлический предмет (гвоздь)

    2 Сила тока в электрической лампе 0,2 А при напряжении 120В. Найдите:

    а) её сопротивление б)мощность

    в) работу тока за три минуты

    3 Какой длины нужно взять медную проволоку сечением 0,5мм2, чтобы при напряжение 68В сила тока в ней была 2А?

    4.Размеры медного и железного проводов одинаковы. Сравните их сопротивления. (Удельное электрическое сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м, железа 0,1 Ом мм2/м)

    5. Три сопротивлении по 10 Ом каждое включены как показано на рис. Показание амперметра 0,9А, вольтметра 6В. Найдите:

    А)Общее сопротивление

    Б) Силу тока и напряжения на каждом участке.

    R1R2 А

    R3

    V

    Вариант 2

    1 Почему провода, подводящие ток к электрической плитке, не разогреваются так сильно, как спираль в плитке?

    2 Сопротивление лампы 60 Ом, сила тока в ней 3,5А.

    Найдите:

    А) Напряжение,

    Б) Мощность

    В) Работу тока за 2 минуты

    3 Какой длины нужно взять железную проволоку сечением 2мм2, чтобы её сопротивление было таким же как сопротивление алюминиевой проволоки длинной 1км и сечением 4мм2.

    4.Начертите схему электрической цепи, содержащей гальванический элемент, выключатель, электрическую лампочку, амперметр.

    5. Три сопротивления по 20 Ом каждое соединены как показано на рис. Показание амперметра 1,5А вольтметра 15В.

    Найдите: а) Общее сопротивление б)напряжение и силу тока на каждом участке.

    R1

    R3 A

    R2

    V

    Вариант 1.

    1. По рисунку 1 определите, какая среда 1 или 2 является оптически более плотной. Почему?

    2. Жучок подполз ближе к плоскому зеркалу на 5 см. На сколько уменьшилось расстояние между ним и его изображением?

    3. На рисунке 2 изображено зеркало и падающие на него лучи 1, 2, 3. Постройте ход отраженных лучей и обозначьте углы падения и отражения.

    4. Постройте и охарактеризуйте изображение предмета в собирающей линзе, если расстояние между линзой и предметом больше двойного фокусного.

    5. Фокусное расстояние линзы равно 20 см. На каком расстоянии от линзы пересекутся после преломления лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси?

    1 2

    Среда 1 3

    Среда 2

    Рис. 1 Рис. 2

    1. На рисунке 1 изображен луч, падающий из воздуха на гладкую поверхность воды. Начертите в тетради ход отраженного луча и примерный ход преломленного луча.

    2. На рисунке 2 изображены два параллельных луча света, падающего из стекла в воздух. На каком из рисунков А, Б, В правильно изображен примерный ход этих лучей?

    3. Где нужно расположить предмет, чтобы увидеть его прямое изображение с помощью собирающей линзы?

    4. Предмет находится на двойном фокусном расстоянии от собирающей линзы. Постройте его изображение и охарактеризуйте его.

    5. Ученик опытным путем установил, что фокусное расстояние линзы равно 50 см. Какова ее оптическая сила?

    воздух стекло

    воздух

    вода А Б В

    Рис. 1 Рис. 2

    Итоговая контрольная работа

    Вариант 1.

    1. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?

    2. В паспорте амперметра написано, что его сопротивление равно 0,1 Ом.

    Определите напряжение на зажимах амперметра, если он показывает силу тока 5 А

    3. Какое количество теплоты выделится в никелиновом проводнике длиной 2 м и сечением 0,1 мм2 при силе тока 2 А за 5 минут?

    4. В железной кастрюле массой 500 г нужно нагреть 2 кг воды от 20 до 100 градусов Цельсия. Сколько для этого потребуется сжечь каменного угля?

    (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кгС), удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кгС), удельная теплота сгорания угля 3*107 Дж/кг)

    5. Постройте изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится в двойном фокусе. Охарактеризуйте полученное изображение.

    Вариант 2

    1. Как по внешнему виду собирающих линз, определить у какой из них большая оптическая сила?

    2. Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе вентилятора за 2 минуты, если он включен в сеть напряжением 220 В, а сила тока равна 0,5 А.

    3. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2 при напряжении 220 В сила тока 5 А. Какова длина проволоки? (Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом мм2/м)

    4. Какая масса дизельного топлива потребуется для непрерывной работы двигателя трактора мощностью 95 кВт в течение 2 часов, если его КПД 30%. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 4,2*107 Дж/кг

    5. Постройте изображение предмета в рассеивающей линзе, если предмет за двойным фокусом. Охарактеризуйте полученное изображение

    Контрольная работа № 1 по теме «Тепловые явления»

    Вариант 1

    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20 до 30 градусов Цельсия. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С) )

    2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты? (Удельная теплота сгорания угля 3 * 107 Дж/кг)

    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном? Почему?

    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 до 200 градусов Цельсия? Потерями тепла пренебречь. (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг, удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг С))

    Вариант 2

    1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107 Дж/кг)

    2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 до 200 градусов Цельсия пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг С))

    3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?

    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 до 100 градусов Цельсия? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), алюминия 920 Дж/(кг С), плотность воды 1000 кг/м3)

     

    Контрольная работа №2 по теме
    «Изменение агрегатных состояний вещества»

    Вариант 1

    1. Расплавится ли нафталин, если его бросить в кипящую воду? Ответ обоснуйте. (Температура плавления нафталина 80 градусов Цельсия, температура кипения воды 100 градусов)

    2. Найти количество теплоты необходимое для плавления льда массой 500 грамм, взятого при 0 градусов Цельсия. Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 2 килограммов воды, взятых при 50 градусах Цельсия. Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С), удельная теплота парообразования 2,3 * 10 6 Дж/кг,

    4. За 1,25 часа в двигателе мотороллера сгорело 2,5 кг бензина. Вычислите КПД двигателя, если за это время он совершил 2,3 * 10 7 Дж полезной работы. Удельная теплота сгорания бензина 4,6 *10 7 Дж / кг

    Вариант 2.

    1. Почему показание влажного термометра психрометра всегда ниже температуры воздуха в комнате?

    2. Найти количество теплоты, необходимое для превращения в пар 200 г воды, взятой при температуре кипения. Удельная теплота парообразования воды 2,3 * 10 6 Дж/кг

    3. Найти количество теплоты, необходимое для плавления льда массой 400 грамм, взятого при – 20 градусах Цельсия. Удельная теплота плавления льда 3,4 * 105 Дж/кг, удельная теплоемкость льда 2100 Дж/(кг С)

    4. Определите полезную работу, совершенную двигателем трактора, если для ее совершения потребовалось 1,5 кг топлива с удельной теплотой сгорания 4,2 * 10 6 Дж/кг, а КПД двигателя 30 %

    Контрольная работа № 3 по теме «Электрические явления»

    Вариант 1.

    1. Начертите схему электрической цепи, содержащей гальванический элемент, выключатель, электрическую лампочку, амперметр.

    2. По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 минут. Чему равна сила тока в лампе?

    3. При электросварке в дуге при напряжении 30 В сила тока достигает 150 А. Каково сопротивление дуги?

    4. Какой длины нужно взять медный провод сечением 0,1 мм2, чтобы его сопротивление было равно 1,7 Ом? (Удельное сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м)

    5. По медному проводнику с поперечным сечением 3,5 мм2 и длиной 14,2 м идет ток силой 2,25 А. Определите напряжение на концах этого проводника. (Удельное сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м)

    Вариант 2.

    1. Размеры медного и железного проводов одинаковы. Сравните их сопротивления. (Удельное электрическое сопротивление меди 0,017 Ом мм2/м, железа 0,1 Ом мм2/м)

    2. Напряжение на зажимах лампы 220 В. Какая будет совершена работа при прохождении по данному участку 5 Кл электричества?

    3. Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление нити накала равно 40 Ом.

    4. Сопротивление никелинового проводника длиной 40 см равно 16 Ом. Чему равна площадь поперечного сечения проводника (Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом мм2 / м)

    5. Чему равна сила тока в железном проводе длиной 120 см сечением 0,1 мм2, если напряжение на его концах 36 В. Удельное электрическое сопротивление меди 0,1 Ом*мм2

    Контрольная работа4 по теме «Постоянный ток»

    Вариант 1

    1 Почему вместо перегоревшего предохранителя нельзя вставлять какой-либо металлический предмет (гвоздь)

    2 Сила тока в электрической лампе 0,2 А при напряжении 120В. Найдите:

    а) её сопротивление б)мощность

    в) работу тока за три минуты

    3 Какой длины нужно взять медную проволоку сечением 0,5мм2, чтобы при напряжение 68В сила тока в ней была 2А?

    4 Три сопротивлении по 10 Ом каждое включены как показано на рис. Показание амперметра 0,9А, вольтметра 6В. Найдите:

    А)Общее сопротивление

    Б) Силу тока и напряжения на каждом участке.

     

    Вариант 2

    1 Почему провода, подводящие ток к электрической плитке, не разогреваются так сильно, как спираль в плитке?

    2 Сопротивление лампы 60 Ом, сила тока в ней 3,5А.

    Найдите:

    А) Напряжение,

    Б) Мощность

    В) Работу тока за 2 минуты

    3 Какой длины нужно взять железную проволоку сечением 2мм2, чтобы её сопротивление было таким же как сопротивление алюминиевой проволоки длинной 1км и сечением 4мм2.

    4 Три сопротивления по 20 Ом каждое соединены как показано на рис. Показание амперметра 1,5А вольтметра 15В.

    Найдите: а) Общее сопротивление б)напряжение и силу тока на каждом участке.

     

     

     

    Самостоятельная работа по теме «Оптика»

    Вариант 1.

    1. По рисунку 1 определите, какая среда 1 или 2 является оптически более плотной.

    2. Жучок подполз ближе к плоскому зеркалу на 5 см. На сколько уменьшилось расстояние между ним и его изображением?

    3. На рисунке 2 изображено зеркало и падающие на него лучи 1—3. Постройте ход отраженных лучей и обозначьте углы падения и отражения.

    4. Постройте и охарактеризуйте изображение предмета в собирающей линзе, если расстояние между линзой и предметом больше двойного фокусного.

    5. Фокусное расстояние линзы равно 20 см. На каком расстоянии от линзы пересекутся после преломления лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси?

     

    1 2

    Среда 1 3

     

     

    Среда 2

     

    Рис. 1 Рис. 2

     

    Вариант 2.

    1. На рисунке 1 изображен луч, падающий из воздуха на гладкую поверхность воды. Начертите в тетради ход отраженного луча и примерный ход преломленного луча.

    2. На рисунке 2 изображены два параллельных луча света, падающего из стекла в воздух. На каком расстоянии из рисунков а—в правильно изображен примерный ход этих лучей?

    3. Где нужно расположить предмет, чтобы увидеть его прямое изображение с помощью собирающей линзы?

    4. Предмет находится на двойном фокусном расстоянии от собирающей линзы. Постройте его изображение и охарактеризуйте его.

    5. Ученик опытным путем установил, что фокусное расстояние линзы равно 50 см. Какова ее оптическая сила?

     

    воздух стекло

    воздух

     

    вода А Б В

    Рис. 1 Рис. 2

     

    Итоговая контрольная работа

    Вариант 1.

    1. Зачем в железнодорожных вагонах-ледниках, служащих для перевозки фруктов, мяса, рыбы и других скоропортящихся продуктов, промежутки между двойными стенками заполняют войлоком или несколькими слоями каких-либо пористых веществ, а снаружи вагоны окрашивают в белый или светло-желтый цвет?

    2. В паспорте амперметра написано, что его сопротивление равно 0,1 Ом.

    Определите напряжение на зажимах амперметра, если он показывает силу тока 5 А

    3. Какое количество теплоты выделится в никелиновом проводнике длиной 2 м и сечением 0,1 мм2 при силе тока 2 А за 5 минут?

