Egy anyag fajlagos hőkapacitásának kiszámítására szolgáló képlet. Anyag fajlagos hőkapacitásának meghatározása

(vagy hőátadás).

Egy anyag fajlagos hőkapacitása.

Hőkapacitás- ez az a hőmennyiség, amelyet egy test 1 fokkal felmelegítve vesz fel.

A test hőkapacitását nagy latin betű jelzi VAL VEL.

Mitől függ egy test hőkapacitása? Először is a tömegétől. Nyilvánvaló, hogy például 1 kilogramm víz felmelegítéséhez több hőre lesz szükség, mint 200 grammra.

Mi a helyzet az anyag típusával? Végezzünk egy kísérletet. Vegyünk két egyforma edényt, és miután az egyikbe 400 g-os vizet, a másikba pedig 400 g-os növényi olajat öntünk, elkezdjük melegíteni őket azonos égőkkel. A hőmérő állásait megfigyelve látni fogjuk, hogy az olaj gyorsan felmelegszik. A víz és az olaj azonos hőmérsékletű felmelegítéséhez a vizet tovább kell melegíteni. De minél tovább melegítjük a vizet, annál több hőt kap az égőtől.

Így ugyanazon tömegű különböző anyagok azonos hőmérsékletre hevítéséhez különböző hőmennyiségre van szükség. A test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség, és így a hőkapacitása a testet alkotó anyag típusától függ.

Tehát például az 1 kg tömegű víz hőmérsékletének 1°C-kal történő növeléséhez 4200 J hőmennyiség szükséges, és ugyanennyi napraforgóolaj 1°C-os felmelegítéséhez annyi hőmennyiség 1700 J szükséges.

Olyan fizikai mennyiséget nevezünk, amely megmutatja, hogy mennyi hő szükséges 1 kg anyag 1 °C-os felmelegítéséhez fajlagos hőkapacitás ennek az anyagnak.

Minden anyagnak megvan a maga fajlagos hőkapacitása, amelyet a latin c betűvel jelölünk, és joule per kilogramm fokban mérjük (J/(kg °C)).

Ugyanazon anyag fajlagos hőkapacitása különböző aggregációs állapotokban (szilárd, folyékony és gázhalmazállapotú) eltérő. Például a víz fajlagos hőkapacitása 4200 J/(kg °C), a jég fajlagos hőkapacitása 2100 J/(kg °C); Az alumínium szilárd állapotban 920 J/(kg - °C), folyékony állapotban pedig 1080 J/(kg - °C) fajlagos hőkapacitású.

Vegye figyelembe, hogy a víz nagyon nagy fajlagos hőkapacitású. Ezért a tengerek és óceánok vize, amely nyáron felmelegszik, nagy mennyiségű hőt nyel el a levegőből. Ennek köszönhetően azokon a helyeken, amelyek nagy víztestek közelében helyezkednek el, a nyár nem olyan meleg, mint a víztől távol eső helyeken.

A test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség kiszámítása.

A fentiekből kitűnik, hogy a test felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség a test anyagának típusától (azaz fajlagos hőkapacitásától) és a test tömegétől függ. Az is világos, hogy a hőmennyiség attól függ, hogy hány fokkal emeljük a testhőmérsékletet.

Tehát a test felmelegítéséhez szükséges vagy a hűtés során felszabaduló hőmennyiség meghatározásához meg kell szorozni a test fajlagos hőkapacitását a tömegével, valamint a végső és a kezdeti hőmérséklet különbségével:

K = cm (t 2 - t 1 ) ,

Ahol K- hőmennyiség, c— fajlagos hőkapacitás, m- testtömeg, t 1 - kezdeti hőmérséklet, t 2 - végső hőmérséklet.

Amikor a test felmelegszik t 2 > t 1 és ezért K > 0 . Amikor a test lehűl t 2i< t 1 és ezért K< 0 .

Ha ismert az egész test hőkapacitása VAL VEL, K képlet határozza meg:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

A munkában használt eszközök és tartozékok:

2. Súlyok.

3. Hőmérő.

4. Kaloriméter.

6. Kalorimetriás test.

7. Háztartási csempe.

A munka célja:

Tanuld meg kísérletileg meghatározni egy anyag fajlagos hőkapacitását.

I. ELMÉLETI BEVEZETÉS.

Hővezető- a gyors molekulák és a lassú molekulák ütközése következtében hőátadás a fűtöttebb testrészekről a kevésbé fűtöttekre, aminek következtében a gyors molekulák energiájuk egy részét a lassúaknak adják át.

