Конспект урока расчет количества теплоты необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении

Обновлено: 07.07.2024

Количество теплоты — еще один изученный нами вид энергии. Эту энергию тело получает или отдает при теплопередаче. Мы установили, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от массы тела, разности температур и рода вещества. Нам известен физический смысл удельной теплоемкости и некоторые ее табличные значения для разных веществ. В этом уроке мы перейдем к численному расчету количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Зачем это нужно? На самом деле, на практике очень часто используют подобные расчеты.

При строительстве зданий и проектировании систем отопления важно знать, какое количество теплоты необходимо отдавать для полного обогрева всех помещений. С другой стороны, также необходима информация о том, какое количество теплоты будет уходить через окна, стены и двери.

Формула для расчета количества теплоты

Допустим, на нужно узнать, какое количество теплоты получила при нагревании железная деталь. Масса детали $3 \space кг$. Деталь нагрелась от $20 \degree C$ до $300 \degree C$.

Возьмем значение теплоемкости железа из таблицы — $460 \frac$. Объясним смысл этой величины: на нагревание куска железа массой $1 \space кг$ на $1 \degree C$ необходимо затратить количество теплоты, равное $460 \space Дж$.

Масса детали у нас в 3 раза больше, значит, на ее нагрев потребуется в 3 раза большее количество теплоты — $1380 \space Дж$
Температура изменилась не на $1 \degree C$, а на $280 \degree C$
Значит, необходимо в 280 раз большее количество теплоты: $1380 \space Дж \cdot 280 = 386 400 \space Дж$

Тогда, формула для расчета количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении примет вид:

где $Q$ — количество теплоты,
$c$ — удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело,
$m$ — масса тела,
$t_1$ — начальная температура тела,
$t_2$ — конечная температура тела.

Чтобы рассчитать количество теплоты, которое необходимо затратить для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность конечной и начальной температур.

Рассмотрим подробнее особенности расчета количества теплоты на примерах решения задач.

Расчет количества теплоты, затраченного на нагревание двух тел

В железный котелок массой $4 \space кг$ налили воду массой $10 \space кг$ (рисунок 1). Их температура $25 \degree C$. Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы нагреть котелок и воду до температуры $100 \degree C$?

Обратите внимание, что нагреваться будут сразу два тела: и котелок, и вода в нем. Между постоянно будет происходить теплообмен. Поэтому их температуры мы можем считать одинаковыми.

Отметим, что массы котелка и воды различные. Также они имеют различные теплоемкости. Значит, полученные ими количества теплоты будет различными.

Теперь мы можем записать условие задачи и решить ее.

Дано:
$m_1 = 4 \space кг$
$c_1 = 460 \frac$
$m_2 = 10 \space кг$
$c_2 = 4200 \frac$
$t_1 = 25 \degree C$
$t_2 = 100 \degree C$

Q-?

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Для расчета полученного количества теплоты используем формулу $Q = cm(t_2 — t_1)$.

Запишем эту формулу для количества теплоты, полученного котелком:
$Q_1 = c_1m_1(t_2 — t_1)$.

Рассчитаем это количество теплоты:
$Q_1 = 460 \frac \cdot 4 \space кг \cdot (100 \degree C — 25 \degree C) = 1840 \frac \cdot 75 \degree C = 138 000 \space Дж = 138 \space кДж$.

Количество теплоты, полученное водой при нагревании будет равно:
$Q_2 = c_2m_2(t_2 — t_1)$.

Подставим численные значения и рассчитаем:
$Q_2 = 4200 \frac \cdot 10 \space кг \cdot (100 \degree C — 25 \degree C) = 42000 \frac \cdot 75 \degree C = 3 150 000 \space Дж = 3150 \space кДж$.

Общее количество теплоты, затраченное на нагревание котелка и воды:
$Q = Q_1 +Q_2$,
$Q = 138 \space кДж + 3150 \space кДж = 3288 \space кДж$.

Ответ: $Q = 3288 \space кДж$.