    4. В железной кастрюле массой 500 г нужно нагреть 2 кг воды от 20 до 100 градусов Цельсия. Сколько для этого потребуется сжечь каменного угля?

    (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кгС), удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кгС), удельная теплота сгорания угля 3*107 Дж/кг)

    5. Постройте изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится в двойном фокусе. Охарактеризуйте полученное изображение.

    Вариант 2

    1. Как по внешнему виду собирающих линз, определить у какой из них большая оптическая сила?

    2. Какую работу совершает электрический ток в электродвигателе вентилятора за 2 минуты, если он включен в сеть напряжением 220 В, а сила тока равна 0,5 А.

    3. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм2 при напряжении 220 В сила тока 5 А. Какова длина проволоки? (Удельное сопротивление никелина 0,4 Ом мм2/м)

    4. Какая масса дизельного топлива потребуется для непрерывной работы двигателя трактора мощностью 95 кВт в течение 2 часов, если его КПД 30%. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 4,2*107 Дж/кг

    5. Постройте изображение предмета в рассеивающей линзе, если предмет за двойным фокусом. Охарактеризуйте полученное изображение

     

    Ф8кр количество теплоты | Образовательный портал EduContest.Net — библиотека учебно-методических материалов


    1 Вариант.
    1. Стальная  деталь  массой  500г  при  обработке  на  токарном  станке  нагрелась  на  20⁰C..  Чему  равно  изменение 
    внутренней  энергии  детали? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг⁰С))
    2. Какую  массу  пороха  нужно  сжечь,  чтобы при  полном  его  сгорании  выделилось  38000  кДж  энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8 * 10 6 Дж/кг)
    3. Оловянный  и  латунный  шары  одинаковой  массы,  взятые  при  температуре  20 ⁰C опустили  в  горячую  воду.   Одинаковое  ли  количество  теплоты  получат  шары  от  воды  при  нагревании? (Удельная теплоемкость олова  250 Дж/(кг⁰С), латуни  380 Дж/(кг ⁰С) )4. На  сколько  изменится  температура  воды  массой  20  кг,  если  ей  передать  всю  энергию,   выделяющуюся при сгорании бензина массой 20 кг? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг ⁰С), удельная теплота сгорания бензина 4,6 * 10 7 Дж/кг)
    ……………………………………………….
    2 Вариант.
    1.Определите  массу  серебряной  ложки,  если  для  изменения  ее  температуры  от  20⁰C  до  40⁰C   требуется  250  Дж 
    энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг ⁰С) )2. Какое  количество  теплоты  выделится  при  полном  сгорании  торфа  массой  200  г?  (Удельная теплота сгорания торфа 14 * 10 6 Дж/кг)
    3.Стальную  и  свинцовую  гири  массой  по  1  кг  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда?(Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ⁰С), свинца 140 Дж/(кг ⁰С)  )
    4.Какую  массу  керосина  нужно  сжечь,  чтобы  получить  столько  же  энергии,  сколько  ее  выделяется  при  сгорании  каменного  угля  массой   500 г. (Удельная теплота сгорания керосина  46 *106 дж/кг, каменного угля 30 * 10 6 Дж/кг)
    ………………………………………………..
    3 Вариант.
    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20⁰C до 30⁰C. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰С)  )2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания угля 3 * 10 7 Дж/кг)
    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном ? Почему?
    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100⁰C до 200⁰C?   Потерями тепла пренебречь.  (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг)
    …………………………………………………….
    Вариант.
    1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта 2,7 *107  Дж/кг)2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20⁰C до 200⁰C пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰С)  )3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20⁰ до 100⁰C?  (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг ⁰С,  алюминия  920 Дж/кг ⁰С,   плотность воды 1000 кг/м3)
    ………………………………………………..
    5 Вариант.
    1. Сколько воды можно нагреть кипятильником от 10°С до 100°С, сжигая в нём 0,6 кг берёзовых дров, если для нагревания воды пошло 25% теплоты, выделившейся при сжигании дров?
    2. Сколько дров необходимо сжечь для того, чтобы нагреть 50 л воды в железном котле массой 10 кг от 15°С до 65°С? Потерями тепла пренебречь.
    3. На сколько изменится температура воды объёмом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании древесного угля массой 500 г, пойдёт на нагревание воды?
    4. Почему теплота сгорания сырых дров меньше сухих той же породы?
     

    Приложенные файлы

    Контрольная Работа 1 Количество Теплоты 8 Класс – Telegraph


    >>> ПОДРОБНЕЕ ЖМИТЕ ЗДЕСЬ <<<

    Контрольная Работа 1 Количество Теплоты 8 Класс

    Опубликовано 30.10.2013 — 19:59 — Уваров Сергей Александрович
    Разноуровневая контрольная работа по теме: «Количество теплоты». Содержит пять вариантов. Расчитана на один час.
    1. Стальная  деталь  массой  500г  при  обработке  на  токарном  станке  нагрелась  на  20 ⁰ C..  Чему  равно  изменение 
     внутренней  энергии  детали? (Удельная теплоемкость стали  500 Дж/(кг ⁰ С))
    2. Какую  массу  пороха  нужно  сжечь,  чтобы при  полном  его  сгорании  выделилось  38000  кДж  энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8 * 10 6  Дж/кг)
    3. Оловянный  и  латунный  шары  одинаковой  массы,  взятые  при  температуре  20 ⁰ C  опустили  в  горячую  воду.   Одинаковое  ли  количество  теплоты  получат  шары  от  воды  при  нагревании? (Удельная теплоемкость олова  250 Дж/(кг ⁰ С), латуни  380 Дж/(кг ⁰ С) )
    4.  На  сколько  изменится  температура  воды  массой  20  кг,  если  ей  передать  всю  энергию,   выделяющуюся при сгорании бензина массой 20 кг? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг ⁰ С), удельная теплота сгорания бензина 4,6 * 10 7  Дж/кг)
    1.Определите  массу  серебряной  ложки,  если  для  изменения  ее  температуры  от  20 ⁰ C  до  40 ⁰ C   требуется  250  Дж 
    энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг ⁰ С) )
    2. Какое  количество  теплоты  выделится  при  полном  сгорании  торфа  массой  200  г?  (Удельная теплота сгорания торфа 14 * 10 6  Дж/кг)
    3. Стальную  и  свинцовую  гири  массой  по  1  кг  прогрели  в  кипящей  воде,  а  затем  поставили  на  лед.   Под  какой  из  гирь  растает  больше  льда?(Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ⁰ С), свинца 140 Дж/(кг ⁰ С)  )
    4.Какую  массу  керосина  нужно  сжечь,  чтобы  получить  столько  же  энергии,  сколько  ее  выделяется  при  сгорании  каменного  угля  массой   500 г. (Удельная теплота сгорания керосина  46 *10 6  дж/кг, каменного угля 30 * 10 6  Дж/кг)
    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20 ⁰ C до 30 ⁰ C. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰ С)  )
    2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты?  (Удельная теплота сгорания  угля 3 * 10 7  Дж/кг)
    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном ? Почему?
    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100 ⁰ C до 200 ⁰ C?   Потерями тепла пренебречь.  (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7  Дж/кг)
    1.Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта
    2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20 ⁰ C до 200 ⁰ C пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰ С)  )
    3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др.) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?
    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20 ⁰  до 100 ⁰ C?  (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг ⁰ С,  алюминия  920 Дж/кг ⁰ С,   плотность воды 1000 кг/м 3 )
    1. Сколько воды можно нагреть кипятильником от 10°С до 100°С, сжигая в нём 0,6 кг берёзовых дров, если для нагревания воды пошло 25% теплоты, выделившейся при сжигании дров?
    2. Сколько дров необходимо сжечь для того, чтобы нагреть 50 л воды в железном котле массой 10 кг от 15°С до 65°С? Потерями тепла пренебречь.
    3.  На сколько изменится температура воды объёмом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании древесного угля массой 500 г, пойдёт на нагревание воды?
    4.  Почему теплота сгорания сырых дров меньше сухих той же породы?
    Урок на котором дети сами составляют и решают задачи. После просмотра мультфильма «Девочка со спичками», учащиеся обсуждают каким образом можно обогреть жилище. сколько и какое топливо, лучш…
    Работа состоит из пяти задач. Представлено 2 варианта….
    В работе представлены 3 варианта контрольной работы для 10 класса по теме «Количество информации» (алфавитный и вероятностный подход).Задачи разного уровня сложности….
    Материал содержит два варианта контрольной работы с особой структурой: задания разделены по сложности на три блока. При этом блоки В и С подразумевают возможность выбора учащимися одного из заданий эт…
    Контрольная работа предложена для учащихся 8 классов в двух вариантах. Представлены расчётные и графичнские задачи….
    Контрольная работа состоит из 4 заданий. В работе использован дидактический материал из книги Л.И. Скрелина…
    Самостоятельная работа по теме «Количесвто информации » для 9 классов 12 вариантов….

    Физика 8 класс . Контрольная работа по теме: » Количество теплоты .»
    Физика 8 класс (УМК Перышкин) Контрольная работа № 1 Расчет количества …
    Контрольная работа по физике 8 класс по теме » Количество теплоты «
    Тест . Контрольная работа № 1 » Количество теплоты » Вариант 1
    Контрольная работа «Тепловые явления. Количество теплоты » 8 класс скачать
    Темы Дипломных Работ По Туризму
    Моя Родная Земля Эссе
    Влияние Ионизирующих Излучений На Организм Человека Реферат
    Курсовая Работа Лизинговые Операции Коммерческого Банка
    Программа Для Написания Сочинения Бесплатно

    Готовимся к ОГЭ по физике. Тепловые явления

    Предлагаем вам разобрать две задачи из ОГЭ по физике прошлых лет. 

    Задача № 1:

    Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть 1 л воды от 20 °С до 100 °С? Вода нагревается в алюминиевой кастрюле массой 200 г. Тепловыми потерями пренебречь. (Удельная теплоёмкость алюминия — 920 Дж/(кг·°С), воды — 4200 Дж/(кг·°С).)

     

     

    1) 14,72 кДж

    2) 336 кДж

    3) 350,72 кДж

    4) 483,2 кДж

     

    Решение.

    В данном случае тепло получают два тела: кастрюля и вода. Уравнение для расчета полученной теплоты имеет вид:

    Qполученное = Qводы + Qкастрюли

     

    Для нагревания воды необходимо воспользоваться формулой:

    Qводы = mв · cв · (t2 – t1)

     

    Подставим числовые значения:

    Qводы = 1 · 4200 · (100 – 20) = 336 000 Дж

     

    Для нагревания кастрюли необходимо воспользоваться формулой:

    Qкастрюли = mк · cк · (t2 – t1)

     

    Подставим числовые значения:

    Qкастрюли = 0,2 · 920 · (100 – 20) = 14 720 Дж

     

    Таким образом:

    Qполученное = 336 000 + 14 720 = 350 720 Дж = 350,72 кДж

     

    Правильный ответ указан под номером 3.

    Ответ: 3

     

    Задача № 2:

    Сколько спирта надо сжечь, чтобы нагреть воду массой 2 кг на 29 °С? Считать, что вся энергия, выделенная при сгорании спирта, идёт на нагревание воды. (Удельная теплота сгорания спирта 2,9·107Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С)).

     

    1) 4,2 г

    2) 8,4 г

    3) 4,2 кг

    4) 8,4 кг

     

     

    Решение.

    Составим уравнение теплового баланса для процесса:

    Qполученное = Qпереданное

     

    Получала тепло вода, а отдавал — спирт.  Обозначим массу воды за «m1», спирта — за «m2». 

    Тогда:

    Qполученное = m1 · cв · t

     

    Подставим числовые значения:

    Qводы = 2 · 4200 · 29 = 243 600 Дж

     

    Спирт отдал:

    Qпереданное = m2 · qсп 

     

    Подставим числовые значения:

    Qпереданное = m2 · 2,9 · 107 

     

    Из уравнения теплового баланса находим, что: m2 = Qполученное qсп

    Подставим числовые значения:

    m2 = 243 6002,9 · 107 = 8,4 · 10-3 кг = 8,4 г

     

    Правильный ответ указан под номером 2.