Bármely test belső energiájának változása egyenesen arányos a tömegével és a testhőmérséklet változásával.

DU = cmDT (1)
Q = cmDT (2)

Azt a c mennyiséget, amely a test belső energiája melegítés vagy hűtés során bekövetkező változásának az anyag típusától és a külső körülményektől való függését jellemzi, ún. a test fajlagos hőkapacitása.

(4)

A C értéket, amely a test hőelnyelési függőségét jellemzi felmelegedéskor, és egyenlő a testnek átadott hőmennyiség és a hőmérséklet-emelkedés arányával, ún. a test hőkapacitása.

C = c × m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Moláris hőkapacitás cm, egy mól anyag 1 Kelvinnel történő felmelegítéséhez szükséges hőmennyiség

Cm = cM. (8)
C m = (9)

A fajlagos hőkapacitás a hevítési folyamat természetétől függ.

Hőmérleg egyenlete.

A hőcsere során minden olyan test által leadott hőmennyiség összege, amelynek belső energiája csökken, megegyezik az összes olyan test által felvett hőmennyiség összegével, amelynek belső energiája nő.

SQ részleg = SQ vétel (10)

Ha a testek zárt rendszert alkotnak, és csak hőcsere történik közöttük, akkor a kapott és adott hőmennyiség algebrai összege 0.

SQ részleg + SQ vétel = 0.

Példa:

A hőcsere egy testet, egy kalorimétert és egy folyadékot foglal magában. A test hőt ad le, a kaloriméter és a folyadék fogadja.

Q t = Q k + Q f

Q t = c t m t (T 2 – Q)

Q k = c k m k (Q – T 1)

Q f = c f m f (Q – T 1)

Ahol Q(tau) a teljes végső hőmérséklet.

s t m t (T 2 -Q) = s-től m-ig (Q- T 1) + s f m f (Q- T 1)

s t = ((Q - T 1)*(s-től m-ig + s w m w)) / m t (T 2 - Q)

T = 273 0 + t 0 C

2. A MUNKA ELŐREhaladása.

MINDEN MÉRÉSÉRT 0,1 g PONTOSSÁGGAL VÉGZETT VÉGRE.

1. Határozza meg a belső edény tömegét, m 1 kalorimétert.

2. Öntsön vizet a kaloriméter belső edényébe, mérje le a belső poharat a kiöntött folyadékkal együtt m to.

3. Határozza meg a leöntött víz tömegét m = m - - m 1!

4. Helyezze a kaloriméter belső edényét a külsőbe, és mérje meg a víz kezdeti hőmérsékletét T 1.

5. Vegye ki a teszttestet a forrásban lévő vízből, gyorsan vigye át a kaloriméterbe, meghatározva T 2 -t - a test kezdeti hőmérsékletét, ez megegyezik a forrásban lévő víz hőmérsékletével.

6. A kaloriméterben lévő folyadék keverése közben várja meg, amíg a hőmérséklet növekedése megáll: mérje meg a Q végső (állandó) hőmérsékletet.

7. Vegye ki a teszttestet a kaloriméterről, szárítsa meg szűrőpapírral, és mérlegen mérve határozza meg a tömegét m 3 .

8. Írja be az összes mérés és számítás eredményét a táblázatba. Végezze el a számításokat a második tizedesjegyig.

9. Hozzon létre egy hőmérleg egyenletet, és keresse meg belőle az anyag fajlagos hőkapacitását! Val vel.

10. A pályázatban kapott eredmények alapján határozza meg az anyagot.

11. Számítsa ki a kapott eredmény abszolút és relatív hibáját a táblázatos eredményhez viszonyítva a képletekkel:

;

12. Következtetés az elvégzett munkáról.

MÉRÉSI ÉS SZÁMÍTÁSI EREDMÉNYEK TÁBLÁZATA

A mai leckében egy olyan fizikai fogalmat mutatunk be, mint egy anyag fajlagos hőkapacitása. Megtudjuk, hogy az anyag kémiai tulajdonságaitól függ, és a táblázatokban szereplő értéke különböző anyagoknál eltérő. Ezután megtudjuk a mértékegységeket és a fajlagos hőkapacitás megállapításának képletét, valamint megtanuljuk elemezni az anyagok termikus tulajdonságait a fajlagos hőkapacitás értéke alapján.