Расчет количества теплоты при смешивании жидкостей

Горячую воду разбавили холодной и получили температуру смеси $30 \degree C$. Горячей воды с температурой $100 \degree C$ при этом было $0.3 \space кг$. Холодная вода имела массу $1.4 \space кг$ и температуру $15 \degree C$. Рассчитайте, какое количество теплоты было отдано горячей водой при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

Дано:
$c_1 = c_2 = c = 4200 \frac$
$m_1 = 0.3 \space кг$
$m_2 = 1.4 \space кг$
$t_1 = 100 \degree C$
$t_2 = 15 \degree C$
$t = 30 \degree C$

$Q_1 — ?$
$Q_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Запишем формулу для расчета количества теплоты, отданного горячей водой при остывании от $100 \degree C$ до $30 \degree C$:
$Q_1 = cm_1(t_1 — t)$.

Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 \frac \cdot 0.3 \space кг \cdot (100 \degree C — 30 \degree C) = 1260 \frac \cdot 70 \degree C = 88 200 \space Дж = 88.2 \space кДж$.

Запишем формулу для расчета количества теплоты, полученного холодной водой при нагревании от $15 \degree C$ до $30 \degree C$:
$Q_2 = cm_2(t — t_2)$.

Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 \frac \cdot 1.4 \space кг \cdot (30 \degree C — 15 \degree C) = 5880 \frac \cdot 15 \degree C = 88 200 \space Дж = 88.2 \space кДж$.

$Q_1 = Q_2 = 88.2 \space кДж$.

Ответ: $Q_1 = Q_2 = 88.2 \space кДж$.

В ходе решения этой задачи мы увидели, что количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны. Другие опыты дают схожие результаты.

Если между телами происходит теплоообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

На практике часто получается так, что отданная горячей водой энергия больше, чем полученная холодной. На самом деле, горячая вода при охлаждении передает какую-то часть своей внутренней энергии воздуху и сосуду, в котором происходит смешивание.

Есть 2 способа учесть этот фактор:

Если мы максимально сократим потери энергии, то добьемся приблизительного равенства отданной и полученной энергий
Если рассчитать и учесть потери энергии, то можно получить точное равенство

Расчет температуры при известной величине количества теплоты

При нагревании куска меди было затрачено $22 \space кДж$. Масса этого куска составляет $300 \space г$. Начальная температура была равна $20 \degree C$. До какой температуры нагрели кусок меди?

Дано:
$m = 300 \space г$
$t_1 = 20 \degree C$
$c = 400 \frac$
$Q = 22 \space кДж$

$22 000 \space Дж$

$t_2 — ?$

Посмотреть решение и ответ

Решение:

Запишем формулу для расчета количества теплоты:
$Q = cm(t_2 — t_1)$.

Постепенно выразим из этой формулы искомую температуру $t_2$:
$t_2 — t_1 = \frac$,
$t_2 = \frac + t_1$.

Рассчитаем $t_2$:
$t_2 = \frac \cdot 0.3 \space кг> + 20 \degree C \approx 183 \degree C + 20 \degree C \approx 203 \degree C$.

Цель урока: Знать формулу расчета количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Уметь решать задачи на количество теплоты.

Задачи урока: Детально разобрать важнейшую ключевую ситуацию в тепловых явлениях - теплопередачу между двумя телами, в результате которой тела приходят в тепловое равновесие друг с другом и решение задач демонстрационным опытом, развитие физической интуиции школьников.

Тип урока: Урок изучения нового материала.

Форма проведения: Исследовательская работа.

Оборудование: Калориметр, сосуд с горячей водой, стакан с водой комнатной температуры, металлический цилиндр привязанный к нити, термометр, карточки с задачами, мультимедийный проектор.

1. Начало урока: Объявление темы. Организационный момент

2. Получение новых знаний

Начинаем с демонстрационного опыта, сходного с лабораторной работой по измерению удельной теплоемкости вещества. Но не спешим с расчетами: сначала нужно, чтобы ребята хорошо поняли смысл происходящего. Погружаем вынутый из кипящей воды металлический цилиндр в калориметр с водой комнатной температуры и проводим беседу. При этом неторопливо и отчетливо повторяем новые для учеников термины, характеризующие тепловые процессы.

Если ученики не смогут дать ответ, не упрекаем их и даем ответ сами. Проявляем терпение, и оно наверняка будет вознаграждено: ребята начнут проявлять всю большую самостоятельность в ответах.