    Ответ: 2

     

    © blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

    «Количество теплоты. » 8 класс

    Категория: Физика.

    Контрольная работа по теме: «Количество теплоты. » 8 класс

    1 Вариант.

    1. Стальная деталь массой 500г при обработке на токарном станке нагрелась на 20⁰C. . Чему равно изменение

    внутренней энергии детали? (Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг⁰С))

    2. Какую массу пороха нужно сжечь, чтобы при полном его сгорании выделилось 38000 кДж энергии? (Удельная теплота сгорания пороха 3,8 * 10 6 Дж/кг)

    3. Оловянный и латунный шары одинаковой массы, взятые при температуре 20 ⁰C опустили в горячую воду. Одинаковое ли количество теплоты получат шары от воды при нагревании? (Удельная теплоемкость олова 250 Дж/(кг⁰С), латуни 380 Дж/(кг ⁰С) )

    4. На сколько изменится температура воды массой 20 кг, если ей передать всю энергию, выделяющуюся при сгорании бензина массой 20 кг? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг ⁰С), удельная теплота сгорания бензина 4,6 * 10 7 Дж/кг)

    ______________________.

    2 Вариант.

    1. Определите массу серебряной ложки, если для изменения ее температуры от 20⁰C до 40⁰C требуется 250 Дж

    энергии. (Удельная теплоемкость серебра 250 Дж/(кг ⁰С) )

    2. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании торфа массой 200 г? (Удельная теплота сгорания торфа 14 * 10 6 Дж/кг)

    3. Стальную и свинцовую гири массой по 1 кг прогрели в кипящей воде, а затем поставили на лед. Под какой из гирь растает больше льда?(Удельная теплоемкость стали 500 Дж/(кг ⁰С), свинца 140 Дж/(кг ⁰С) )

    4. Какую массу керосина нужно сжечь, чтобы получить столько же энергии, сколько ее выделяется при сгорании каменного угля массой 500 г. (Удельная теплота сгорания керосина 46 *106 дж/кг, каменного угля 30 * 10 6 Дж/кг)

    ______________________. .

    3 Вариант.

    1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железной гири массой 500 г от 20⁰C до 30⁰C. (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰С) )

    2. Какая масса каменного угля была сожжена в печи, если при этом выделилось 60 МДж теплоты? (Удельная теплота сгорания угля 3 * 10 7 Дж/кг)

    3. В каком платье летом менее жарко: в белом или в темном ? Почему?

    4. Сколько нужно сжечь каменного угля, чтобы нагреть 100 кг стали от 100⁰C до 200⁰C? Потерями тепла пренебречь. (Удельная теплота сгорания угля 3 *10 7 Дж/кг)

    ________________________.

    4 Вариант.

    1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 100 г спирта? (Удельная теплота сгорания спирта

    2,7 *107 Дж/кг)

    2. Какова масса железной детали, если на ее нагревание от 20⁰C до 200⁰C пошло 20,7 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость железа 460 Дж/(кг ⁰С) )

    3. Почему все пористые строительные материалы (пористый кирпич, пеностекло, пенистый бетон и др. ) обладают лучшими теплоизоляционными свойствами, чем плотные стройматериалы?

    4. Какое количество теплоты необходимо для нагревания 3 л воды в алюминиевой кастрюле массой 300 г от 20⁰ до 100⁰C? (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/кг ⁰С, алюминия 920 Дж/кг ⁰С, плотность воды 1000 кг/м3)

    ______________________. .

    5 Вариант.

    1. Сколько воды можно нагреть кипятильником от 10°С до 100°С, сжигая в нём 0,6 кг берёзовых дров, если для нагревания воды пошло 25% теплоты, выделившейся при сжигании дров?

    2. Сколько дров необходимо сжечь для того, чтобы нагреть 50 л воды в железном котле массой 10 кг от 15°С до 65°С? Потерями тепла пренебречь.

    3. На сколько изменится температура воды объёмом 100 л, если считать, что вся теплота, выделяемая при сжигании древесного угля массой 500 г, пойдёт на нагревание воды?

    4. Почему теплота сгорания сырых дров меньше сухих той же породы?

    С. А. Уваров, МБОУ «Ардатовская СОШ», г. Ардатов, Республика Мордовия

    Метки: Физика

    14.2 Изменение температуры и теплоемкость

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

    • Наблюдать за теплопередачей и изменением температуры и массы
    • Расчет конечной температуры после передачи тепла между двумя объектами

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

    Рис. 14.4 Тепло QQ размером 12 {Q} {}, передаваемое для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, m, размера 12 {m} {}, вам нужно добавить в два раза больше тепла.(б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество тепла QQ размером 12 {Q} {}, чтобы вызвать изменение температуры ΔTΔT размер 12 {ΔT} {} в данной массе меди, потребуется в 10,8 раза больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры. в той же массе воды, при условии отсутствия фазового перехода ни в одном из веществ.

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

    Теплопередача и изменение температуры

    Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора

    14.3 Q = mcΔT, Q = mcΔT, размер 12 {Q = ital «mc» ΔT,} {}

    , где QQ size 12 {Q} {} — обозначение теплопередачи, размер 12 {m} {} — масса вещества, а ΔTΔT — изменение температуры. Обозначение cc размер 12 {c} {} обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC1,00 ºC. Удельная теплоемкость cc — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг⋅К) Дж / (кг⋅К) или Дж / (кг⋅ºC) .Дж / (кг⋅ºC). Напомним, что изменение температуры (ΔT) (ΔT) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единицей удельной теплоемкости является ккал / (кг⋅ºC) .ккал / (кг⋅ºC).

    Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить.Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 14.1 приведены типичные значения удельной теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

    Пример 14.1 Расчет необходимого тепла: отопительная вода в алюминиевой кастрюле

    Алюминиевый поддон массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20 ºC20 ºC до 80 ºC80 ºC. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

    Стратегия

    Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 14.1.

    Решение

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

    1. Рассчитайте разницу температур.14,4 ΔT = Tf − Ti = 60 ºC ΔT = Tf − Ti = 60 ºC
    2. Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м3, 1000 кг / м3, один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет mw = 0,250 кгmw = 0,250 кг размер 12 {m rSub {size 8 {w}} = 0 «.» «25» `» кг «} {}.
    3. Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 14.1. 14,5 Qw = mwcwΔT = 0,250 кг 4186Дж / кгºC60 ºC = 62,8 кДжQw = mwcwΔT = 0,250 кг4186Дж / кгºC60 ºC = 62,8 кДж
    4. Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию.Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 14.1: 14,6 QAl = mAlcAlΔT = 0,500 кг 900 Дж / кгºC60 ºC = 27 × 104Дж = 27 кДж QAl = mAlcAlΔT = 0,500 кг 900 Дж / кгºC60 ºC = 27 × 104Дж = 27 кДж
    5. Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло. 14,7 QTotal = QW + QAl = 62,8kJ + 27,0kJ = 89,8kJQTotal = QW + QAl = 62,8kJ + 27,0kJ = 89,8kJ размер 12 {Q rSub {размер 8 {«Total»}} = Q rSub {размер 8 {W}} + Q rSub {size 8 {«Al»}} = «62» «.» 8` «кДж» + «89» «.»5`» кДж = 152 «». «3`» кДж «} {}

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

    . 14,8 27,0 кДж 89,8 кДж × 100% = 30,1%, 27,0 кДж 89,8 кДж × 100% = 30,1%, размер 12 {{{«62» «.». 8` «кДж} больше {» 152 «». » 3` «кДж»}} умножить на «100»% = «41»%} {}

    , а количество, идущее на нагрев воды, равно

    14,9 62,8 кДж 89,8 кДж × 100% = 69,9%. 62,8 кДж89,8 кДж × 100% = 69,9%. размер 12 {{{«62» «.» 8` «кДж»} больше {«89» «.» 8` «кДж»}} умножить на «100»% = «69,9»% «.» } {}

    Обсуждение

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

    Рис. 14.5 Дымящиеся тормоза этого грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

    Пример 14.2 Расчет повышения температуры в результате работы с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

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

    Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг⋅ºC 800 Дж / кг⋅ºC, если материал сохраняет 10 процентов энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося на 75 м с вертикальным смещением при постоянная скорость.

    Стратегия

    Если тормоза не применяются, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию (Mgh) (Mgh) размера 12 {\ (ital «Mgh» \)} {}, которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

    Решение

    1. Рассчитайте изменение потенциальной гравитационной энергии при спуске грузовика.14,10 Mgh = 10,000 кг 9,80 м / с 275 м = 7,35 × 106JMgh = 10 000 кг 9,80 м / с 275 м = 7,35 × 106J
    2. Рассчитайте температуру по передаваемому теплу, используя Q = MghQ = Mgh, размер 12 {Q «=» ital «Mgh»} {} и 14.11 ΔT = Qmc, ΔT = Qmc, размер 12 {ΔT = {{Q} over {ital «mc»}}} {}

      где мм — масса тормозного материала. Вставьте значения m = 100 кг · м = 100 кг и c = 800 Дж / кг⋅ºCc = 800 Дж / кг⋅ºC, чтобы найти

      14,12 ΔT = 7,35 × 106 Дж 100 кг 800 Дж / кг ºC = 92 ºC. ΔT = 7,35 × 106 Дж 100 кг 800 Дж / кгºC = 92 ºC.

    Обсуждение

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

    Вещества Удельная теплоемкость ( c )
    Твердые вещества Дж / кг⋅ºC ккал / кг⋅ºC
    Алюминий 900 0,215
    Асбест 800 0.19
    Бетон, гранит (средний) 840 0,20
    Медь 387 0,0924
    Стекло 840 0,20
    Золото 129 0,0308
    Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3,500 0.83
    Лед (в среднем, от –50 ° C до 0 ° C) 2,090 0,50
    Чугун, сталь 452 0,108
    Свинец 128 0,0305
    Серебро 235 0,0562
    Дерево 1,700 0.4
    Жидкости
    Бензол 1,740 0,415
    Этанол 2,450 0,586
    Глицерин 2,410 0,576
    Меркурий 139 0.0333
    Вода (15,0 ° C) 4,186 1.000
    Газы
    Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
    Аммиак 1,670 (2,190) 0,399 (0,523)
    Двуокись углерода 638 (833) 0.152 (0,199)
    Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
    Кислород 651 (913) 0,156 (0,218)
    Пар (100 ° C) 1,520 (2,020) 0,363 (0,482)
    Таблица 14.1 Удельная теплоемкость различных веществ

    Обратите внимание, что Пример 14.2 — иллюстрация механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

    Пример 14.3 Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: заливка холодной воды в горячую кастрюлю

    Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды 20ºC20ºC — примерно чашку — в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, стоящую на плите с температурой 150 ºC150 ºC. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды.Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

    Стратегия

    Кастрюлю кладут на изолирующую подкладку, чтобы тепло не передавалось с окружающей средой. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испарившейся воды незначительна, а величина тепла, теряемого сковородой, равна теплу, полученному водой.Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как Qhot∣ = Qcold.∣Qhot∣ = Qcold. размер 12 {\ lline Q rSub {размер 8 {«горячий»}} \ lline = Q rSub {размер 8 {«холодный»}}} {}

    Решение

    1. Используйте уравнение теплопередачи Q = mcΔTQ = mcΔT size 12 {Q = ital «mc» ΔT} {}, чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через ее массу, удельную теплоемкость алюминия, начальная температура сковороды и конечная температура.14.13 Qhot = mAlcAlTf − 150 ºCQhot = mAlcAlTf − 150 ºC
    2. Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру. 14.14 Qcold = mWcWTf − 20,0 ºCQcold = mWcWTf − 20,0 ºC
    3. Обратите внимание, что Qhot0Qhot0 размером 12 {Q rSub {size 8 {«hot»}} и Qcold> 0Qcold> 0 размер 12 {Q rSub {size 8 {«cold»}}> 0} {} и что их сумма должна равняться нулю. потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, получаемое холодной водой.14.15 Qcold + Qhot = 0, Qcold = –Qhot, mWcWTf − 20,0 ºC = −mAlcAlTf − 150 ºCQcold + Qhot = 0, Qcold = –Qhot, mWcWTf − 20,0 ºC = −mAlcAlTf − 150 ºC
    4. Это уравнение для неизвестной конечной температуры Tf.Tf. размер 12 {T rSub {размер 8 {f}}} {}
    5. Поместите все термины, связанные с TfTf размером 12 {T rSub {size 8 {f}}} {} с левой стороны, а все остальные термины с правой стороны. Решите для TfTf размера 12 {T rSub {size 8 {f}}} {} 14,16 Tf = mAlcAl150 ºC + mWcW20.0 ºCmAlcAl + mWcW, Tf = mAlcAl150 ºC + mWcW20.0 ºCmAlcAl + mWcW,

      и введите числовые значения

      14,17 Tf = 0,500 кг 900 Дж / кгºC150 ºC + 0,250 кг 4,186 Дж / кгºC20,0 ºC0,500 кг 900 Дж / кгºC + 0,250 кг 4,186 Дж / кгºC = 88,430 Дж 1496,5 Дж / ºC = 59,1 ºC.Tf = 0,500 кг 900 Дж / кгºC150 ºC + 0,250 кг 4,186 Дж / кгºC20,0 ºC0,500 кг900 Дж / кгºC + 0,250 кг 4,186 Дж / кгºC = 88,430 Дж 1496,5 Дж / ºC = 59,1 ºC.

