Wzór do obliczania ciepła właściwego substancji. Wyznaczanie ciepła właściwego substancji

(lub transfer ciepła).

Ciepło właściwe substancji.

Pojemność cieplna- jest to ilość ciepła pochłonięta przez ciało podgrzane o 1 stopień.

Pojemność cieplna ciała jest oznaczona wielką literą łacińską Z.

Od czego zależy pojemność cieplna ciała? Przede wszystkim z jego masy. Oczywiste jest, że podgrzanie na przykład 1 kilograma wody będzie wymagało więcej ciepła niż podgrzanie 200 gramów.

A co z rodzajem substancji? Zróbmy eksperyment. Weźmy dwa identyczne naczynia i wlewając do jednego z nich wodę o masie 400 g, a do drugiego olej roślinny o masie 400 g, zaczniemy je podgrzewać za pomocą identycznych palników. Obserwując wskazania termometru zobaczymy, że olej szybko się nagrzewa. Aby ogrzać wodę i olej do tej samej temperatury, wodę należy podgrzewać dłużej. Ale im dłużej podgrzewamy wodę, tym więcej ciepła otrzymuje ona z palnika.

Zatem ogrzanie tej samej masy różnych substancji do tej samej temperatury wymaga różnej ilości ciepła. Ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała, a co za tym idzie, jego pojemność cieplna, zależą od rodzaju substancji, z której zbudowane jest ciało.

I tak np. do ogrzania wody o masie 1 kg o 1°C potrzeba ciepła 4200 J, a do ogrzania tej samej masy oleju słonecznikowego o 1°C ilość ciepła równa Wymagane jest 1700 J.

Nazywa się wielkość fizyczną pokazującą, ile ciepła potrzeba do ogrzania 1 kg substancji o 1 ° C specyficzna pojemność cieplna tej substancji.

Każda substancja ma swoją pojemność cieplną właściwą, oznaczoną łacińską literą c i mierzoną w dżulach na kilogram stopnia (J/(kg °C)).

Ciepło właściwe tej samej substancji w różnych stanach skupienia (stałym, ciekłym i gazowym) jest różne. Na przykład ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/(kg °C), a ciepło właściwe lodu wynosi 2100 J/(kg °C); aluminium w stanie stałym ma ciepło właściwe 920 J/(kg - °C), a w stanie ciekłym - 1080 J/(kg - °C).

Należy pamiętać, że woda ma bardzo duże ciepło właściwe. Dlatego też woda w morzach i oceanach nagrzewając się latem, pochłania dużą ilość ciepła z powietrza. Dzięki temu w miejscach położonych w pobliżu dużych zbiorników wodnych lato nie jest tak gorące, jak w miejscach oddalonych od wody.

Obliczanie ilości ciepła potrzebnego do ogrzania ciała lub wydzielanego przez nie podczas chłodzenia.

Z powyższego jasno wynika, że ​​ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od rodzaju substancji, z której ciało się składa (tj. jego ciepła właściwego) oraz od masy ciała. Wiadomo też, że ilość ciepła zależy od tego, o ile stopni będziemy podnosić temperaturę ciała.

Aby więc określić ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała lub uwolnioną przez nie podczas chłodzenia, należy pomnożyć pojemność cieplną właściwą ciała przez jego masę i różnicę między jego temperaturą końcową i początkową:

Q = cm (T 2 - T 1 ) ,

Gdzie Q- ilość ciepła, C- specyficzna pojemność cieplna, M- masa ciała, T 1 — temperatura początkowa, T 2 — temperatura końcowa.

Kiedy ciało się nagrzewa t2 > T 1 i dlatego Q > 0 . Kiedy ciało się ochłodzi t 2i< T 1 i dlatego Q< 0 .

Jeśli znana jest pojemność cieplna całego ciała Z, Q określone wzorem:

Q = C (t 2 - T 1 ) .

Urządzenia i akcesoria wykorzystywane w pracy:

2. Ciężary.

3. Termometr.

4. Kalorymetr.

6. Ciało kalorymetryczne.

7. Płytki domowe.

Cel pracy:

Naucz się eksperymentalnie określać ciepło właściwe substancji.

I. WSTĘP TEORETYCZNY.

Przewodność cieplna- przenoszenie ciepła z bardziej nagrzanych części ciała do mniej nagrzanych w wyniku zderzeń szybkich cząsteczek z powolnymi, w wyniku czego szybkie cząsteczki przekazują część swojej energii wolniejszym.