Учитель: Какое не видимое невооруженным глазом явление сейчас происходит в калориметре.

Учащиеся: Теплопередача, внутренняя энергия переходит от нагретого цилиндра к воде.

Учитель: Можно ли это явление сделать видимым?

Учащиеся: Да, для этого надо опустить в воду термометр: его показание будет увеличиваться. (Прокомментируем заодно двумя-тремя словами значение измерительных приборов: они расширяют возможности наших органов чувств)

Учитель: Какое тело вследствие теплопередачи отдает некоторое количество теплоты?

Учащиеся: Металлический цилиндр; его начальная температура выше, чем температура воды, поэтому он охлаждается.

Учитель: А какое тело получает некоторое количество теплоты?

Учащиеся: Вода; вследствие теплопередачи она нагревается.

Учитель: Как связаны количество теплоты Q_м, отдаваемое цилиндром, и количество теплоты Q_в, получаемое водой? (Напишем рядом на доске обозначения для указанных количеств теплоты, оставив между ними место для знака равенства.) Будем считать,что теплопередачей с окружающей средой можно пренебречь.

Учащиеся: Эти количества теплоты равны.

Учитель: Правильно. (Пишем знак равенства между выражениями для количеств теплоты: Q_м= Q_в.) А откуда следует это равенство?

Учащиеся: Это уравнение теплового баланса,которое является следствием закона сохранения энергии в тепловых явлениях.

Учитель: Точно. Каким же будет результат теплопередачи?

Учащиеся: Цилиндр и вода в калориметре придут в состояние теплового равновесия.

Учитель: Что это означает?

Учащиеся: Температуры цилиндра и воды станут равными.

Учитель: Посмотрим теперь, что мы сможем измерить в нашем опыте. Введем для этого некоторые обозначения. Начнем с металлического цилиндра. Обозначим его массу m_м, начальную температуру t_м, а конечную общую температуру цилиндра и воды t_k. Достаточно ли этих величин, чтобы записать выражение для количества теплоты, отданной цилиндром?

Учащиеся: Нет, потому что оно зависит еще от удельной теплоемкости вещества, из которого сделан цилиндр.

Учитель: Правильно. Обозначим эту удельную теплоемкость c_м. Как тогда записать выражение для количества теплоты Q_м, отданной цилиндром?

Учащиеся: Q_м= c_м m_м(t_м- t_k). (Записываем эту формулу на доске)

Учитель: Хорошо. А как записать выражение для количества теплоты Q_в, полученного водой? Обозначим массу воды m_в, ее начальную температуру t_в, а удельную теплоемкость с_в.

Учитель: Какой же вид примет теперь уравнение теплового баланса?

Учащиеся: c_м m_м (t_м - t_k)= с_вm_в (t_k - t_в) (Получаем эту формулу на доске из двух предыдущих)

Учитель: Посмотрим теперь на это равенство как на источник задач. Сколько физических величин входит в написанное равенство?

Учащиеся: Семь: удельные теплоемкости c_м и с_в, массы m_м и m_в, начальные температуры t_м и t_в, а также конечная температура t_k.

Учитель: Значит, можно составить семь различных задач: в каждой из них одна физическая величина неизвестна, а все остальные известны. Например в лабораторной работе, которую вы скоро будете делать, неизвестной величиной будет удельная теплоемкость металла из которого сделан цилиндр. Как преобразовать наше уравнение теплового баланса, чтобы найти удельную теплоемкость металла?

Перед лабораторной работой не забудьте попросить учеников повторить вывод этой формулы. Напомните им, что в этом опыте и в лабораторной работе мы пренебрегаем количеством теплоты, которое получил внутренний стакан калориметра.)

Поможем ребятам сформулировать другие задачи. Нужно постараться, чтобы в них были достаточно простые числовые данные. Приведем примеры (с общей оговоркой, что можно пренебречь теплообменом с окружающей средой).

3. Обобщение и закрепление нового материала

Решим несколько таких задач:

Задача №1. Смешали 6 кг холодной воды, имеющей температуру 8 o С, с 2 кг горячей воды при температуре 80 o С. Определите конечную температуру смеси.