    Обсуждение

    Это типичная проблема калориметрии — два тела при разных температурах приводят в контакт друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура.Почему конечная температура намного ближе к 20 ºC20 ºC, чем к 150 ºC150 ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры. Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени, например, с лета на зиму.

    Эксперимент на вынос: изменение температуры земли и воды

    Что нагревается быстрее, земля или вода?

    Чтобы изучить различия в теплоемкости, выполните следующие действия.

    • Поместите равные массы сухого песка или земли и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равные массы, используя на 50 процентов 50 процентов размера 12 {«50%»} {} воды по объему.
    • Нагрейте и то, и другое в духовке или нагревательной лампе в течение одинакового времени.
    • Запишите конечную температуру двух масс.
    • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
    • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые пять минут в течение примерно 30 минут.

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

    Проверьте свое понимание

    Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с 25 ºC25 ºC до 30 ºC30 ºC, сколько тепла необходимо для нагрева блока с 45 ºC45 ºC до 50 ºC50 ºC?

    Решение

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

    Эффективность приготовления кастрюль и сковород

    Магазины кухонного оборудования продают два вида кастрюль: один вид (например, Revereware) со слоем меди на дне кастрюли из нержавеющей стали, а другой — из твердого алюминия или в футляре. «Голландских печей», цельнометаллическое железо.Доступны даже кастрюли из пирекса. [1] Люди часто сильно отдают предпочтение тому или другому. Есть ли научно обоснованное различие? Точно так же в некоторых рецептах указано разное время приготовления пирожных в зависимости от того, используется ли для их выпекания стеклянная или металлическая сковорода. Один лучше другого? Есть ли разница в их эффективности приготовления [2] ?

    Теплоемкость варочных сосудов

    Когда мы подаем тепловую энергию от горелки печи к сковороде, происходит повышение температуры, пропорциональное количеству поданной тепловой энергии.(Сначала мы предположим, что сковорода пуста и недостаточно нагрета, чтобы ее расплавить!). Если q — количество подводимого тепла, и температура повышается с T 1 до T 2 , то

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {(T} _2 — \ text {T} _1) \]

    или

    \ [\ text {q} = \ text {C} × (\ Delta \ text {T}) \]

    , где коэффициент пропорциональности C называется теплоемкостью образца.Знак q в этом случае равен +, потому что образец поглотил тепло (изменение было эндотермическим), и (Δ T ) определяется обычным способом.

    Если мы добавляем тепло к любому однородному образцу вещества переменной массы, например, чистому веществу или раствору, количество тепла, необходимое для повышения его температуры, пропорционально массе, а также повышению температуры. То есть

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {m} × (\ text {T} _2– \ text {T} _1) \]

    или

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {m} × (\ Delta \ text {T}) \]

    Новая константа пропорциональности C — это теплоемкость на единицу массы.Его называют удельной теплоемкостью (или иногда удельной теплоемкостью), где слово удельная означает «на единицу массы».

    Пример \ (\ PageIndex {0} \)

    Предположим, у нас есть две кастрюли, каждая весом 1,00 кг, но одна из алюминия, а другая на 75% из нержавеющей стали с 25% медным дном. Мы можем рассчитать количество тепла, необходимое для повышения температуры каждой кастрюли на 1 o C:

    Аl:

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {m} × (\ Delta \ text {T}) = \ text {0.\ circ C = \ text {96.3 J} \]

    Итого = 439 Дж

    Таким образом, для нагрева алюминиевого электролизера требуется 903 Дж / 439 Дж, или в 2,06 раза больше энергии и времени, чем для обогрева медного электролизера.

    Но основная причина использования медного горшка заключается в том, что медь проводит тепло намного лучше, чем другие распространенные металлы, поэтому даже если дно горшка нагревается неравномерно (пламенем или горелкой), тепло распределяется равномерно и эффективно. содержимое кастрюли. Относительная теплопроводность Al: Cu: SiO 2 : Нержавеющая сталь = 200: 333: 25: 1.Мы также видим, что кастрюли из пирекса — плохой выбор, потому что они плохо проводят тепло и имеют относительно высокую теплоемкость (0,737). Это преимущество для приготовления в духовке (см. Ниже).

    Определение количества тепла

    Невозможно измерить тепло напрямую, потому что тепло определяется как энергия, передаваемая между телами с разной температурой. Как мы измеряем тепловыделение духовки или присваиваем пищевым продуктам значения энергии, см. Ниже? «Калорийность» пищевой энергии — это количество тепла, которое они выделяют при сжигании в нашем теле или в «калориметре», предназначенном для этой цели.

    Удельная теплоемкость обеспечивает удобный способ определения тепла, добавляемого к материалу или отводимого от него, путем измерения его массы и изменения температуры. Как упоминалось ранее, Джеймс Джоуль установил связь между теплотой , , энергией , и интенсивностью , , , , температурой , , измеряя изменение температуры воды, вызванное энергией, выделяемой падающей массой. В идеальном эксперименте масса 1,00 кг падает 10.\ circ C} \]

    При 15 ° C точное значение удельной теплоемкости воды составляет 4,184 Дж К –1 г –1 , а при других температурах оно изменяется от 4,178 до 4,219 Дж К –1 г –1 . Обратите внимание, что удельная теплоемкость выражается в единицах г (а не в базовой единице — кг), и, поскольку шкала Цельсия и шкала Кельвина имеют одинаковую градуировку, можно использовать o C или K.

    Пример \ (\ PageIndex {1} \): Heat

    Сколько тепла требуется для повышения температуры 500 мл воды (D = 1.\ circ C = \ text {1474 J} \]

    Для нагрева стеклянной посуды требуется на 3,27 больше времени или энергии, чем для алюминиевой посуды [4] . Самая важная причина использования стеклянных запеканок заключается в том, что они предотвращают слишком быстрое выкипание жидкости из-за их низкой теплопроводности и высокой удельной теплоемкости. Тепло подается очень постепенно к содержимому, которое поддерживается на уровне 100 ° C по мере того, как вода закипает за счет скрытой теплоты испарения воды, и поддерживается очень равномерная температура из-за высокой теплоемкости, несмотря на колебания температуры печи. [5]

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Удельная теплоемкость (25 ° C, если не указано иное)
    Вещество фаза C p (см. Ниже)
    Дж / (г · К)
    воздух, (на уровне моря, сухой, 0 ° C) газ 1,0035
    аргон газ 0.5203
    диоксид углерода газ 0,839
    гелий газ 5,19
    водород газ 14,30
    метан газ 2,191
    неон газ 1.0301
    кислород газ 0,918
    вода при 100 ° C (пар) газ 2,080
    вода при T = [6] жидкость 0,01 ° C 4,210
    15 ° C 4,184
    25 ° C 4,181
    35 ° C 4,178
    45 ° C 4,181
    55 ° C 4,183
    65 ° C 4,188
    75 ° C 4,194
    85 ° C 4.283
    100 ° С 4,219
    вода (лед) при T = [7] цельный 0 ° C 2,050
    -10 ° C 2,0
    -20 ° C 1,943
    -40 ° C 1,818
    этанол жидкость 2,44
    медь цельный 0,385
    золото цельный 0.129
    утюг цельный 0,450
    нержавеющая сталь цельный 0,456
    свинец цельный 0,127
    алюминий цельный 0,903
    Стекло (SiO 2 цельный 0.737

    Преобразование электроэнергии

    Есть способ рассчитать количество тепловой энергии, передаваемой электрической змеевиком горелки печи (или калиброванным «калориметром»). Подведенное тепло является произведением приложенного потенциала В , тока I , протекающего через катушку, и времени t , в течение которого течет ток:

    \ [q = V * I * t \]

    Если используются единицы СИ: вольт для приложенного потенциала, ампер для тока и второй раз, энергия получается в джоулях.Это потому, что вольт определяется как один джоуль на ампер в секунду:

    \ [\ text {1 вольт} × \ text {1 ампер} × \ text {1 секунда} = \ text {1} \ dfrac {J} {A s} × \ text {1 A} × \ text {1 s} = \ text {1 J} \]

    Пример \ (\ PageIndex {2} \): Теплоемкость

    Электрический нагревательный змеевик, 230 см 3 воды и термометр помещены в кофейную чашку из полистирола. К катушке прикладывают разность потенциалов 6,23 В, создавая ток 0,482 А, который может проходить в течение 483 с.Если температура повысится на 1,53 К, найдите теплоемкость содержимого кофейной чашки. Предположим, что стакан из полистирола — такой хороший изолятор, что он не теряет тепловую энергию.

    Раствор

    Тепловая энергия, поставляемая нагревательным змеевиком, определяется как

    \ [\ text {q} = \ text {V} × \ text {I} × \ text {t} = \ text {6.23 V} × \ text {0.482 A} × \ text {483 s} = \ text {1450 ВА · с} = \ text {1450 Дж} \]

    Однако

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {(T} _2 — \ text {T} _1) \]

    Поскольку температура повышается, T 2 > T 1 и изменение температуры Δ T положительное:

    \ [\ text {1450 J} = \ text {C} × \ text {1.53 К} \]

    , так что

    \ [\ text {C} = \ dfrac {1450 J} {1,53 K} = \ text {948} \ dfrac {J} {K} \]

    Примечание

    Примечание. Найденная теплоемкость относится ко всему содержимому чашки с водой, змеевика и термометра вместе взятых, а не только к воде.

    Пищевая калория

    Как обсуждалось в других разделах, более старая, не входящая в СИ единица измерения энергии, калория, определялась как тепловая энергия, необходимая для повышения температуры 1 г H 2 O с 14.От 5 до 15,5 ° C. Таким образом, при 15 ° C удельная теплоемкость воды составляет 1,00 кал. K –1 г –1 . Это значение имеет точность до трех значащих цифр в диапазоне от 4 до 90 ° C.

    «Диетическая калорийность» (с большой буквы) на самом деле составляет 1000 калорий. Таким образом, при ежедневном рационе в 3000 калорий мы сжигаем 3 x 10 6 калорий, или 1,26 x 10 7 Дж, или 1,25 x 10 4 кДж энергии.

