Określona pojemność cieplna: do czego służy i jakie ma znaczenie?

Fizyka i zjawiska cieplne to dość obszerna sekcja, która jest dokładnie studiowana na szkolnym kursie. Nie ostatnie miejsce w tej teorii przypisano konkretnym ilościom. Pierwszym z nich jest pojemność cieplna właściwa.

Jednak interpretacja słowa "konkretny" zwykle nie jest wystarczająco poświęcana. Uczniowie po prostu pamiętają to jako dane. Co to znaczy?

Jeśli spojrzysz na słownik Ożewov, możesz przeczytać, że taką wartość definiuje się jako stosunek. Co więcej, można go przeprowadzić do masy, objętości lub energii. Wszystkie te wartości należy przyjąć jako równe jeden. Postawa wobec tego, co jest podane w konkretnym cieple?

Do iloczynu masy i temperatury. Co więcej, ich wartości muszą koniecznie być równe jedności. Oznacza to, że numer 1 będzie w separatorze, ale jego wymiar będzie łączyć kilogram i stopień Celsjusza. Jest to koniecznie brane pod uwagę przy formułowaniu definicji ciepła właściwego, która jest podana nieco poniżej. Istnieje również formuła, z której można zauważyć, że te dwie wartości stoją w mianowniku.

Co to jest?

Ciepło właściwe substancji wprowadza się w momencie rozpatrywania sytuacji z jej ogrzewaniem. Bez tego nie można wiedzieć, który ilość ciepła (lub energia) będą musiały wydać na ten proces. A także obliczyć jego wartość podczas chłodzenia ciała. Nawiasem mówiąc, te dwie ilości ciepła są sobie równe w wartości bezwzględnej. Ale mają różne znaki. Tak więc, w pierwszym przypadku, jest to pozytywne, ponieważ energia musi zostać wydatkowana i przeniesiona do ciała. Druga sytuacja chłodzenia daje liczbę ujemną, ponieważ ciepło jest uwalniane, oraz energia wewnętrzna ciało się zmniejsza.

Ta ilość fizyczna jest oznaczona literą łacińską c. Definiuje się ją jako pewną ilość ciepła potrzebną do ogrzania jednego kilograma substancji o jeden stopień. W toku fizyki szkolnej, jak ten stopień, bierze się stopnie w skali Celsjusza.

Jak to policzyć?

Jeśli chcesz wiedzieć, jaka jest pojemność cieplna, formuła wygląda następująco:

c = Q / (m * (t ₂ - t ₁ )), gdzie Q jest ilością ciepła, m jest masą substancji, t ₂ jest temperaturą, którą ciało uzyskało w wyniku wymiany ciepła, t ₁ jest temperaturą początkową substancji. To jest wzór numer 1.

W oparciu o ten wzór jednostką miary tej wielkości w międzynarodowym układzie jednostek (SI) jest J / (kg * ºС).

Jak znaleźć inne wartości z tego równania?

Po pierwsze, ilość ciepła. Wzór będzie wyglądał następująco: Q = c * m * (t ₂ - t ₁ ). Tylko konieczne jest zastąpienie wartości w jednostkach zawartych w SI. Oznacza to, że masa w kilogramach, temperatura - w stopniach Celsjusza. To jest wzór numer 2.

Po drugie, masa substancji, która chłodzi lub ogrzewa. Wzór na to będzie: m = Q / (c * (t ₂ - t ₁ )). To jest wzór numer 3.

Po trzecie, zmiana temperatury Δt = t ₂ - t ₁ = (Q / c * m). Znak "Δ" jest odczytywany jako "delta" i oznacza zmianę wielkości, w tym przypadku temperatury. Numer Formuły 4.

Po czwarte, początkowa i końcowa temperatura substancji. Wzory do ogrzewania substancji wyglądają następująco: t ₁ = t ₂ - (Q / c * m), t ₂ = t ₁ + (Q / c * m). Wzory te mają nr 5 i 6. Jeśli problem dotyczy chłodzenia substancji, wówczas formuły są następujące: t ₁ = t ₂ + (Q / c * m), t ₂ = t ₁ - (Q / c * m). Te formuły to nr 7 i 8.

Jakie mogą mieć wartości?

Ustalono eksperymentalnie, jakie wartości ma dla każdej konkretnej substancji. Dlatego powstała specjalna tabela określonego ciepła. Najczęściej podaje dane ważne w normalnych warunkach.

Jaka jest praca laboratoryjna nad pomiarem ciepła właściwego?

W szkolnym kursie fizyki określa się solidne. Co więcej, jego pojemność cieplna jest obliczana ze względu na porównanie z tym, co jest znane. Najłatwiej jest to zrobić z wodą.

W trakcie wykonywania pracy wymagane jest zmierzenie początkowych temperatur wody i ogrzanego ciała stałego. Następnie obniż ją do cieczy i poczekaj na równowagę termiczną. Cały eksperyment przeprowadzany jest w kalorymetrze, więc straty energii można pominąć.

Następnie musisz napisać formułę ilości ciepła, które woda otrzymuje po podgrzaniu z ciała stałego. Drugie wyrażenie opisuje energię, którą ciało daje, gdy się ochładza. Te dwie wartości są równe. Dzięki obliczeniom matematycznym pozostaje określenie właściwej pojemności cieplnej substancji, która tworzy ciało stałe.

Najczęściej sugeruje się porównanie go z wartościami tabelarycznymi, aby spróbować odgadnąć, z jakiej substancji badany jest organizm.

Numer problemu 1

Stan Temperatura metalu zmienia się od 20 do 24 stopni Celsjusza. W tym samym czasie jego energia wewnętrzna wzrosła o 152 J. Jaka jest pojemność właściwa metalu, jeśli jego masa wynosi 100 gramów?

Decyzja. Aby znaleźć odpowiedź, musisz użyć formuły napisanej pod numerem 1. Wszystkie wartości niezbędne do obliczeń są. Tylko najpierw musisz przeliczyć masę na kilogramy, w przeciwnym razie odpowiedź będzie błędna. Ponieważ wszystkie ilości muszą być takie, jakie są akceptowane w SI.

W jednym kilogramie 1000 gramów. Tak więc, 100 gramów należy podzielić przez 1000, okazuje się 0,1 kg.

Podstawienie wszystkich wartości daje następujące wyrażenie: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Obliczenia nie są szczególnie trudne. Wynik wszystkich działań to liczba 380.

Odpowiedź: c = 380 J / (kg * ºС).

Numer problemu 2

Stan Oznaczyć końcową temperaturę, do której woda o objętości 5 litrów ochłodzi się, jeśli została pobrana w temperaturze 100 ºС i uwolniła 1680 kJ ciepła do środowiska.

Decyzja. Powinniśmy zacząć od tego, że energia jest podawana w jednostce niesystemowej. Kilodulki należy przeliczać na dżule: 1680 kJ = 1680000 J.

Aby wyszukać odpowiedź, musisz użyć formuły numer 8. Jednak pojawia się w niej masa, ale nie jest ona znana w problemie. Ale biorąc pod uwagę ilość płynu. Możesz więc użyć formuły znanej jako m = ρ * V. Gęstość wody równa 1000 kg / m ³ . Ale tutaj objętość będzie musiała być zastąpiona w metrach sześciennych. Aby przenieść je z litrów, należy podzielić przez 1000. Zatem objętość wody wynosi 0,005 m ³ .

Podstawienie wartości w formule masy daje następujące wyrażenie: 1000 * 0,005 = 5 kg. Ciepło właściwe będzie musiało spojrzeć na stół. Teraz możesz przejść do formuły 8: t ₂ = 100 + (1680000/4200 * 5).

Pierwsza akcja ma wykonać mnożenie: 4200 * 5. Wynik to 21000. Drugi to podział. 1680000: 21000 = 80. Ostatnim jest odjęcie: 100 - 80 = 20.

Odpowiedź jest. t ₂ = 20 ºС.

Numer problemu 3

Stan Jest zlewka ważąca 100 g. Wlewana jest do niej 50 g wody. Początkowa temperatura wody za pomocą szkła wynosi 0 stopni Celsjusza. Ile ciepła potrzeba, aby doprowadzić wodę do wrzenia?

Decyzja. Powinieneś zacząć od wpisania odpowiedniego oznaczenia. Niech dane dotyczące szkła będą miały indeks 1, a indeks wody 2. Określone pojemności cieplne należy znaleźć w tabeli. Zlewka jest wykonana ze szkła laboratoryjnego, więc jej wartość wynosi ₁ = 840 J / (kg * ºС). Dane dla wody są następujące: с ₂ = 4200 J / (kg * ºС).

Ich masy są w gramach. Wymagane jest przeliczenie ich na kilogramy. Masy tych substancji będą oznaczone jako: m ₁ = 0,1 kg, m ₂ = 0,05 kg.

Podano temperaturę początkową: t ₁ = 0 ºС. W finale wiadomo, że odpowiada on wodzie, w której gotuje się woda. Jest to t ₂ = 100 ºС.

Ponieważ szkło jest podgrzewane wodą, wymagana ilość ciepła będzie składała się z dwóch. Pierwszy, który jest potrzebny do podgrzania szkła (Q ₁ ), a drugi, podgrzewania wody (Q ₂ ). Ich ekspresja będzie wymagać drugiej formuły. Musi zostać nagrany dwa razy z różnymi wskaźnikami, a następnie uzupełnić ich sumę.

Okazuje się, że Q = c ₁ * m ₁ * (t ₂ - t ₁ ) + c ₂ * m ₂ * (t ₂ - t ₁ ). Wspólny współczynnik (t ₂ - t ₁ ) można wyjąć ze wspornika, aby łatwiej było go obliczyć. Następnie wzór, który będzie potrzebny do obliczenia ilości ciepła, będzie wyglądał następująco: Q = (z ₁ * m ₁ + z ₂ * m ₂ ) * (t ₂ - t ₁ ). Teraz możesz zastąpić wartości znane w problemie i policzyć wynik.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Odpowiedź jest. Q = 29400 J = 29,4 kJ.