Решение: Обозначим температуру и массу холодной воды через t₁ и m₁. Горячей воды через t₂ и m₂

Q₁ = с₁m₁ (t₂ -t_k) - количество теплоты полученное холодной водой.

Q₂ = с₂m₂ (t_k -t₁) - количество теплоты, отданное горячей водой. Количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой.

Обе части уравнения сокращаем на с₁, получаем m₁ (t₂ - t_k) = m₂ (t_k - t₁) Решая уравнение и подставив численные значения получаем ответ: конечная температура смеси 26 o С.

Задача №2. Для ванны необходимо приготовить воду с температурой 36 o С. Из горячего крана смесителя идет вода при температуре 80 o С, а из холодного - при температуре 8 o С. Сколько надо взять горячей воды, чтобы приготовить ванну, если для этого требуется 196 кг холодной воды?

Решение: Обозначим массу холодной воды m_x, общую массу воды m, массу горячей вод m_r = m - m_x Q_x = с m_x (t_k - t_x) – количество теплоты полученное холодной водой. Q_r = с m_r (t_r - t_k) – количество теплоты отданное горячей водой. Количество теплоты, полученное холодной водой равно количеству теплоты, отданному горячей водой. Q_x = Q_r. Тогда уравнение теплового равновесия примет вид с m_r (t_r- t_k) = с m_x (t_k - t_x). Сокращаем обе части уравнение на с. Получаем уравнение с одним неизвестным m_r (t_r- t_k) = m_x(t_k - t_x). m_r = (m_x (t_k - t_x))/ (t_r - t_k), m_r = 125кг

Ответ: надо взять 125 кг горячей воды.

Задача №3. В 1 л воды при температуре 18 o С вылили 300 г расплавленного олова, имеющего температуру 232 o С. На сколько градусов при этом нагрелась вода?

Решение: Обозначим Q₁ = с₁m₁ (t_k - t₁) количество теплоты полученное водой. Q₂ = с₂m (t₂ - t₁) - количество теплоты выделившееся при охлаждении олова. Q₃ = Lm₂ – количество теплоты выделившееся при кристаллизации расплавленного олова. L - удельная теплота плавления олова. Количество теплоты отданное оловом равно количеству теплоты полученному водой. Пишем уравнение теплового баланса.

где r - плотность воды, V - объем воды.

m₁ = rV. Решая уравнение и подставив численные значения получаем ответ. Вода нагрелась на 8 o C.

Иногда для решения подобных задач применяют вторую из упомянутых в начале этого раздела форм записи уравнения теплового баланса:

Такое решение дает правильный ответ, но оно не раскрывает существа дела, т.к. все внимание учеников уходит на написание громоздких формул и алгебраические преобразования, а не на понимание происходящих физических явлений. Поэтому лучше применять первую форму записи уравнения теплового баланса. Но для этого надо выяснить с помощью предварительного анализа условия задачи, будет нагреваться тело «промежуточной температуры или охлаждаться. Рассмотрим это на конкретном примере.

Задача № 4. В калориметр, содержащий воду массой 200 г при температуре 50 o С, поместили стальной цилиндр массой 100г, вынутый из сосуда с тающим льдом, и медный брусок массой 250 г, вынутый из кипятка. Какой станет температура содержимого калориметра после установления теплового равновесия? Удельные теплоемкости меди и стали равны соответственно 400Дж/кг o С и 500Дж/кг o С.

Указание. Чтобы выяснить, будет вода нагреваться или охлаждаться в процессе установления теплового равновесия, рассмотрим, при каком условии температура воды в калориметре не изменится. Это произойдет, если медный брусок при охлаждении до начальной температуры воды (500) отдаст такое же количество теплоты, какое необходимо для нагревания стального цилиндра тоже до начальной температуры воды. Однако расчет с использованием приведенных в условии числовых данных показывает, что при этом медный брусок отдает большее количество теплоты, чем получает стальной цилиндр. Значит, в процессе установления теплового равновесия вода нагреется. Это позволяет написать уравнение теплового баланса в виде:

где Q_м - количество теплоты, отданное медным бруском.

Q_c - количество теплоты, полученное стальным цилиндром,

Q_в- количество теплоты, полученное водой. Все количества теплоты при этом положительны.