    Молярная теплоемкость

    Если образец вещества, который мы нагреваем, является чистым веществом, то количество тепла, необходимое для повышения его температуры, пропорционально количеству вещества.Теплоемкость на единицу количества вещества называется молярной теплоемкостью, обозначение C м . Таким образом, количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества n с T 1 до T 2 , определяется как

    \ [\ text {q} = \ text {C} × \ text {n} × (\ text {T} _2 — \ text {T} _1) \ label {6} \]

    Молярная теплоемкость обычно указывается в нижнем индексе, чтобы указать, нагревается ли вещество при постоянном давлении ( C p ) или в закрытом контейнере при постоянном объеме ( C V ).

    Пример \ (\ PageIndex {3} \) Молярная теплоемкость

    Образец неонового газа (0,854 моль) нагревается в закрытом контейнере с помощью электронагревательной спирали. На катушку подавали потенциал 5,26 В, в результате чего в течение 30,0 с проходил ток 0,336 А. Было обнаружено, что температура газа повысилась на 4,98 К. Найдите молярную теплоемкость неонового газа, предполагая, что потери тепла отсутствуют.

    Раствор

    Тепло, подаваемое нагревательной спиралью, определяется значением

    .
    \ (\ text {q} = \ text {V} × \ text {I} × \ text {t} \)
    = \ (\ текст {5.26 V} × \ text {0,336 A} × \ text {30,0 s} \)
    = \ (\ text {53,0 В А с} \)
    = \ (\ text {53.0 J} \)

    Перестановка уравнения. \ (\ ref {6} \), тогда

    \ (\ text (C) _m = \ dfrac {q} {n (T_2-T_1)} = \ dfrac {53.0 J} {0.854 mol * 4.98 K} = \ text {12.47} \ dfrac {J} { моль * к} \)

    Однако, поскольку процесс происходит при постоянной громкости, мы должны написать

    \ (\ text {C} _V = \ text {12.47} \ dfrac {J} {mol * K} \)

    Из ChemPRIME: 15.1: Тепловая мощность

    Список литературы

    1. ↑ Бархам П. «Наука кулинарии». Springer, Берлин, 2001 г., стр.57-8
    2. .
    3. ↑ Selco, J.I. Эффективность приготовления кастрюль и сковородок «, J. Chem. Educ., 71 , 1994, стр. 1046
    4. ↑ Selco, J.I. Эффективность приготовления кастрюль и сковород », J. Chem. Educ., 71 , 1994, стр. 1046
    5. ↑ Selco, J.I. Эффективность приготовления кастрюль и сковородок », J. Chem. Educ., 71 , 1994, стр.1046
    6. ↑ Бархам П. «Наука кулинарии». Springer, Берлин, 2001 г., стр.57-8
    7. .
    8. ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html
    9. ↑ http://www.engineeringtoolbox.com/ice-thermal-properties-d_576.html

    Авторы и авторство

    Тепловая энергия и передача: Удельная теплоемкость.

    Удельная теплоемкость

    Удельная теплоемкость вещества — это количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 кг вещества на 1 ° C.Для обозначения удельной теплоемкости используется символ c , а единицы измерения — Дж / (кг ° C) или Дж / (кг K ). (Обратите внимание, что эти единицы также могут быть записаны как Дж кг – 1 ° C – 1 или Дж кг – 1 K –1).

    Некоторые типичные значения удельной теплоемкости для диапазона температур от 0 ° C до 100 ° C включают:

    Следовательно, для повышения температуры 1 кг железа на 1 ° C требуется 500 Дж энергии, для повышения температуры 5 кг железа на 1 ° C требуется (500 × 5) Дж энергии, а для повышения температуры 5 кг железа при 40 ° C требует (500 × 5 × 40) Дж энергии, т.е.е. 100 кДж.

    Обычно количество тепловой энергии, Q , необходимое для увеличения массы m кг вещества с удельной теплоемкостью c Дж / (кг ° C), с температуры t 1 ° C до t 2 ° C определяется по:

    Q = mc ( т 2 т 1 ) джоулей

    Задача 3. Рассчитайте количество тепла, необходимое для повышения температуры 5 кг воды с 0 ° C до 100 ° C.Предположим, что удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж / (кг ° C).

    Количество тепловой энергии,

    Q = mc ( т 2- т 1)

    = 5 кг × 4200 Дж / (кг ° C) × (100-0) ° C

    = 5 × 4200 × 100

    = 2100000 Дж или 2100 кДж или 2,1 МДж

    Задача 4. Чугунный блок массой 10 кг охлаждается с температуры 150 ° C до 50 ° C.

    Сколько энергии теряет чугун? Предположим, что удельная теплоемкость железа составляет 500 Дж / (кг ° C).

    Количество тепловой энергии,

    Q = mc ( т 2- т 1)

    = 10 кг × 500 Дж / (кг ° C) × (50 — 150) ° C

    = 10 × 500 × (–100)

    = — 500000 Дж или — 500 кДж или — 0,5 МДж

    (обратите внимание, что знак минус указывает на то, что тепло передано или потеряно).

    Задача 5. Некоторый свинец с удельной теплоемкостью 130 Дж / (кг ° C) нагревается от 27 ° C до точки плавления 327 ° C. Если необходимое количество тепла составляет 780 кДж, определите массу свинца.

    Количество тепла, Q = мк ( т 2 — т 1), следовательно,

    900 × 103 Дж = м × 130 Дж / (кг ° C) × (327-27) ° C, т.е. 780000 = м × 130 × 300

    из которых, масса , м = 780000/130 * 300 кг = 20 кг

    Задача 6. 273 кДж тепловой энергии требуется для повышения температуры 10 кг меди с 15 ° C до 85 ° C. Определите удельную теплоемкость меди.

    Количество тепла, Q = mc (t2 — t1), отсюда:
    273 × 103 Дж = 10 кг × c × (85-15) ° C
    где c — удельная теплоемкость,
    т.е. 273000 = 10 × c × 70
    из которых, удельная теплоемкость, c =
    273000/10 × 70
    = 390 Дж / (кг ° C

    Задача 7. 5,7 МДж тепловой энергии подводится к 30 кг алюминия, который изначально находится при температуре 20 ° C.Если удельная теплоемкость алюминия составляет 950 Дж (кг ° C), определите его конечную температуру.

    при 20 ° С. Если удельная теплоемкость алюминия составляет 950 Дж (кг ° C), определите его конечную температуру.

    Кол-во тепла,

    Задача 8. Медный контейнер массой 500 г содержит 1 литр воды при температуре 293 К. Рассчитайте количество тепла, необходимое для повышения температуры воды и контейнера до точки кипения, при условии, что потери тепла отсутствуют. Примем удельную теплоемкость меди 390 Дж / (кг · К), удельную теплоемкость воды 4.2 кДж (кг · К) и 1 литр воды имеет массу 1 кг.

    Тепло необходимо для повышения температуры воды, а также для повышения температуры медного контейнера.

    Практическое упражнение 107 Дальнейшие задачи по удельной теплоемкости емкость

    1. Определите количество тепловой энергии (в мегаджоулях), необходимое для повышения температуры 10 кг воды с 0 ° C до 50 ° C. Предположим, что удельная теплоемкость воды составляет 4200 Дж / (кг ° C).[2,1 МДж]

    2. Часть меди, имеющая массу 20 кг, охлаждается от температуры 120 ° C до 70 ° C. Если удельная теплоемкость меди составляет 390 Дж / (кг ° C), сколько тепловой энергии теряет медь? [390 кДж]

    3. Алюминиевый блок с удельной теплоемкостью 950 Дж / (кг ° C) нагревают от 60 ° C до температуры плавления 660 ° C. Если количество необходимого тепла составляет 2,85 МДж, определите массу алюминиевого блока. [5 кг]

    4. Для повышения температуры 2 кг свинца с 16 ° C до 96 ° C требуется 20,8 кДж тепловой энергии.Определите удельную теплоемкость свинца. [130 Дж / кг ° C]

    5. 250 кДж тепловой энергии подается на 10 кг железа, которое изначально имеет температуру 15 ° C. Если удельная теплоемкость железа составляет 500 Дж / (кг ° C), определите его конечную температуру. [65 ° С]

    Изменение состояния

    Материал может существовать в одном из трех состояний — твердом, жидком или газообразном. Если тепло подается с постоянной скоростью к некоторому льду вначале, скажем, при –30 ° C, его температура повышается, как показано на рисунке 20.1. Первоначально температура повышается с –30 ° C до 0 ° C, как показано линией AB . Затем он остается постоянным при 0 ° C в течение времени BC , необходимого для растворения льда в воде.

    Когда начинается плавление, энергия, полученная в результате непрерывного нагрева, компенсируется энергией, необходимой для изменения состояния, и температура остается постоянной, даже если нагрев продолжается. Когда лед полностью растает до воды, постоянное нагревание поднимает температуру до 100 ° C, как показано CD на рисунке 20.1. Затем вода закипает и достигает температуры

    ° С.

    снова остается постоянным при 100 ° C, показанном как DE , до тех пор, пока вся вода не испарится.

    Непрерывный нагрев повышает температуру пара, как показано EF , в области, где пар называется перегретым.

    Изменения состояния от твердого к жидкому или от жидкости к газу происходят без изменения температуры, и такие изменения являются обратимыми процессами. Когда тепловая энергия течет к веществу или от него и вызывает изменение температуры, например, между A и B , между C и D и между E и F на рисунке 20.1, оно называется явным теплом (поскольку оно может быть «обнаружено» термометром).

    Тепловая энергия, которая течет к веществу или от него при постоянной температуре, например, между B и C и между D и E на рисунке 20.1, называется скрытой теплотой (скрытое означает скрытый или скрытый).

    Задача 9. Пар первоначально при температуре 130 ° C охлаждается до температуры на 20 ° C ниже точки замерзания воды, при этом потери тепловой энергии происходят с постоянной скоростью.Сделайте набросок и кратко объясните ожидаемый график температуры / времени, отображающий это изменение.

    График температуры / времени, отображающий изменение, показан на рисунке 20.2. Сначала пар охлаждается, пока не достигнет точки кипения воды при 100 ° C. При этом температура остается постоянной, то есть между A и B , даже если тепло все еще выделяется (т.е. скрытое тепло). Когда весь пар при 100 ° C превращается в воду при 100 ° C, он снова начинает охлаждаться, пока не достигнет точки замерзания воды при 0 ° C.С C до D температура снова остается постоянной (т. Е. Скрытая теплота), пока вся вода не превратится в лед. Затем температура льда понижается, как показано на рисунке.

    Практическое упражнение 108 Дополнительная задача по изменению состояния

    1. Некоторое количество льда, первоначально имеющее температуру –40 ° C, снабжается теплом с постоянной скоростью, пока оно не превратится в перегретый пар с температурой 150 ° C. Нарисуйте типичный ожидаемый график температуры / времени и используйте его, чтобы объяснить разницу между явной и скрытой теплотой.

    [Подобно Рис. 20.1, стр. 228]

    Входящие поисковые запросы:

    Вопрос1) Еще раз взгляните на Пример 14.1. What

    Вопрос1) Взгляните еще раз на Пример 14.1. Что было бы необходимого тепла, если вы использовали железную сковороду вместо алюминиевой для нагреть воду? Предположим, что все остальные параметры такие же.

    Вопрос 2) Предположим, вы налили 250 мл (250 г) холода. воды с температурой 4,0 градуса Цельсия в стакан (m = 200 г), комнатная температура (20 градусов Цельсия или 293К).

    Какова конечная температура без учета других тепловых потерь? вода в C в равновесии ?.

    Ответьте в кДж без единиц измерения. (Вы бы ответили к примеру 14.1 как ’89 .8 ‘.)

    Пример 14.1 Расчет необходимого тепла: Отопление Вода в алюминиевой кастрюле

    Алюминиевый противень 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л. воды от 20,0ºC до 80,0ºC. а) сколько тепло требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры температура (б) кастрюли и (в) воды?

    Стратегия

    Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда ставишь кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюля увеличивается на такую ​​же величину. Воспользуемся уравнением для теплопередача при заданном изменении температуры и массы воды и алюминий. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия равны приведено в [ссылка].