Hőmennyiségmérő(a lat. kalória– meleg és metor- mérés) - bármely fizikai, kémiai vagy biológiai folyamat során felszabaduló vagy elnyelt hőmennyiség mérésére szolgáló eszköz. A „kaloriméter” kifejezést A. Lavoisier és P. Laplace javasolta.

A kaloriméter egy fedélből, egy belső és egy külső üvegből áll. A kaloriméter kialakításánál nagyon fontos, hogy a kisebb-nagyobb edények között légréteg legyen, ami az alacsony hővezető képesség miatt rossz hőátadást biztosít a tartalom és a külső környezet között. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a kalorimétert egyfajta termosznak tekintse, és gyakorlatilag megszabaduljon a külső környezet hatásától a kaloriméteren belüli hőcsere folyamatokra.

A kaloriméter a testek fajlagos hőkapacitásának és egyéb termikus paramétereinek a táblázatban jelzettnél pontosabb mérésére szolgál.

Megjegyzés. Fontos megjegyezni, hogy egy olyan fogalmat, mint a hőmennyiség, amelyet nagyon gyakran használunk, nem szabad összetéveszteni a test belső energiájával. A hőmennyiséget pontosan a belső energia változása határozza meg, nem pedig a fajlagos értéke.

Figyeljük meg, hogy a különböző anyagok fajlagos hőkapacitása eltérő, ami a táblázatban látható (3. ábra). Például az aranynak fajlagos hőkapacitása van. Ahogy korábban jeleztük, a fajlagos hőkapacitás ezen értékének fizikai jelentése azt jelenti, hogy 1 kg arany 1 °C-os felmelegítéséhez 130 J hővel kell ellátni (5. ábra).

Rizs. 5. Az arany fajlagos hőkapacitása

A következő leckében a hőmennyiség értékének kiszámításáról lesz szó.

Listairodalom

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Szerk. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Túzok, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Felvilágosodás.

1. „vactekh-holod.ru” internetes portál ()

Házi feladat

A víz az egyik legcsodálatosabb anyag. Széleskörű és széles körben elterjedt használata ellenére a természet igazi rejtélye. Mivel az egyik oxigénvegyület, a víznek nagyon alacsony jellemzőkkel kell rendelkeznie, mint például a fagyás, a párolgási hő stb. De ez nem történik meg. A víz hőkapacitása önmagában mindennek ellenére rendkívül magas.

A víz hatalmas mennyiségű hőt képes elnyelni, miközben gyakorlatilag nem melegszik fel - ez a fizikai jellemzője. a víz körülbelül ötször nagyobb a homok hőkapacitásánál, és tízszer nagyobb a vas hőkapacitásánál. Ezért a víz természetes hűtőfolyadék. Nagy mennyiségű energiát felhalmozó képessége lehetővé teszi, hogy kiegyenlítse a hőmérséklet-ingadozásokat a Föld felszínén, és szabályozza a hőviszonyokat az egész bolygón, és ez az évszaktól függetlenül megtörténik.

A víznek ez az egyedülálló tulajdonsága lehetővé teszi, hogy hűtőfolyadékként használják az iparban és a mindennapi életben. Ráadásul a víz széles körben elérhető és viszonylag olcsó nyersanyag.

Mit értünk hőkapacitás alatt? A termodinamika során ismeretes, hogy a hőátadás mindig meleg testről hidegre történik. Ebben az esetben egy bizonyos mennyiségű hő átadásáról beszélünk, és mindkét test hőmérséklete, mint az állapotuk jellemzője, mutatja ennek a cserének az irányát. Azonos kezdeti hőmérsékletű, azonos tömegű vizet tartalmazó fémtestnél a fém többszöröse hőmérsékletét változtatja, mint a víz.

Ha posztulátumnak vesszük a termodinamika alapállítását - két test (a többitől elszigetelve), a hőcsere során az egyik ad le, a másik pedig azonos mennyiségű hőt kap, akkor világossá válik, hogy a fémnek és a víznek teljesen más a hője. kapacitások.

Így a víz (és bármely anyag) hőkapacitása egy olyan mutató, amely egy adott anyag azon képességét jellemzi, hogy hűtéskor (fűtésekor) egységhőmérsékletre vetítve adjon (vagy fogadjon) valamit.

Egy anyag fajlagos hőkapacitása az a hőmennyiség, amely egy egységnyi anyag (1 kilogramm) 1 fokkal történő felmelegítéséhez szükséges.