4. Заключительный этап

Мне очень понравилось с вами работать. А теперь подведем итоги вашей работы на сегодняшнем уроке.

Задание на дом: Решить задачи.

Задача №1. Стакан емкостью 200 см 3 наполовину заполнен водой при температуре 20 o С. Его доливают доверху кипятком. Какова будет температура воды в стакане?

Задача №2. Какую массу кипятка надо долить в детскую ванночку, содержащую 20 л воды при температуре 20 o С, чтобы конечная температура воды стала равной 30 o С?

Задача №3. Кипяток массой 200г налили в фарфоровую чашку массой 100г. Тепловое равновесие установилось при температуре 80 o С. Какой была начальная температура чашки? Удельная теплоемкость фарфора 1100 Дж/кг.

Подготовиться к лабораторной работе №2

Использованная литература

2. А.В.Перышкин. Физика. 8класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. Москва. Дрофа, 2010.

Цель урока. Вывести формулу для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Демонстрация. Устройство калориметра.

Содержание нового материала. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Единицы количества теплоты. Устройство и применение калориметра.

Планируемые результаты обучения.

Метапредметные: овладеть регулятивными универсальными учебными действиями при решении задач на нахождение количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении; развивать монологическую и диалогическую речь; применять теоретические знания о количестве теплоты при решении задач; оценивать результаты своих действий; излагать информацию в словесной и символической форме; работать в парах.

Личностные: осознать необходимость самостоятельного приобретения знаний о количестве теплоты и практической значимости изученного материала; сформировать познавательный интерес; развивать творческие способности и практические умения при нахождении количества теплоты, уважительное отношение друг к другу, к учителю.

Общие предметные: применять знания об удельной теплоемкости при решении задач на расчет количества теплоты; обнаруживать зависимость изменения внутренней энергии нагревающих тел и внутренней энергии остывающих тел при теплообмене; кратко и чётко отвечать на вопросы; объяснять полученные результаты и делать выводы; использовать знания для объяснения принципа работы калориметра при решении практических задач.

Частные предметные: объяснять явление теплообмена, рассчитывать количество теплоты; использовать знания о количестве теплоты в повседневной жизни.

1. Что понимают под внутренней энергией тела?

(Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.

)

2. Каким образом можно изменить внутреннюю энергию тела?

(1. Путём совершения механической работы.

2. Путём теплопередачи.)

3. Что такое количество теплоты?

(Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.)

4. Что понимают под удельной теплоёмкостью вещества?

(Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой 1кг для того, чтобы его температура изменилась на 1°C, называется удельной теплоёмкостью вещества.)

5. Удельная теплоёмкость растительного масла равна 700Дж/(кг•°С). Что это означает?

(Для нагревания растительного масла массой 1кг на 1°C, необходимо количество теплоты, равное 700Дж.)

(При охлаждении растительного масла массой 1кг на 1°C, выделится количество теплоты, равное 700Дж.)

2. Упражнение 7.

1. Удельная теплоёмкость свинца равна . Что это означает?

(Для нагревания свинца массой 1кг на 1°C, необходимо количество теплоты, равное 140Дж.)

(При охлаждении свинца массой 1кг на 1°C, выделится количество теплоты, равное 140Дж.)

2. Для нагревания 1кг золота на 1°С требуется 130Дж. Какова удельная теплоёмкость золота?

)

3. Изучение нового материала.

1. Учащимся известно, что количество теплоты, необходимое для нагревания (или выделяющееся при остывании тела), зависит от массы тела, разности температур и рода вещества, из которого изготовлено тело. Вывод формулы следует сделать на примере.

После проведённых рассуждений можно дать задание одному из учащихся подставить данные в формулу и рассчитать количество теплоты.

2. Далее для закрепления материала учащиеся в парах анализируют примеры решения задач из учебника, один из учеников у доски (по желанию) записывает её условие и объясняет решение.

В железный котёл массой 5кг налита вода массой 10кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10°С до 100°С?