    Решение

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

    1. Рассчитайте разницу температур:

      ΔT = Tf − Ti = 60.0ºC.

    2. Рассчитайте массу воды. Потому что плотность воды составляет 1000 кг / м3, один литр воды имеет массу 1 кг, и масса 0,250 литра воды mw = 0,250 кг.
    3. Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте конкретные тепло воды в [ссылка]:

      Qw = mwcwΔT = (0,250 кг) (4186Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62,8 кДж.

    4. Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Использовать удельная теплоемкость алюминия в [ссылка]:

      QAl = mAlcAlΔT = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60.0ºC) = 27,0 × 104 Дж = 27,0 кДж.

    5. Сравните процент тепла, идущего на сковороду, с собирается в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

      QTotal = QW + QAl = 62,8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

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

    .

    27,0 кДж 89,8 кДж × 100% = 30,1%,

    , а на подогрев воды —

    .

    62,8 кДж 89,8 кДж × 100% = 69,9%.

    Обсуждение

    В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, представляет собой значительная часть общего передаваемого тепла.Хотя масса кастрюли вдвое больше воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, требуется чуть более чем в два раза больше тепла для достижения заданного изменение температуры воды по сравнению с алюминием кастрюля.

    Удельная теплоемкость 1 различных веществ

    Вещества Удельная теплоемкость (c) Твердые вещества Дж / кг⋅ºC ккал / кг⋅ºC 2 Алюминий 900 0,215 Асбест 800 0,19 Бетон, гранит (средний) 840 0,20 Медь 387 0,0924 Стекло 840 0.20 золотых 129 0,0308 Человеческое тело (среднее при 37 ° C) 3500 0,83 Лед (среднее, От -50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50 Железо, сталь 452 0,108 Свинец 128 0,0305 Серебро 235 0,0562 Дерево 1700 0,4 Жидкости Бензол 1740 0,415 Этанол 2450 0,586 Глицерин 2410 0,576 Ртуть 139 0,0333 Вода (15,0 ° C) 4186 1.000 Газы 3 Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242) Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523) Углерод диоксид 638 (833) 0,152 (0,199) Азот 739 (1040) 0,177 (0,248) Кислород 651 (913) 0,156 (0,218) Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0.482)

    Конечная температура после того, как теплый металл помещен в более холодную воду: Задачи 1

    Конечная температура после того, как теплый металл помещен в более холодную воду: Задачи 1-15

    Какова конечная температура, когда теплый металл помещают в более холодную воду?


    Задачи 1-15

    Перейти к расчету конечной температуры при смешивании металла и воды

    Переход к расчету конечной температуры при смешивании двух проб воды

    Назад в меню термохимии


    Проблема № 1: A 610.Г кусок медной трубки нагревают до 95,3 ° C и помещают в изотермический сосуд, содержащий 45,0 г воды при температуре 36,5 ° C. Предполагая, что потеря воды и теплоемкости для емкости составляет 10,0 Дж / К, какова конечная температура системы (C p меди = 0,387 Дж / г-К)?

    Раствор:

    1) Эту проблему можно резюмировать следующим образом:

    q , потерянное медью = q , полученное водой + q , полученное калориметром

    2) Следовательно:

    (610.г) (95,3 ° C — x) (0,387 Дж г ¯ 1 K ¯ 1 ) = (45,0 г) (x — 36,5 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) + [(10,0 Дж / К) (x — 36,5 ° C)]

    Комментарий: K и ° C отменяются, потому что ° C в этой задаче — это разница температур (а не одно конкретное значение) и «размер» одного K = один ° C.

    3) Разве алгебра не развлекает?

    22497,471 — 236,07x = 198,28x — 7237,22

    424,35x = 29734,691

    x = 70,1 ° C


    Проблема № 2: A 45.0 г образца вещества при 55,0 ° C (s = 1,66 кал / г ° C) помещали в калориметр кофейной чашки (c = 4,20 кал / ° C), который содержал 50,0 г этилового спирта при 25,0 ° C (s = 0,590 кал / г ° C). Какая в результате температура?

    Комментарий перед решением: обратите внимание, что в этой задаче используются калории, а не джоули. Это не влияет на технику решения.

    Раствор:

    1) Задайте следующее уравнение:

    (масса вещества) (Δt вещество) (C p вещество) = (масса спирта) (Δt спирта) (C p спирта) + (калориметрическая константа) (Δt спирта)

    Существует неявное предположение, что спирт и калориметр запускаются при одинаковой температуре.Это очень безопасное предположение.

    2) Введите соответствующие значения:

    (45,0 г) (55,0 — x) (1,66 кал / г ° C) = (50,0 г) (x — 25,0) (0,590 кал / г ° C) + (4,20 кал / ° C) (x — 25,0)

    3) Алгебра следует:

    4108,5 — 74,7x = 29,5x — 737,5 + 4,2x — 105

    x = 45,7 ° C


    Задача № 3: Кольцо из чистого золота и кольцо из чистого серебра имеют общую массу 17,0 г. Два кольца нагревают до 65,4 ° C и помещают в 12,4 мл воды при температуре 22 ° C.3 ° С. Когда достигается равновесие, температура воды составляет 24,7 ° C. Какая масса у золотого кольца?

    Раствор:

    1) Задайте следующее уравнение:

    (масса золота) (Δt золота) (C p золота) + (масса серебра) (Δt серебра) (C p серебра) = (масса воды) (Δt воды) (C p вода)

    2) Введите соответствующие значения:

    (x) (40,7 ° C) (0,129 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) + (17,0 г — x) (40.7 ° C) (0,237 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) = (12,4 г) (2,4 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

    3) Алгебра:

    x = 8,98 г

    4) Комментарии:

    а) Я поискал значения удельной плавки золота и серебра в Интернете. Кстати, вы уже должны были запомнить удельную теплоемкость жидкой воды.
    б) Масса золотого и серебряного колец исходит из того факта, что их сумма составляет 17,0 г. Мы присвоили «x» массу золотого кольца, поэтому масса серебряного кольца равна 17.0 минус х.

    Задача № 4: Образец алюминия весом 5,00 г (удельная теплоемкость = 0,89 Дж · г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) и образец железа 10,00 г (удельная теплоемкость = 0,45 Дж · г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) нагревают до 100,0 ° C. Затем смесь горячего железа и алюминия по каплям добавляют в 91,9 г воды при 23,7 ° C. Рассчитайте конечную температуру смеси металла и воды, предполагая, что потери тепла в окружающую среду отсутствуют.

    Раствор:

    1) Настройте это:

    q Al + q Fe = q вода

    (5.00 г) (100 ° C — x) (0,89 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) + (10,00 г) (100 ° C — x) (0,45 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 ) = (91,9 г) (x — 23,7 ° C) (4,184 Дж г ¯ 1 ° C ¯ 1 )

    2) Давайте займемся алгеброй (и отбросим все единицы):

    (445 — 4,45x) + (450 — 4,5x) = 384,5096x — 9112,87752

    393,4596x = 10007,87752

    x = 25,4 ° C


    Задача № 5: Образец металлического железа весом 50,6 г нагревают и помещают в камеру 104.0 г воды при 19,7 ° C в калориметре. Если конечная температура образца железа и воды составляет 24,3 ° C, какой была температура образца железа, когда он был помещен в воду?

    Раствор:

    1) тепло, потерянное железом = тепло, полученное водой:

    (масса железа) (Δt железа) (C p железа) = (масса воды) (Δt воды) (C p вода)

    (50,6 г) (x — 24,3 ° C) (0,450 Дж / г ° C) = (104,0 г) (4,6 ° C) (4,184 Дж / г ° C)

    4.6 из 24,3 минус 19,7.

    x — 24,3 ° C — это Δt железа. Температура перешла от высокой температуры «x» к более холодной 24,3 ° C.

    2) Решите относительно x:

    (50,6x — 1229,58) (0,450) = 2001,6256

    22,77x — 553,311 = 2001,6256

    22,77x = 2554,9366

    x = 112,2 ° C


    Задача № 6: Кусок медной трубки весом 505,0 г нагревают до 99,9 ° C и помещают в изолированный сосуд, содержащий 59.8 г воды при 24,8 ° C. При условии отсутствия потерь воды и теплоемкости емкости 10,0 Дж / К, какова конечная температура системы? (C p меди = 0,387 Дж / г К)

    Раствор:

    Нет решения.

    Обратите внимание, что значения K и ° C отменяются в задаче. Это связано с тем, что (а) температуры в фактическом расчете являются разницей между двумя значениями температуры и (б) «размер» 1 К равен «размеру» 1 ° C.


    Задача № 7: Какой объем 18.Необходимо добавить воду с температурой 5 ° C вместе с куском железа весом 1,23 кг (C p = 0,449 Дж / г градусов C) при температуре 68,5 ° C в изолированном контейнере, чтобы конечная температура смеси вода / металл остается постоянной при 25,6 ° C?

    Раствор:

    тепла, потерянного металлом = тепло, полученное водой

    (1230 г) (42,9 ° C) (0,449 Дж / г ° C) = (масса) (4,184 Дж / г ° C) (7,1 ° C)

    масса = 797,562 грамма

    Округление до 3 фиг кажется разумным

    798 мл


    Проблема № 8: A 2.00 x 10 2 г латунного блока при 85,0 ° C помещают в стакан из пенопласта, содержащий 2,00 x 10 2 г воды при 50,0 ° C. Ни чаша, ни окружающая среда не теряют тепло. Найдите конечную температуру смеси.

    Раствор:

    Решение этой проблемы требует теплоемкости латуни. Используйте этот сайт, чтобы узнать стоимость.

    Решение предоставляется читателю.


    Проблема № 9: Для двух одинаковых блоков T f — это среднее значение начальных температур, так что T f = 1/2 (T 1 + T 2 ).Покажите, что это верно для системы из двух блоков, полностью изолированных от окружающей среды. (Подсказка: поскольку блоки сделаны из одного материала, они будут иметь одинаковый C p .)

    Раствор:

    Я буду использовать T 1 для начальной температуры теплого блока и T 2 для начальной температуры холодного блока.

    тепла, потерянного теплым блоком = тепло получено холодным блоком

    (масса) (ΔT теплый ) (C p ) = (масса) (ΔT холодный ) (C p )

    для одинаковых блоков, масса = масса и C p = C p ; следовательно:

    ΔT теплый = ΔT холодный

    T 1 — T f = T f — T 2

    2T f = T 1 2

    T f = 1/2 (T 1 + T 2 )


    Проблема № 10: 50.0 г меди при 200,0 ° C помещают во лед при 0,0 ° C. Сколько граммов льда растает?

    Раствор:

    1) Медь понизится до нуля по Цельсию, выделяя определенное количество тепла:

    (50,0 г) (200,0 ° C) (0,385 Дж / г ° C) = 3850 Дж

    2) Все тепло от меди тает лед:

    (334,16 Дж / г) (x) = 3850 Дж

    x = 11,5 г (на три сига)


    Проблема № 11: Предположим, что 0.82 г воды конденсируется на железном блоке массой 75,0 г, который первоначально имеет температуру 24,0 ° C. Если тепло, выделяющееся при конденсации, идет только на нагрев железного блока, какова конечная температура (в ° C) железного блока?

    Раствор:

    (0,82 г / 18,01532 г / моль) (40,7 кДж / моль) = 1,8525673 кДж = 1852,5673 Дж, потерянных водой

    Чтобы продолжить расчет, вам необходимо знать удельную теплоемкость железа. В этом источнике указано 0,444 Дж / г ° C.

    1852,5673 J = (75.0 г) (x) (0,444 Дж / г ° C)

    x = 55,6 ° C изменение

    24,0 ° C + 55,6 ° C = 79,6 ° C


    Задача № 12: 400,0 г железа нагревают в пламени и затем сбрасывают в химический стакан, содержащий 1,00 кг воды. Исходная температура воды составляла 20,0 ° C, а конечная температура воды и железа составляла 32,8 ° C после достижения теплового равновесия. Какова была исходная температура горячего железного прутка? (Предположим, что химический стакан или окружающий воздух не теряют тепло.)