Zmiana energii wewnętrznej dowolnego ciała jest wprost proporcjonalna do jego masy i zmiany temperatury ciała.

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

Nazywa się wielkość c charakteryzującą zależność zmiany energii wewnętrznej ciała podczas ogrzewania lub chłodzenia od rodzaju substancji i warunków zewnętrznych pojemność cieplna właściwa ciała.

(4)

Nazywa się wartość C, która charakteryzuje zależność ciała od pochłaniania ciepła podczas ogrzewania i jest równa stosunkowi ilości ciepła przekazanego ciału do wzrostu jego temperatury. pojemność cieplna ciała.

C = do × m. (5)
(6)
Q = CDT (7)

Molowa pojemność cieplna Cm, to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednego mola substancji o 1 kelwin

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

Ciepło właściwe zależy od charakteru procesu, w którym jest podgrzewany.

Równanie bilansu cieplnego.

Podczas wymiany ciepła suma ilości ciepła oddanego przez wszystkie ciała, których energia wewnętrzna maleje, jest równa sumie ilości ciepła otrzymanego przez wszystkie ciała, których energia wewnętrzna wzrasta.

Dział SQ = odbiór SQ (10)

Jeżeli ciała tworzą układ zamknięty i zachodzi między nimi tylko wymiana ciepła, to suma algebraiczna ilości ciepła odebranego i oddanego jest równa 0.

Dział SQ + odbiór SQ = 0.

Przykład:

Wymiana ciepła obejmuje ciało, kalorymetr i ciecz. Ciało oddaje ciepło, kalorymetr i ciecz odbierają je.

Q t = Q k + Q fa

Q t = do t m t (T 2 – Q)

Q k = c k m k (Q – T 1)

Q f = do fa m fa (Q – T 1)

Gdzie Q(tau) jest całkowitą temperaturą końcową.

s t m t (T 2 -Q) = s do m do (Q- T 1) + s fa m fa (Q- T 1)

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

T = 273 0 + t 0 C

2. POSTĘP PRACY.

WSZYSTKIE WAŻENIA DOKONYWANE SĄ Z DOKŁADNOŚCIĄ DO 0,1 g.

1. Określ, ważąc masę naczynia wewnętrznego, kalorymetr m 1.

2. Do wewnętrznego naczynia kalorymetru wlej wodę, zważ wewnętrzne szkło wraz z wlaną cieczą m do.

3. Określ masę wylanej wody m = m do - m 1

4. Umieścić naczynie wewnętrzne kalorymetru w naczyniu zewnętrznym i zmierzyć początkową temperaturę wody T 1.

5. Wyjmij korpus testowy z wrzącej wody, szybko przenieś go do kalorymetru, wyznaczając T 2 - początkową temperaturę ciała, równą temperaturze wrzącej wody.

6. Mieszając ciecz w kalorymetrze, odczekać, aż temperatura przestanie rosnąć: zmierzyć temperaturę końcową (stała) Q.

7. Wyjmij bryłę z kalorymetru, osusz ją bibułą filtracyjną i ważąc na wadze, określ jej masę m 3 .

8. Wyniki wszystkich pomiarów i obliczeń wpisz do tabeli. Wykonuj obliczenia z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.

9. Utwórz równanie bilansu cieplnego i znajdź z niego ciepło właściwe substancji Z.

10. Na podstawie wyników uzyskanych we wniosku określić substancję.

11. Oblicz błąd bezwzględny i względny otrzymanego wyniku w stosunku do wyniku tabelarycznego, korzystając ze wzorów:

;

12. Wniosek dotyczący wykonanej pracy.

TABELA WYNIKÓW POMIARÓW I OBLICZEŃ

W dzisiejszej lekcji wprowadzimy takie pojęcie fizyczne, jak ciepło właściwe substancji. Dowiadujemy się, że zależy to od właściwości chemicznych substancji, a jej wartość, którą można znaleźć w tabelach, jest różna dla różnych substancji. Następnie poznamy jednostki miary i wzór na znalezienie ciepła właściwego, a także nauczymy się analizować właściwości termiczne substancji na podstawie wartości ich ciepła właściwego.

Kalorymetr(od łac. kaloryczny- ciepło i meteor- miara) – urządzenie służące do pomiaru ilości ciepła wydzielanego lub pochłoniętego w dowolnym procesie fizycznym, chemicznym lub biologicznym. Termin „kalorymetr” zaproponowali A. Lavoisier i P. Laplace.