A test által felszabaduló vagy elnyelt hő mennyisége megegyezik a fajlagos hőkapacitás, a tömeg és a hőmérséklet-különbség szorzatával. Kalóriában mérik. Egy kalória pontosan annyi hőmennyiség, amely 1 g víz 1 fokkal való felmelegítésére elegendő. Összehasonlításképpen: a levegő fajlagos hőkapacitása 0,24 cal/g ∙°C, az alumínium - 0,22, a vas - 0,11, a higany - 0,03.

A víz hőkapacitása nem állandó. Ahogy a hőmérséklet 0-ról 40 fokra emelkedik, enyhén csökken (1,0074-ről 0,9980-ra), míg az összes többi anyagnál ez a jellemző melegítés közben nő. Ráadásul a nyomás növekedésével (mélységben) csökkenhet.

Mint tudják, a víznek három halmazállapota van - folyékony, szilárd (jég) és gáznemű (gőz). Ugyanakkor a jég fajlagos hőkapacitása körülbelül 2-szer kisebb, mint a vízé. Ez a fő különbség a víz és más anyagok között, amelyek fajlagos hőkapacitása nem változik szilárd és olvadt állapotban. mi a titok?

A tény az, hogy a jég kristályos szerkezetű, amely nem esik azonnal össze melegítéskor. A víz kis jégrészecskéket tartalmaz, amelyek több molekulából állnak, amelyeket társított molekuláknak neveznek. Amikor a vizet melegítik, annak egy részét a hidrogénkötések megsemmisítésére fordítják ezekben a képződményekben. Ez magyarázza a víz szokatlanul nagy hőkapacitását. A molekulái közötti kötések csak akkor semmisülnek meg teljesen, amikor a víz gőzzé alakul.

A fajlagos hőkapacitás 100°C-on szinte semmiben sem különbözik a 0°C-os jégétől. Ez ismét megerősíti ennek a magyarázatnak a helyességét. A gőz hőkapacitása, akárcsak a jég hőkapacitása, jelenleg sokkal jobban tanulmányozott, mint a víz, amivel kapcsolatban a tudósok még nem jutottak konszenzusra.

A mai leckében egy olyan fizikai fogalmat mutatunk be, mint egy anyag fajlagos hőkapacitása. Megtudjuk, hogy az anyag kémiai tulajdonságaitól függ, és a táblázatokban szereplő értéke különböző anyagoknál eltérő. Ezután megtudjuk a mértékegységeket és a fajlagos hőkapacitás megállapításának képletét, valamint megtanuljuk elemezni az anyagok termikus tulajdonságait a fajlagos hőkapacitás értéke alapján.

Hőmennyiségmérő(a lat. kalória– meleg és metor- mérés) - bármely fizikai, kémiai vagy biológiai folyamat során felszabaduló vagy elnyelt hőmennyiség mérésére szolgáló eszköz. A „kaloriméter” kifejezést A. Lavoisier és P. Laplace javasolta.

A kaloriméter egy fedélből, egy belső és egy külső üvegből áll. A kaloriméter kialakításánál nagyon fontos, hogy a kisebb-nagyobb edények között légréteg legyen, ami az alacsony hővezető képesség miatt rossz hőátadást biztosít a tartalom és a külső környezet között. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a kalorimétert egyfajta termosznak tekintse, és gyakorlatilag megszabaduljon a külső környezet hatásától a kaloriméteren belüli hőcsere folyamatokra.

A kaloriméter a testek fajlagos hőkapacitásának és egyéb termikus paramétereinek a táblázatban jelzettnél pontosabb mérésére szolgál.

Megjegyzés. Fontos megjegyezni, hogy egy olyan fogalmat, mint a hőmennyiség, amelyet nagyon gyakran használunk, nem szabad összetéveszteni a test belső energiájával. A hőmennyiséget pontosan a belső energia változása határozza meg, nem pedig a fajlagos értéke.

Figyeljük meg, hogy a különböző anyagok fajlagos hőkapacitása eltérő, ami a táblázatban látható (3. ábra). Például az aranynak fajlagos hőkapacitása van. Ahogy korábban jeleztük, a fajlagos hőkapacitás ezen értékének fizikai jelentése azt jelenti, hogy 1 kg arany 1 °C-os felmelegítéséhez 130 J hővel kell ellátni (5. ábra).

Rizs. 5. Az arany fajlagos hőkapacitása

A következő leckében a hőmennyiség értékének kiszámításáról lesz szó.

Listairodalom

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Szerk. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Túzok, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Felvilágosodás.

1. „vactekh-holod.ru” internetes portál ()

Házi feladat