    Раствор:

    q железо = q вода

    (400,0 г) (x — 32,8 ° C) (0,444 Дж / г ° C) = (1000 г) (12,8 ° C) (4,184 Дж / г ° C)

    177,6x — 5825,28 = 53555,2

    x = 334,35 ° С

    Для трех сигнатур, 334 ° C


    Задача № 13: Образец металла весом 30,66 г находится при температуре 81,0 ° C, когда его помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 40,0 г воды при температуре 23,0 ° C. Температура воды поднялась до 25.0 ° С. Теплостойкость чашки 42 Дж / ° C.

    а) Сколько джоулей потерял металл из-за воды?
    (б) Какова удельная теплоемкость металла?
    (c) Какова атомная масса металла?
    (d) Что это за металл?

    Раствор:

    q = [(40,0 г) (2,0 ° C) (4,184 Дж / г ° C)] + [(42 Дж / ° C) (2,0 ° C)] = 418,72 Дж (ответ на вопрос a)

    418,72 Дж = (30,66 г) (56,0 ° C) (x)

    x = 0,244 Дж / г ° C) (ответ на b)

    Используйте закон Дюлонга-Пети для атомной массы:

    (удельная теплоемкость) умножить на (атомную массу) = 3R

    (0.244 Дж / г ° C) (x) = (3) (8,31447 Дж / К моль)

    x = 102,2 г / моль (ответ на вопрос c)

    Примечание: ° C и K отменяются, потому что «размер» каждой единицы температуры одинаков: 1 ° C = 1 K.

    Родий наиболее близок к 102,9 г / моль (ответ на d)

    Подбирая удельную теплоемкость Rh, я нашел 0,242 Дж / г C.


    Задача № 14: Нечистый образец цинка имеет массу 7,35 г. Образец реагирует со 150,00 г разбавленной соляной кислоты внутри калориметра.Масса калориметра 520,57 г, удельная теплоемкость 0,400 Дж / г ° C. Когда происходит реакция, температура внутри калориметра повышается с 14,5 ° C до 29,7 ° C. Какова процентная чистота образца цинка?

    Комментарий: мы предполагаем, что плотность раствора HCl составляет 1,00 г / мл, а удельная теплоемкость раствора HCl такая же, как у чистой воды.

    Раствор:

    1) Общая энергия, выделяемая при реакции цинка с HCl:

    q = (масса воды) (Δt) (C p вода) + (массовый калориметр) (Δt) (C p калориметр)

    q = (150.0 г) (15,2 ° C) (4,184 Дж / г ° C) + (370,57 г) (15,2 ° C) (0,400 Дж / (г ° C))

    q = 9539,52 + 2253,0656 = 11792,5856 Дж

    Примечание: 370,57 происходит от 520,57 минус 150,00

    2) Теперь нам нужно посмотреть, сколько цинка выделяет указанное выше количество тепла. Для этого нам понадобится энтальпия этой реакции:

    Zn (т.) + 2HCl (водн.) —> ZnCl 2 (водн.) + H 2 (г)

    Некоторый поиск в Интернете (см. Задачу 5.66) дает значение -152,4 кДж на моль Zn.

    Этот расчет:

    11792,5856 Дж разделить на 152400 Дж / моль = 0,07738 моль Zn

    Тогда этот расчет:

    0,07738 моль раз 65,409 г / моль = 5,06 г

    3) Определите процентное содержание цинка в образце:

    (5,06 г / 7,35 г) умножить на 100 = 68,8% (до трех сигнатур)

    Задача № 15: Кусок железа весом 25,75 г и кусок золота 28,45 г, каждый при 100,0 ° C, были опущены в 570,0 мл воды при 17,70 ° C. Молярная теплоемкость железа и золота 25.19 Дж моль ¯ 1 ° C ¯ 1 и 25,41 Дж моль ¯ 1 ° C ¯ 1 соответственно. Какова конечная температура воды и кусков металла?

    Раствор:

    1) Настройка проблемы:

    джоулей, высвобожденных железом + общее количество джоулей, высвобожденных золотом = общее количество джоулей, поглощенных водой

    (25,75 г / 55,845 г / моль) (100,0 — x) (25,19 Дж / моль ° C) + (28,45 г / 196,97 г / моль) (100,0 — x) (25,41 Дж / моль ° C) = (570.00 г) (x — 17,70) (4,184 Дж / г ° C)

    Найдите x, который является конечной температурой.

    2) Вот что означают несколько терминов:

    (25,75 г / 55,845 г / моль) —> моль Fe

    (28,45 г / 196,97 г / моль) —> моль Au

    (100,0 — x) —> изменение температуры Fe и Au (каждый из них начинается при 100 ° C и снижается до конечной температуры, обозначенной символом ‘x’)

    (x — 17,70) —> изменение температуры воды

    Обратите внимание, что удельная теплоемкость воды выражается в граммах, а Fe и Au — в молях.Это нормально, так как я использую моль Fe и Au (чтобы отменить с помощью моля в Fe и в удельной теплоемкости Au), и я использую граммы воды (чтобы отменить с помощью граммов в удельной теплоемкости воды). Каждый блок будет отменен должным образом.


    Задача № 16: Подсчитайте количество граммов льда, которое растает, если 1000,0 г железа при 500,0 ° C поместить в смесь льда с водой. Теплота плавления воды 334,166 Дж / г. Удельная теплоемкость железа = 0,448 Дж / г ° C. Предположим, что льда достаточно, чтобы его осталось после достижения теплового равновесия.

    Раствор:

    Последнее предложение имеет решающее значение, поскольку оно гарантирует, что температура не изменится, тает только лед, а температура всей системы останется на уровне нуля по Цельсию.

    1) Определите энергию, выделяемую утюгом:

    q = (масса) (изменение температуры) удельная теплоемкость)

    q = (1000,0 г) (500,0 ° C) (0,448 Дж / г ° C)

    q = 224000 Дж

    Тот факт, что остается немного льда, позволяет нам точно знать, что железо упадет с 500.От 0 ° C до 0 ° C.

    2) Определите лед, который растает:

    224000 Дж разделить на 334,166 Дж / г = 670,3 г

    3) Эту проблему можно было решить следующим образом:

    (1000,0 г) (500,0 ° C) (0,448 Дж / г ° C) = x / 334,166 Дж / г

    Предполагается, что 100% энергии, теряемой железом, идет на таяние льда.


    Проблема № 17: 18,0 мл воды при 28,0 ° C добавляют в горячую сковороду. Вся вода превращается в пар при 100.0 ° С. Масса сковороды 1,25 кг, а молярная теплоемкость железа 25,19 Дж / моль ° C. Какое изменение температуры сковороды?

    Раствор:

    1) Определите количество энергии, необходимое для нагрева и кипячения воды:

    тепло: q = (18,0 г) (72,0 ° C) (4,184 Дж / г ° C) = 5422,464 Дж = 5,422464 кДж

    кипения: q = (40,7 кДж / моль) (18,0 г / 18,0 г / моль) = 40,7 кДж

    Всего: 40,7 кДж + 5,422464 кДж = 46,122464 кДж

    Не буду округлять до окончательного ответа.

    2) Определите изменение температуры сковороды:

    46122,464 Дж = (22,38338 моль) (Δt) (25,19 Дж / моль ° C)

    Δt = 81,8 ° С

    Обратите внимание, что используются моль железа, а не граммы. Это из-за единиц удельной теплоемкости, указанных в задаче.


    Задача № 18: Медный шар имеет массу 125 граммов и имеет температуру 145 ° C. Этот шар помещается в калориметр, содержащий 25,0 граммов льда при -35.0 ° С. Какова будет конечная температура медного шара? (удельная теплоемкость меди = 0,387 Дж / г ° C)

    Раствор:

    Медный шар будет отдавать тепло льду. Весь лед сначала нагреется до 0 ° C, а затем начнет таять. По мере таяния льда создается система жидкого льда, температура которой сохраняется при 0 ° C. Если медь растопит весь лед, только тогда жидкая вода переместится от нуля ° C до некоторой конечной температуры равновесия с медью.

    1) Давайте нагреем лед с -35 ° C до 0 ° C и посмотрим, сколько энергии на это потребуется.

    q = (25 г) (35 ° C) (2,06 Дж / г ° C) q = 1802,5 Дж

    2) Посмотрим, что произойдет с температурой меди при снятии 1802,5 Дж.

    1802,5 Дж = (125 г) (x) (0,387 Дж / г ° C)

    х = 37,26 ° С

    145 — 37,26 = 107,74 ° С

    3) Теперь давайте охладим медный шар до нуля и посмотрим, сколько энергии при этом выделяется.

    q = (125) (107,74) (0,387) = 5211,9225 Дж

    4) Далее нам нужно выяснить, сколько льда растаяло с помощью 5211.9225 Дж энергии.

    5211,9225 Дж = (x) (6020 Дж / моль) x = 0,86577 моль

    0,86577 моль, умноженная на 18,015 г / моль = 15,6 г

    Поскольку для начала у нас было 25 г льда, при таянии 15,6 г льда в системе остается некоторое количество льда. Поскольку весь лед должен растаять, прежде чем мы сможем перейти от 0 ° C, мы заключаем, что вся система жидкий лед-медь находится при 0 ° C, когда достигается равновесие.


    Задача № 19: Медный куб массой 100 грамм нагревают на кипящей водяной бане до 100 градусов.0 по Цельсию. Куб вынимают из ванны и кладут на очень большой кусок льда, имеющий температуру 0,00 по Цельсию. Какова максимальная масса льда, который предположительно может быть растоплен за счет теплообмена, если предположить, что вся тепловая энергия используется для плавления льда?

    Раствор:

    1) Давайте определим, сколько энергии было выделено медью, когда она растопила лед:

    q = (масса) (Δt) (удельная теплота)

    q = (100,0 г) (100,0 ° C) (0,385 Дж / г ° C)

    q = 3850 Дж

    2) Теперь определяем, сколько льда можно растопить:

    q = (масса) (теплота плавления)

    3850 Дж = (334.166 Дж / г) (x)

    x = 17,25 г

    до трех сигарей, 17,2 г (с использованием правила округления на пять)

    3) Комментарии:

    (а) удельную теплоемкость меди можно найти в учебнике или в Интернете.
    (b) теплоту плавления можно найти (или рассчитать на основе молярной теплоты плавления, 6,02 кДж / моль)

    Задача № 20: Кусок алюминия весом 12,0 г при 22,0 ° C помещают в 175,0 мл воды при 85,0 ° C и дают ему достичь теплового равновесия.Какая будет конечная температура? (Другие факторы, такие как передача тепла воздуху, следует игнорировать.) Удельная теплоемкость алюминия составляет 0,215 кал / г ° C.

    Раствор:

    1) Перед тем, как приступить к решению, можете ли вы обнаружить ошибку в этом предложенном решении (а дело не в том, что ни на чем нет блоков)?

    (175,0) (4,184) (85,0 — Т) = (12) (0,215) (Т — 22,0)

    Ошибка в неправильном смешивании единиц. 4,184 — удельная теплоемкость жидкой воды в Дж ¯ г ¯ 1 ° C ¯ 1 и 0.215 — удельная теплоемкость алюминия в кал. ¯ 1 ° C ¯ 1 .

    Вы не можете использовать эти две единицы удельной теплоемкости в одной задаче и быть правильным. Единицы должны совпадать, поэтому обе удельные температуры должны быть в Дж ¯ 1 ° C ¯ 1 или оба должны быть в кал ¯ 1 ° C ¯ 1 . Вы не можете, чтобы один был в одном блоке, а другой — в другом, и при этом оставался правильным.

    Будьте осторожны, выбирая ответы с несколькими вариантами ответов на подобную проблему.Один из вариантов, несомненно, будет ответом, полученным, когда вы сделаете вышеуказанную ошибку.