Kalorymetr składa się z pokrywy, szkła wewnętrznego i zewnętrznego. W konstrukcji kalorymetru bardzo ważne jest, aby pomiędzy mniejszymi i większymi naczyniami znajdowała się warstwa powietrza, która ze względu na niską przewodność cieplną zapewnia słabą wymianę ciepła pomiędzy zawartością a środowiskiem zewnętrznym. Taka konstrukcja pozwala traktować kalorymetr jako rodzaj termosu i praktycznie pozbyć się wpływu środowiska zewnętrznego na procesy wymiany ciepła wewnątrz kalorymetru.

Kalorymetr przeznaczony jest do dokładniejszych pomiarów pojemności cieplnych właściwych i innych parametrów cieplnych ciał, niż podano w tabeli.

Komentarz. Warto zaznaczyć, że takiego pojęcia jak ilość ciepła, z którego bardzo często korzystamy, nie należy mylić z energią wewnętrzną ciała. Ilość ciepła zależy właśnie od zmiany energii wewnętrznej, a nie od jej konkretnej wartości.

Należy zauważyć, że ciepło właściwe różnych substancji jest różne, co widać w tabeli (ryc. 3). Na przykład złoto ma określoną pojemność cieplną. Jak wskazaliśmy wcześniej, fizyczne znaczenie tej wartości ciepła właściwego oznacza, że ​​aby ogrzać 1 kg złota o 1°C, należy mu dostarczyć 130 J ciepła (rys. 5).

Ryż. 5. Ciepło właściwe złota

Na następnej lekcji omówimy obliczanie wartości ilości ciepła.

Listaliteratura

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / wyd. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizyka 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryszkin A.V. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizyka 8. - M.: Oświecenie.

1. Portal internetowy „vactekh-holod.ru” ()

Praca domowa

Woda to jedna z najbardziej niesamowitych substancji. Pomimo powszechnego i powszechnego stosowania, jest prawdziwą tajemnicą natury. Wydaje się, że będąc jednym ze związków tlenu, woda powinna mieć bardzo niskie właściwości, takie jak zamarzanie, ciepło parowania itp. Ale tak się nie dzieje. Pojemność cieplna samej wody jest mimo wszystko niezwykle wysoka.

Woda jest w stanie pochłonąć ogromną ilość ciepła, praktycznie się nie nagrzewając - taka jest jej cecha fizyczna. woda ma około pięć razy większą pojemność cieplną niż piasek i dziesięć razy większą niż żelazo. Dlatego woda jest naturalnym czynnikiem chłodzącym. Jego zdolność do akumulowania dużych ilości energii pozwala mu łagodzić wahania temperatury na powierzchni Ziemi i regulować reżim termiczny na całej planecie, a dzieje się to niezależnie od pory roku.

Ta wyjątkowa właściwość wody pozwala na wykorzystanie jej jako chłodziwa w przemyśle i życiu codziennym. Ponadto woda jest powszechnie dostępnym i stosunkowo tanim surowcem.

Co oznacza pojemność cieplna? Jak wiadomo z kursu termodynamiki, przenoszenie ciepła zawsze następuje z ciała gorącego do zimnego. W tym przypadku mówimy o przekazaniu określonej ilości ciepła, a temperatura obu ciał, będąc cechą charakterystyczną ich stanu, wskazuje kierunek tej wymiany. W procesie wytworzenia ciała metalowego z wodą o jednakowej masie i w tych samych temperaturach początkowych, metal zmienia swoją temperaturę kilkakrotnie bardziej niż woda.

Jeśli przyjmiemy jako postulat podstawowe twierdzenie termodynamiki – dwóch ciał (odizolowanych od siebie), podczas wymiany ciepła jedno oddaje, a drugie otrzymuje równą ilość ciepła, to staje się jasne, że metal i woda mają zupełnie inne ciepło pojemności.

Zatem pojemność cieplna wody (a także dowolnej substancji) jest wskaźnikiem charakteryzującym zdolność danej substancji do dawania (lub otrzymywania) czegoś podczas chłodzenia (ogrzewania) na jednostkę temperatury.

Ciepło właściwe substancji to ilość ciepła potrzebna do ogrzania jednostki tej substancji (1 kilograma) o 1 stopień.

Ilość ciepła oddanego lub pochłoniętego przez ciało jest równa iloczynowi ciepła właściwego, masy i różnicy temperatur. Mierzy się go w kaloriach. Jedna kaloria to dokładnie tyle ciepła, ile potrzeba do ogrzania 1 g wody o 1 stopień. Dla porównania: ciepło właściwe powietrza wynosi 0,24 cal/g ∙°C, aluminium – 0,22, żelazo – 0,11, rtęć – 0,03.

