Яка кількість теплоти. Поняття про кількість теплоти

Теплоємність- Це кількість теплоти, що поглинається тілом при нагріванні на 1 градус.

Теплоємність тіла позначається великою латинською літерою З.

Від чого залежить теплоємність тіла? Насамперед, від його маси. Зрозуміло, що для нагрівання, наприклад, 1 кілограм води потрібно більше тепла, ніж для нагрівання 200 грамів.

А від роду речовини? Зробимо досвід. Візьмемо дві однакові судини і, наливши в одну з них воду масою 400 г, а в іншій - рослинна оліямасою 400 г, почнемо їх нагрівати за допомогою однакових пальників. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що олія нагрівається швидке. Щоб нагріти воду та олію до однієї і тієї ж температури, воду слід нагрівати довше. Але що довше ми нагріваємо воду, то більша кількістьтеплоти вона отримує від пальника.

Таким чином, для нагрівання однієї і тієї ж маси різних речовин до однакової температури потрібна різна кількість теплоти. Кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла і, отже, його теплоємність залежить від роду речовини, з якого складається це тіло.

Так, наприклад, щоб збільшити на 1°С температуру води масою 1 кг, потрібна кількість теплоти, що дорівнює 4200 Дж, а для нагрівання на 1°С такої ж маси олії необхідна кількість теплоти, що дорівнює 1700 Дж.

Фізична величина, Що показує, скільки теплоти потрібно для нагрівання 1 кг речовини на 1 ºС, називається питомою теплоємністюцієї речовини.

У кожної речовини своя питома теплоємність, яка позначається латинською літерою с і вимірюється в джоулях на кілограм-градус (Дж/(кг · ° С)).

Питома теплоємність однієї й тієї ж речовини в різних агрегатних станах (твердому, рідкому та газоподібному) різна. Наприклад, питома теплоємність води дорівнює 4200 Дж/(кг · ºС), а питома теплоємність льоду 2100 Дж/(кг · °С); алюміній у твердому стані має питому теплоємність, що дорівнює 920 Дж/(кг - °С), а в рідкому - 1080 Дж/(кг - °С).

Зауважимо, що вода має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях та океанах, нагріваючись улітку, поглинає з повітря велику кількість тепла. Завдяки цьому в тих місцях, які розташовані поблизу великих водойм, літо не буває таким спекотним, як у місцях віддалених від води.

Розрахунок кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла або виділеного ним при охолодженні.

З вищевикладеного ясно, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якого складається тіло (тобто його питомої теплоємності), і зажадав від маси тіла. Зрозуміло також, що кількість теплоти залежить від того, скільки градусів ми збираємося збільшити температуру тіла.

Отже, щоб визначити кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні, потрібно питому теплоємність тіла помножити на його масу і на різницю між кінцевою і початковою температурами:

Q= cm (t 2 -t 1),

де Q- кількість теплоти, c- питома теплоємність, m- маса тіла, t 1- Початкова температура, t 2- Кінцева температура.

При нагріванні тіла t 2> t 1і, отже, Q >0 . При охолодженні тіла t 2і< t 1і, отже, Q< 0 .

Якщо відома теплоємність всього тіла З, Qвизначається за формулою: Q = C (t 2 - t 1).

22) Плавання: визначення, розрахунок кількості теплоти на плавлення чи затвердіння, питома теплота плавлення, графік залежності t 0 (Q).

Термодинаміка

Розділ молекулярної фізики, що вивчає передачу енергії, закономірності перетворення одних видів енергії на інші. На відміну від молекулярно-кінетичної теорії, у термодинаміці не враховується внутрішня будоваречовин та мікропараметри.

Термодинамічна система

Це сукупність тіл, які обмінюються енергією (у формі роботи або теплоти) один з одним або з довкіллям. Наприклад, вода в чайнику остигає, відбувається обмін теплотою води з чайником та чайника з навколишнім середовищем. Циліндр з газом під поршнем: поршень виконує роботу, внаслідок чого газ отримує енергію, і змінюються його макропараметри.

Кількість теплоти

Це енергія, що отримує або віддає система в процесі теплообміну. Позначається символом Q, вимірюється, як і будь-яка енергія, в Джоулях.

Внаслідок різних процесів теплообміну енергія, що передається, визначається по-своєму.

Нагрівання та охолодження

Цей процес характеризується зміною температури системи. Кількість теплоти визначається за формулою

Питома теплоємність речовини звимірюється кількістю теплоти, яка необхідна для нагрівання одиниці масицієї речовини на 1К. Для нагрівання 1 кг скла або 1 кг води потрібна різна кількість енергії. Питома теплоємність - відома, вже обчислена всім речовин величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Теплоємність речовини С- це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла без урахування його маси на 1К.

Плавлення та кристалізація

Плавлення - перехід речовини з твердого стану рідке. Зворотний перехід називається кристалізацією.

