Повторение формул расчета количества теплоты и работа с таблицами тепловых характеристик веществ
На предыдущих уроках мы говорили о процессах передачи телу количества теплоты и уже знаем, что это приводит к увеличению его внутренней энергии. Это может проявляться, насколько нам пока известно, двумя способами: увеличением температуры или плавлением тела при постоянной температуре.
Повторим формулы, которые позволяют рассчитывать значения количества теплоты при упомянутых нами процессах.
Количество теплоты, необходимое для нагрева тела: 
.
Обозначения:
удельная теплоемкость вещества, 
;
масса тела, кг;
изменение температуры тела, o
;
количество теплоты, Дж.
Количество теплоты, необходимое для плавления тела: 
.
Обозначения:
удельная теплота плавления вещества, 
;
масса тела, кг.
Для процесса, протекающего в две стадии (например, нагревание и плавление), справедлива формула: 
.
Уделим отдельное внимание величинам 
и 
, они характеризуют тепловые свойства веществ и являются табличными величинами, которые заранее измерили в лабораторных условиях.
Единицы измерения удельной теплоемкости вещества:
Значение для величины можно определить по таблице 1.
Табл. 1. Удельная теплоемкость некоторых веществ
Единицы измерения удельной теплоты плавления вещества:
Значение для величины можно определить по таблице 2.
Табл. 2. Удельная теплота плавления некоторых веществ
Те величины, которые мы будем использовать для решения задач в этом уроке, лучше занести в одну таблицу (табл. 3).
|
Вещество |
Удельная теплота плавления |
Удельная теплоемкость |
Температура плавления |
|
Лед |
|
2100 |
0 |
|
Вода |
– |
4200 |
– |
|
Медь |
|
400 |
1085 |
o
Табл. 3. Сводная таблица для решения задач
Заметим, что для воды значения удельной теплоты плавления и температуры плавления не заданы, т.к. она и так находится в жидком состоянии. Температура плавления веществ указана при нормальном (атмосферном) давлении, при других значениях давления она может меняться.
Рассмотрим примеры решения задач.
Задача на расчет количества теплоты при нагревании тела с агрегатным переходом
Задача 1
Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы 200 г льда, взятого при температуре 
, превратить в воду при температуре 
?
Решение:
Дано: 
.
Найти: 
Для удобства представления процессов, происходящих при передаче тепла льду, можно изобразить график зависимости температуры нагреваемого тела от времени (рис. 4).
Рис. 4. Рисунок к задаче 1
Опишем все происходящие процессы: 1) от температуры 
до 0
(точка А) лед нагревается; 2) от точки А до точки В происходит процесс плавления льда при постоянной температуре 
; 3) после окончания процесса плавления происходит нагревание образовавшейся изо льда воды от температуры 
(точка В) до .
Поскольку при расчете количества теплоты нам необходимо будет описывать процессы нагревания льда, его плавления и нагревания воды, то нам понадобятся табличные значения соответствующих этим процессам тепловых характеристик веществ. Выпишем их из указанной ранее таблицы (табл. 3): удельная теплоемкость льда 
, удельная теплота плавления льда 
, температура плавления льда 
, удельная теплоемкость воды 
.
Необходимое для совершения всех тепловых процессов количество теплоты будет являться суммой количеств теплоты, переданных телу на каждом из этапов: 
.
Количество теплоты, необходимое для нагревания льда от начальной температуры до температуры плавления: 
. Из того, что значение количества теплоты получилось положительным, можно сделать вывод, что лед получает тепло, т. е. увеличивает свою внутреннюю энергию, что логично.
Количество теплоты, необходимое для плавления льда: 
.
Важно понимать, что после плавления льда образуется вода такой же массы при температуре , а не сразу при температуре , до которой ее необходимо довести по условию задачи. Таким образом, еще следует рассчитать количество теплоты для нагрева образовавшейся изо льда воды.
Количество теплоты, необходимое для нагревания воды от температуры до температуры : 
.
Найдем общее необходимое количество теплоты: 
.
Замечание. Большие количества энергий удобно рассчитывать в кДж.
Ответ: 
.
Задача на определение вещества по его тепловым характеристикам
Задача 2
Металлический образец массой 2 кг взят при температуре плавления и полностью расплавлен, при этом было израсходовано 420 кДж теплоты. Определите, что это за вещество и чему равна температура плавления этого металла.
Решение:
Дано: 
.
Найти 
Для определения, из какого вещества изготовлен металлический образец, определим его удельную теплоту плавления и по таблице найдем, какому веществу она соответствует, затем по той же таблице восстановим соответствующую температуру плавления.
Воспользуемся формулой количества теплоты плавления, которой нам будет достаточно, т. к. образец уже находится при температуре плавления: 
, что по указанной нами выше таблице (табл. 3) соответствует меди, а ее температура плавления равна 
.
Ответ:медь; 
.
На следующем уроке мы подробно рассмотрим еще один процесс агрегатного превращения вещества – испарение.
Список литературы:
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет:
- Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
- Интернет-портал «school.xvatit.com» (Источник)
- Интернет-портал «youtube.com» (Источник)
Домашнее задание:
- Стр. 39: задание № 2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
- На сколько можно было бы нагреть 1 кг воды за счет тепла для таяния 1 кг льда при
? - В стальном тигле массой 500 г мастер расплавил 200 г олова. Какое количество теплоты было затрачено, если начальная температура олова
? - К находящемуся в калориметре мокрому снегу массой 500 г добавили 500 г кипятка. После установления теплового равновесия температура в калориметре достигла
. Сколько воды содержалось в снегу?