Pojemność cieplna wody nie jest stała. Gdy temperatura wzrasta od 0 do 40 stopni, nieznacznie maleje (od 1,0074 do 0,9980), podczas gdy dla wszystkich innych substancji ta cecha wzrasta podczas ogrzewania. Ponadto może się zmniejszać wraz ze wzrostem ciśnienia (na głębokości).

Jak wiadomo, woda ma trzy stany skupienia - ciekły, stały (lód) i gazowy (para). Jednocześnie ciepło właściwe lodu jest około 2 razy mniejsze niż wody. Jest to główna różnica między wodą a innymi substancjami, których ciepło właściwe nie zmienia się w stanie stałym i stopionym. Jaki jest sekret?

Faktem jest, że lód ma strukturę krystaliczną, która nie zapada się natychmiast po podgrzaniu. Woda zawiera małe cząsteczki lodu składające się z kilku cząsteczek zwanych towarzyszami. Po podgrzaniu wody część jej jest wydawana na niszczenie wiązań wodorowych w tych formacjach. To wyjaśnia niezwykle wysoką pojemność cieplną wody. Wiązania pomiędzy jego cząsteczkami ulegają całkowitemu zniszczeniu dopiero wtedy, gdy woda zamieni się w parę.

Ciepło właściwe w temperaturze 100°C prawie nie różni się od pojemności lodu w temperaturze 0°C. To po raz kolejny potwierdza słuszność tego wyjaśnienia. Pojemność cieplna pary, podobnie jak pojemność cieplna lodu, jest obecnie znacznie lepiej zbadana niż wody, co do której naukowcy nie osiągnęli jeszcze konsensusu.

W dzisiejszej lekcji wprowadzimy takie pojęcie fizyczne, jak ciepło właściwe substancji. Dowiadujemy się, że zależy to od właściwości chemicznych substancji, a jej wartość, którą można znaleźć w tabelach, jest różna dla różnych substancji. Następnie poznamy jednostki miary i wzór na znalezienie ciepła właściwego, a także nauczymy się analizować właściwości termiczne substancji na podstawie wartości ich ciepła właściwego.

Kalorymetr(od łac. kaloryczny- ciepło i meteor- miara) – urządzenie służące do pomiaru ilości ciepła wydzielanego lub pochłoniętego w dowolnym procesie fizycznym, chemicznym lub biologicznym. Termin „kalorymetr” zaproponowali A. Lavoisier i P. Laplace.

Kalorymetr składa się z pokrywy, szkła wewnętrznego i zewnętrznego. W konstrukcji kalorymetru bardzo ważne jest, aby pomiędzy mniejszymi i większymi naczyniami znajdowała się warstwa powietrza, która ze względu na niską przewodność cieplną zapewnia słabą wymianę ciepła pomiędzy zawartością a środowiskiem zewnętrznym. Taka konstrukcja pozwala traktować kalorymetr jako rodzaj termosu i praktycznie pozbyć się wpływu środowiska zewnętrznego na procesy wymiany ciepła wewnątrz kalorymetru.

Kalorymetr przeznaczony jest do dokładniejszych pomiarów pojemności cieplnych właściwych i innych parametrów cieplnych ciał, niż podano w tabeli.

Komentarz. Warto zaznaczyć, że takiego pojęcia jak ilość ciepła, z którego bardzo często korzystamy, nie należy mylić z energią wewnętrzną ciała. Ilość ciepła zależy właśnie od zmiany energii wewnętrznej, a nie od jej konkretnej wartości.

Należy zauważyć, że ciepło właściwe różnych substancji jest różne, co widać w tabeli (ryc. 3). Na przykład złoto ma określoną pojemność cieplną. Jak wskazaliśmy wcześniej, fizyczne znaczenie tej wartości ciepła właściwego oznacza, że ​​aby ogrzać 1 kg złota o 1°C, należy mu dostarczyć 130 J ciepła (rys. 5).

Ryż. 5. Ciepło właściwe złota

Na następnej lekcji omówimy obliczanie wartości ilości ciepła.

Listaliteratura

1. Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / wyd. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizyka 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryszkin A.V. Fizyka 8. - M.: Drop, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizyka 8. - M.: Oświecenie.

1. Portal internetowy „vactekh-holod.ru” ()

Praca domowa