    2) Правильная установка (и решение) с использованием калорий:

    (175,0) (1,00) (85,0 — Т) = (12) (0,215) (Т — 22,0)

    14875 — 175 зуб. = 2,58 зуб. — 56,76

    14818,24 = 177,58 т

    Т = 83,4 ° С

    Решение в J g ¯ 1 ° C ¯ 1 предоставляется читателю.


    Перейти к расчету конечной температуры при смешивании металла и воды

    Переход к расчету конечной температуры при смешивании двух проб воды

    Назад в меню термохимии

    14.2 Изменение температуры и теплоемкость — College Physics chapters 1-17

    14 Тепло и методы передачи

    Сводка

    • Наблюдать за теплопередачей и изменением температуры и массы.
    • Расчет конечной температуры после передачи тепла между двумя объектами.

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

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

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

    ТЕПЛООБМЕН И ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ


    Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора:

    [латекс] \ boldsymbol {Q = mc \ Delta {T}}, [/ латекс]

    где [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex] — это символ теплопередачи, [latex] \ boldsymbol {m} [/ latex] — масса вещества, а [латекс] \ boldsymbol {\ Delta { T}} [/ latex] — это изменение температуры.{\ circ} \ textbf {C)}}. [/ latex]

    Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить. Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.{\ circ} \ textbf {C}}. [/ latex] (a) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

    Стратегия

    Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли повышается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.4 \ textbf {J} = 27.0 \ textbf {кДж}}. [/ Latex]

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

    [латекс] \ boldsymbol {Q _ {\ textbf {Total}} = Q _ {\ textbf {W}} + Q _ {\ textbf {Al}} = 62,8 \ textbf {кДж} + 27,0 \ textbf {кДж} = 89,8 \ textbf {кДж}}. [/ latex]

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

    .

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

    , а на подогрев воды —

    .

    [латекс] \ boldsymbol {\ frac {62.8 \ textbf {kJ}} {89.8 \ textbf {kJ}}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {\ times100 \% = 69.9 \%}. [/ Latex]

    Обсуждение

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

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

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

    Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.{\ circ} \ textbf {C}} [/ latex], если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося на 75,0 м (в вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

    Стратегия

    Если тормоза не применяются, потенциальная гравитационная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию [латекс] \ boldsymbol {(Mgh)} [/ latex], которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.{\ circ} \ textbf {C}}. [/ latex]

    Обсуждение

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

    Вещества Удельная теплоемкость ( c )
    Твердые вещества Дж / кг⋅ºC ккал / кг⋅ºC 2
    Алюминий 900 0,215
    Асбест 800 0,19
    Бетон, гранит (средний) 840 0,20
    Медь 387 0.0924
    Стекло 840 0,20
    Золото 129 0,0308
    Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3500 0,83
    Лед (в среднем, от -50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50
    Чугун, сталь 452 0,108
    Свинец 128 0,0305
    Серебро 235 0.0562
    Дерево 1700 0,4 ​​
    Жидкости
    Бензол 1740 0,415
    Этанол 2450 0,586
    Глицерин 2410 0,576
    Меркурий 139 0,0333
    Вода (15,0 ° C) 4186 1.000
    Газы
    3
    Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
    Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523)
    Двуокись углерода 638 (833) 0,152 (0,199)
    Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
    Кислород 651 (913) 0.156 (0,218)
    Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0,482)
    Таблица 1. Удельная теплоемкость 1 различных веществ

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

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

    Допустим, вы налили 0.{\ circ} \ textbf {C}}. [/ latex] Предположим, что кастрюля стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

    Стратегия

    Кастрюлю кладут на изолирующую подкладку, чтобы тепло не передавалось с окружающей средой. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Затем теплообмен восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются.Поскольку теплообмен между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испарившейся воды незначительна, а величина тепла, теряемого сковородой, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как [латекс] \ boldsymbol {| Q _ {\ textbf {hot}} | = Q _ {\ textbf {cold}}}. [/ Latex]

    Решение

    1. Используйте уравнение теплопередачи [латекс] \ boldsymbol {Q = mc \ Delta {T}} [/ latex], чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия. , начальная температура сковороды и конечная температура:

      [латекс] \ boldsymbol {Q _ {\ textbf {hot}} = m _ {\ textbf {Al}} c _ {\ textbf {Al}} (T _ {\ textbf {f}} — 150 ^ {\ circ} \ textbf {C})}.{\ circ} \ textbf {C})}. [/ latex]

    2. Обратите внимание, что [latex] \ boldsymbol {Q _ {\ textbf {hot}} 0} [/ latex] и их сумма должна быть равна нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, полученное холодной водой. :

      [латекс] \ begin {array} {rcl} \ boldsymbol {Q _ {\ textbf {cold}} + Q _ {\ textbf {hot}}} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {0,} \\ \ boldsymbol {Q _ {\ textbf {cold}}} & \ boldsymbol {=} & \ boldsymbol {-Q _ {\ textbf {hot}},} \\ \ boldsymbol {m _ {\ textbf {W}} c _ {\ textbf {W }} (T _ {\ textbf {f}} — 20.{\ circ} \ textbf {C}}? [/ latex] Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры. Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

      ЭКСПЕРИМЕНТ НА ​​ДОМУ: ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗЕМЛИ И ВОДЫ


      Что нагревается быстрее, земля или вода?

      Для изучения разницы в теплоемкости:

      • Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равную массу, используя [латекс] \ boldsymbol {50 \%} [/ латекс] больше воды по объему.)
      • Нагрейте оба (в духовке или нагревательной лампе) одинаковое время.
      • Запишите конечную температуру двух масс.
      • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
      • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

      Какой образец остывает быстрее всего? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за дующий с суши и морской бриз. {\ circ} \ textbf {C}}? [/ latex]

      • Передача тепла [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex], которая приводит к изменению [латекса] \ boldsymbol {\ Delta {T}} [/ latex] температуры тела с массой [латекс] \ boldsymbol {m} [/ latex] — это [латекс] \ boldsymbol {Q = mc \ Delta {T}}, [/ latex], где [latex] \ boldsymbol {c} [/ latex] — удельная теплоемкость материала. .Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

      Концептуальные вопросы

      1: Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?

      2: Тормоза в автомобиле повышают температуру на [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {T}} [/ latex] при остановке автомобиля на скорости [латекс] \ boldsymbol {v}. [/ latex] Насколько лучше был бы [latex] \ boldsymbol {\ Delta {T}} [/ latex], если бы автомобиль изначально имел в два раза большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.{\ circ} \ textbf {C}}: [/ latex] (а) вода; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.

      5: Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина потирает руки взад и вперед в общей сложности 20 движений на расстоянии 7,50 см на каждый руб и со средней силой трения 40,0 Н, каково повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, в основном в ладонях и пальцах.

      6: Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается от [латекса] \ boldsymbol {20.{\ circ} \ textbf {C}} [/ latex] за счет добавления 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.

      7: Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры. Какое отношение массы меди к воде?

      8: (a) Количество килокалорий в пище определяется калориметрическими методами, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача.{\ circ} \ textbf {C}} [/ latex] через 30,0 мин, если предположить, что тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? [латекс] \ boldsymbol {(1 \ textbf {watt} = \: 1 \ textbf {джоуль в секунду или} 1 \ textbf {W} = \: 1 \ textbf {Дж / с})}. [/ latex]

      10: Даже при остановке после периода нормальной эксплуатации большой промышленный ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления. Эта теплопередача вызывает быстрое повышение температуры, если система охлаждения выходит из строя [латекс] \ boldsymbol {(1 \ textbf {watt} = \: 1 \ textbf {джоуль в секунду или} 1 \ textbf {W} = \: 1 \ textbf {Дж / с и} 1 \ textbf {MW} = \: 1 \ textbf {мегаватт})}.{\ circ} \ textbf {C}}, [/ latex], если не указано иное, и при среднем давлении 1,00 атм. В скобках указаны значения [латекс] \ boldsymbol {c _ {\ textbf {p}}} [/ latex] при постоянном давлении 1,00 атм.

    Глоссарий

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

    Решения

    Проверьте свое понимание

    1: Теплопередача зависит только от разницы температур.{\ circ} \ textbf {C}} [/ латекс]

    7:

    10,8

    9:

    617 Вт

    Как рассчитать теплопоглощение

    В повседневном языке люди используют термины тепло и температура как синонимы. Однако в области термодинамики и физики в более широком смысле эти два термина имеют очень разные значения. Если вы пытаетесь подсчитать, сколько тепла поглощает что-то, когда вы повышаете его температуру, вам нужно понимать разницу между ними и то, как рассчитать одно по другому.Вы можете сделать это легко: просто умножьте теплоемкость вещества, которое вы нагреваете, на массу вещества и изменение температуры, чтобы найти поглощенное тепло.

    TL; DR (слишком долго; не читал)

    Рассчитайте поглощение тепла по формуле:

    Q = mc T

    Q означает тепло поглощено, м — масса вещества, поглощающего тепло, c — удельная теплоемкость и ∆ T — изменение температуры.

    Первый закон термодинамики и тепла

    Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии вещества представляет собой сумму переданного ему тепла и проделанной над ним работы (или переданного ему тепла минус работы выполнены по это). «Работа» — это просто слово, которое физики используют для передачи физической энергии. Например, помешивание чашки кофе работает с жидкостью внутри нее, и вы работаете с предметом, когда поднимаете его или бросаете.

    Тепло — это еще одна форма передачи энергии, но она происходит, когда два объекта находятся при разных температурах друг друга. Если вы нальете в кастрюлю холодную воду и включите плиту, пламя нагреет сковороду, а горячая сковорода нагреет воду. Это повышает температуру воды и придает ей энергию. Второй закон термодинамики гласит, что тепло течет только от более горячих объектов к более холодным, а не наоборот.

    Объяснение удельной теплоемкости

    Ключом к решению проблемы расчета поглощения тепла является концепция удельной теплоемкости.Разным веществам требуется разное количество энергии, чтобы передавать им для повышения температуры, и удельная теплоемкость вещества говорит вам, сколько это. Эта величина обозначается символом c и измеряется в джоулях / кг градусов Цельсия. Короче говоря, теплоемкость показывает, сколько тепловой энергии (в джоулях) необходимо для повышения температуры 1 кг материала на 1 градус C. Удельная теплоемкость воды составляет 4 181 Дж / кг градуса C, а удельная теплоемкость теплоемкость свинца 128 Дж / кг градусов Цельсия.Это сразу говорит о том, что для повышения температуры свинца требуется меньше энергии, чем для повышения температуры воды.

    Расчет поглощения тепла

    Вы можете использовать информацию из двух последних разделов вместе с одной простой формулой для расчета поглощения тепла в конкретной ситуации. Все, что вам нужно знать, — это нагреваемое вещество, изменение температуры и масса вещества. Уравнение:

    Здесь Q означает тепло (то, что вы хотите знать), м означает массу, c означает удельную теплоемкость и ∆ T означает изменение температуры.Вы можете узнать изменение температуры, вычтя начальную температуру из конечной температуры.

    В качестве примера представьте, что температура 2 кг воды увеличивается с 10 градусов C до 50 градусов C. Изменение температуры составляет ∆ T = (50-10) градусов C = 40 градусов C. В последнем разделе удельная теплоемкость воды составляет 4,181 Дж / кг ° C, поэтому уравнение дает:

    Q = 2 кг × 4181 Дж / кг ° C × 40 ° C

    Таким образом, требуется около 334 .5 тысяч джоулей (кДж) тепла для повышения температуры 2 кг воды на 40 градусов по Цельсию.

    Советы по альтернативным блокам

    Иногда удельная теплоемкость указывается в разных единицах. Например, она может быть указана в джоулях на грамм градусов Цельсия, калориях на грамм на градусы Цельсия или в джоулях на моль градусов Цельсия. Калория — это альтернативная единица энергии (1 калория = 4,184 джоулей), грамм — это 1/1000 килограмма.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    *