Смешали воду массой 0,8кг, имеющую температуру 25°С, и воду при температуре 100°С массой 0,2кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40°С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

При смешивании горячей и холодной воды происходит теплообмен не только с холодной водой, но и с окружающей средой — сосудом, подставкой, термометром, воздухом. На практике не всю внутреннюю энергию, отдаваемую горячей водой, получает холодная. Чтобы устранить такие потери или свести их хотя бы к минимуму, применяют специальный прибор — калориметр (от лат. color — тепло и meter — измерять).

Учитель знакомит учащихся с этим прибором, принципом его действия, основными элементами и способом использования в предстоящей лабораторной работе.

Калориметр состоит из двух сосудов, разделённых воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.

«Количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны между собой.

4. Закрепление материала.

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется количеством теплоты.

2. В каких единицах выражают количество теплоты?

[Q]=1Дж

3. От чего зависит количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении?

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от разности температур тела.

Q~(°t₂-°t₁)

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от его массы.

Q~m

Количество теплоты, выделяемое телом при охлаждении, зависит от того, из какого вещества оно состоит, то есть от рода вещества.

Q~c

4. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.

Q=cm(°t₂-°t₁)

5. Для чего служит калориметр?

В этом видеоуроке мы с научимся рассчитывать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении. А также познакомимся с прибором, с помощью которого можно это количество теплоты измерить.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Расчёт количества теплоты при нагревании или охлаждении тела"

Также мы с вами выяснили, что мерой изменения внутренней энергии тела при теплопередаче является количество теплоты. Давайте вспомним, что количество теплоты — это скалярная физическая величина, равная изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения механической работы.

А ещё мы получили уравнение, по которому можно рассчитать количество теплоты, которое необходимо подвести к телу для его нагревания, или выделяемое телом, при его охлаждении:

Q = cm(t – t₀).

Из формулы видно, что количество теплоты зависит от массы тела, разности температур в конечном и начальном состояниях, а также от удельной теплоёмкости вещества, из которого это тело изготовлено.

Чтобы вспомнить, же что же такое теплоёмкость, рассмотрим решение следующей задачи.

Задача 1. В сосуд с горячей водой опустили алюминиевую и латунную болванки одинаковой массы и температуры. Одинаковым ли будет изменение их температур?

В жизненных ситуациях довольно часто возникает необходимость в тепловых расчётах. Например, при строительстве жилых домов необходимо знать, какое количество теплоты должна отдавать зданию система отопления. Или нужно определить температуру после смешивания горячей и холодной воды. И на этом уроке мы разберёмся, как проводятся такие расчёты.

Последовательность действий при решении задач на расчёт теплообменных процессов:

Задача 2. Для купания ребёнка температура воды в ванночке не должна превышать 38 о С. Для этого родители смешали 40 кг холодной воды при температуре 12 о С и 20 кг горячей воды при температуре 90 о С. Если потерями тепла можно пренебречь, то какое количество теплоты получили холодная вода при нагревании и отдала горячая вода при охлаждении?

Мы получили, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному водой холодной. И это не случайно. Вспомните: если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается ровно на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Конечно в реальных условиях количество теплоты, отданное горячей водой, всегда будет больше чем-то количество теплоты, которое получит холодная вода. Это объясняется тем, что часть энергии идёт на нагревание сосуда, в котором находилась вода, а ещё часть теряется на нагревание окружающего воздуха.

Теперь мы можем внести дополнительный пункт в нашу последовательность действий при решении задач — пункт о необходимости составления уравнения теплового баланса.

Количество теплоты, отданное или полученное телом, можно измерить с помощью прибора, который называется калориметр.

Школьный калориметр состоит из двух стаканов, вставленных один в другой. Воздушная прослойка и подставка между ними уменьшают теплопередачу между содержимым внутреннего стакана и окружающим воздухом.

Задача 3. Калориметр содержит 3 л воды при температуре 80 о С. В воду опускают нагретый на плитке кирпич массой 1,5 кг. Определите начальную температуру кирпича, если в результате теплообмена температура воды повысилась до 9 о С. Теплопередачей калориметру и окружающему воздуху можно пренебречь.

Обратите внимание на то, что в некоторых задачах теплоёмкостью калориметра пренебрегать нельзя. В этом случае необходимо учитывать, что и вода, и калориметр будут нагреваться или охлаждаться вместе. А их температуры можно считать одинаковыми.

Читайте также: