11. Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении

Вычисление количества теплоты при нагревании и охлаждении тела

Данный урок посвящен вычислению количества теплоты при нагревании тела или выделяемого им при охлаждении.

Умение вычислять необходимое количество теплоты является очень важным. Это может понадобиться, к примеру, при вычислении количества теплоты, которое необходимо сообщить воде для обогрева помещения.

Или для вычисления количества теплоты, которое выделяется при сжигании топлива в различных двигателях:

Также эти знания нужны, например, чтобы определить количество теплоты, которое выделяется Солнцем и попадает на Землю:

Для вычисления количества теплоты необходимо знать три вещи (рис. 4):

• массу тела (которую, обычно, можно измерить с помощью весов);

• разность температур, на которую необходимо нагреть тело или охладить его (обычно измеряется с помощью термометра);

• удельную теплоемкость тела (которую можно определить по таблице).

Формула, по которой вычисляется количество теплоты, выглядит так:

В этой формуле фигурируют следующие величины:

 – количество теплоты, измеряется в джоулях (Дж);

– удельная теплоемкость вещества, измеряется в;

– разность температур, измеряется в градусах Цельсия (℃).

Задача на вычисление количества теплоты

Рассмотрим задачу на вычисление количества теплоты.

Задача

В медном стакане массой 200 грамм находится вода объемом 0,5 литра при температуре 10 ℃. Какое количество теплоты необходимо передать стакану с водой, чтобы его температура стала равна 20 ℃?

Сначала запишем краткое условие (Дано) и переведем все величины в систему интернационал (СИ).

Решение:

Сначала определи,  какие еще величины потребуются нам для решения данной задачи. По таблице удельной теплоемкости (табл. 1) находим(удельная теплоемкость меди, так как по условию стакан медный),(удельная теплоемкость воды, так как по условию в стакане находится вода). Кроме того, мы знаем, что для вычисления количества теплоты нам понадобится масса воды. По условию нам дан лишь объем. Поэтому из таблицы возьмем плотность воды:(табл. 2).

Табл. 1. Удельная теплоемкость некоторых веществ,

Табл. 2. Плотности некоторых жидкостей

Теперь у нас есть все необходимое для решения данной задачи.

Заметим, что итоговое количество теплоты будет состоять из суммы количества теплоты, необходимого для нагревания медного стакана и количества теплоты, необходимого для нагревания воды в нем:

Рассчитаем сначала количество теплоты, необходимое для нагревания медного стакана:

Прежде чем вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания воды, рассчитаем массу воды по формуле, хорошо знакомой нам из 7 класса:

, тогда

Теперь можем вычислить:

Тогда можем вычислить:

Напомним, что кДж означает: килоджоули. Приставка «кило» означает 1000, то есть 1 кДж = 1000 Дж.

Ответ:

Таблица для нахождения величин, входящих в формулу количества теплоты

Для удобства решения задач на нахождение количества теплоты (так называемые прямые задачи) и связанных с этим понятием величин можно пользоваться следующей таблицей.

Табл. 3. Готовые формулы для вычисления величин

Формулу для конечной температуры попробуйте вывести самостоятельно.

Стоит отметить, что, конечно же, запоминать эти формулы не нужно. Главное – помнить базовую формулу и уметь выводить из нее все необходимые величины.

На следующем уроке мы проведем лабораторную работу, цель которой – научиться экспериментально определять удельную теплоемкость твердого тела.

Список литературы:

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.

2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «urok.1sept.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. Стр. 25, параграф 9, вопросы № 1-4, упражнение 4. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

2. Найдите формулу для нахождения конечной температуры по аналогии с начальной температурой из приведенной в уроке таблицы.

3. Стальная деталь массой 20 кг при обработке на токарном станке нагрелась на 50 ℃. Сколько энергии потратил двигатель на нагрев детали?

4. Какое количество теплоты отдает стакан кипятка объемом 250 см³, охлаждаясь до температуры 14 ℃?