количество теплоты, 8 класс

3.  Количество теплоты         В тепловых процессах происходит изменение внутренней энергии. Как же количественно   оценить,   на   сколько   внутренняя   энергия   увеличилась   или уменьшилась?         Мерой изменения внутренней энергии является физическая величина – количество теплоты.      От чего же зависит количество теплоты?          Для того, чтобы понять, от чего зависит количество теплоты, как мера изменения внутренней энергии, давайте проведем   следующие опыты. Первый опыт. Нальём в два одинаковых  прозрачных стеклянных стакана по 100г воды комнатной температуры (20   градусов Цельсия), стаканы берем тонкостенные, закаленные, потерей тепла на нагревание самих стаканов мы пренебрегаем.   Затем     помещаем   на   штативах   в   одинаковых   условиях   оба стакана в них вставляем термометры и нагреваем на спиртовке или таблетке сухого спирта.  Воду в первом  стакане  нагреваем до 25 градусов, а во втором ­ до 30 градусов, т.е. в  первом стакане воду нагреваем  на 5 градусов, а во втором ­ на 10 градусов (в 2 раза больше). Во время опыта мы засекаем время по секундомеру: сколько времени греется вода в первом стакане и сколько во втором.   Должно   получиться,   что   время   нагревания   (горения   спирта)   во втором случае  будет в два раза больше  (может быть небольшая разница, так как не учтено нагревание самих стаканов, поэтому надо показать на секундомере точно в 2 раза большее время).   По времени горения мы судим о подводимой энергии для нагревания одинаковых масс одинаковых веществ, из которых состоят тела (медь, алюминий, железо, вода, керосин).  По результатам первого опыта делаем вывод: количество теплоты, пошедшее на нагревания тел прямо пропорционально увеличению температуры.       Второй опыт.  Нальём в два тонкостенных стакана  одинаковой начальной температуры (20 градусов): в первый – 50 г воды, во второй – 100 г воды. Будем нагревать на одинаковое количество градусов – на 10 (до 30 градусов). В результате опыта мы получаем, что нагревание воды во втором стакане потребовало   больше  времени в 2  раза Можем  сделать    вывод: количество теплоты, пошедшее на нагревание тел, прямо пропорционально массе тел. А   зависит   ли   количество   теплоты   от   рода   вещества?   Для   выяснения   этой зависимости проделаем третий опыт.                Теперь   нальём   в   тонкостенные   стаканы   с   одинаковой   начальной температурой (20 градусов) одинаковой массы (по 100 г) : в первый – воды, во второй   –   керосина.   На   этих   же   установках   нагреем     до   одинаковой температуры   (30   или   25   градусов),   засекая   время   нагревания,   а   значит ­подводимой   энергии   от   сгораемого   топлива,   а   значит,   можем   оценить необходимое количество теплоты (по крайней мере: больше понадобилось илибудет   выглядеть       количества теплоты   меньше  ­   по   времени   нагревания   (сгорания   топлива)).  Мы   видим,  что   для нагревания   одинаковой   массы   воды   на   одинаковое   число   градусов потребовалось больше количества теплоты, чем для нагревания керосина.    Можем сделать вывод: для нагревания одинаковых масс тел на одинаковое количество   градусов   необходимо   РАЗНОЕ   количество   теплоты,   т.е. количество теплоты, необходимое для нагревания тел,  зависит от вещества, из которого состоят тела.         И делаем окончательный вывод: количество теплоты, необходимое для нагревания   тела   прямо   пропорционально   массе   тела,   разности   конечной   и начальной температуры и зависит от рода вещества, из которого сделаны тела. Если через  Q  обозначим количество теплоты,  m  – массу тела,  t1­ начальную температуру,  t2  –   конечную   температуру,   с   –   некоторый   коэффициент, характеризующий   вещество,   из   которого   состоит   тело,   то   формула   для подсчета так:                                     Q = c*m*(t2­t1)           В   системе   СИ   (   Международной   системе)   физические   величины   измеряются:   количество теплоты (Q) в джоулях   (Дж), масса тела (m) – в килограммах   (кг),   температура   (t)   –   в   градусах,   расчет   ведут   по   шкале Цельсия. И вот теперь мы можем раскрыть физический смысл коэффициента «с». с = Q/ m*(t(2)­t(1))  с – это удельная теплоемкость вещества            Удельной теплоемкостью  вещества  называется  физическая  величина, равная количеству теплоты, необходимого для изменения температуры на 1 градус 1 кг вещества.  Измеряется в Дж/кг*К или Дж/кг* градус.        Удельные теплоемкости различных веществ даются в таблицах, в конце сборников задач и упражнений (или в учебнике).   Например: для воды – 4200 Дж/кг* град, для меди – 400 Дж/кг* град, для стали – 500 Дж/кг* град.     Физический смысл удельной теплоемкости: она  численно равна количеству теплоты (внутренней энергии), которое необходимо предать, чтобы 1 кг этого вещества нагрелся на 1 градус (Цельсия или Кельвина).  Если спросят:  для воды с = 4200 Дж/кг* град, что это означает?  Это означает, чтобы нагреть 1 кг воды на 1 градус Цельсия (Кельвина), надо передать ей 4200 Дж теплоты (увеличить внутреннюю энергию).    Иногда используют понятие «теплоемкость»   тела и обозначают большой буквой «С». Это величина, характеризующая нагревание не 1 кг, а всего тела сразу   (т.е.   произведение   удельной   теплоемкости   на   массу   тела).   Это встречается в задачах, когда   исследуемое тело (например, вода) греется в кастрюле, массой которой нельзя пренебречь. Тогда говорится: теплоемкость кастрюли равна (и указывается число с наименованием Дж/град).      Решение задач рассматривается в другой работе.