Енергія, що витрачається на руйнування кристалічних ґратречовини, що визначається за формулою

Питома теплота плавлення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Пароутворення (випар або кипіння) та конденсація

Пароутворення - це перехід речовини з рідкого (твердого) стану газоподібне. Зворотний процес називається конденсацією.

Питома теплота пароутворення відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Горіння

Кількість теплоти, що виділяється при згорянні речовини

Питома теплота згоряння відома кожної речовини величина, значення дивитися у фізичних таблицях.

Для замкнутої та адіабатично ізольованої системи тіл виконується рівняння теплового балансу. Алгебраїчна сума кількостей теплоти, відданих та отриманих усіма тілами, що беруть участь у теплообміні, дорівнює нулю:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Будова рідин. Поверхневий шар. Сила поверхневого натягу: приклади прояву, розрахунок, коефіцієнт поверхневого натягу.

Іноді будь-яка молекула може переміститися у сусіднє вакантне місце. Такі перескоки у рідинах відбуваються досить часто; тому молекули не прив'язані до певних центрів, як у кристалах, і можуть переміщатися по всьому об'єму рідини. Цим пояснюється плинність рідин. Через сильну взаємодію між близько розташованими молекулами вони можуть утворювати локальні (нестійкі) упорядковані групи, що містять декілька молекул. Це явище називається ближнім порядком(Рис. 3.5.1).

Коефіцієнт β називають температурним коефіцієнтом об'ємного розширення . Цей коефіцієнт у рідин у десятки разів більший, ніж у твердих тіл. У води, наприклад, при температурі 20 °С ? - 1 .

Теплове розширення води має цікаву та важливу для життя на Землі аномалію. За температури нижче 4 °С вода розширюється при зниженні температури (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

При замерзанні вода розширюється, тому лід залишається плавати на поверхні замерзаючої водойми. Температура води, що замерзає, під льодом дорівнює 0 °С. У більш щільних шарах води біля дна водоймища температура виявляється близько 4 °С. Завдяки цьому життя може існувати у воді водойм, що замерзають.

Найбільш цікавою особливістюрідин є наявність вільної поверхні . Рідина, на відміну від газів, не заповнює весь обсяг посудини, в яку вона налита. Між рідиною та газом (або парою) утворюється межа розділу, яка знаходиться в особливих умовахСлід мати на увазі, що внаслідок вкрай низької стисливості наявність більш щільно упакованого поверхневого шару не призводить до скільки-небудь помітної зміни об'єму рідини. Якщо молекула переміститься з поверхні всередину рідини, сили міжмолекулярної взаємодії здійснять позитивну роботу. Навпаки, щоб витягнути деяку кількість молекул із глибини рідини на поверхню (тобто збільшити площу поверхні рідини), зовнішні сили повинні здійснити позитивну роботу Δ Aзовніш, пропорційну зміні Δ Sплощі поверхні:

Із механіки відомо, що рівноважним станам системи відповідає мінімальне значення її потенційної енергії. Звідси випливає, що вільна поверхня рідини прагне скоротити свою площу. З цієї причини вільна крапля рідини набуває кулястої форми. Рідина поводиться так, ніби по дотичній до її поверхні діють сили, що скорочують (стягують) цю поверхню. Ці сили називаються силами поверхневого натягу .

Наявність сил поверхневого натягу робить поверхню рідини схожою на пружну розтягнуту плівку, з тією різницею, що пружні сили в плівці залежать від площі її поверхні (тобто від того, як плівка деформована), а сили поверхневого натягу не залежатьвід площі поверхні рідини.

Деякі рідини, як, наприклад, мильна вода, мають здатність утворювати тонкі плівки. Всім добре відомі мильні бульбашки мають правильну сферичну форму - у цьому також проявляється дія сил поверхневого натягу. Якщо мильний розчин опустити дротяну рамку, одна зі сторін якої рухома, то вся вона затягнеться плівкою рідини (рис. 3.5.3).

Сили поверхневого натягу прагнуть скоротити поверхню плівки. Для рівноваги рухомої сторони рамки до неї потрібно докласти зовнішню силу. Якщо під дією сили поперечина переміститься на Δ x, то буде проведена робота Δ Aвн = Fвн Δ x = Δ E p = σΔ S, де Δ S = 2LΔ x- Збільшення площі поверхні обох сторін мильної плівки. Оскільки модулі сил і однакові, можна записати:

Таким чином, коефіцієнт поверхневого натягу σ може бути визначений як модуль сили поверхневого натягу, що діє на одиницю довжини лінії, що обмежує поверхню.

Через дію сил поверхневого натягу в краплях рідини та всередині мильних бульбашок виникає надлишковий тиск Δ p. Якщо подумки розрізати сферичну краплю радіусу Rна дві половинки, кожна з них повинна перебувати в рівновазі під дією сил поверхневого натягу, прикладених до межі розрізу довжиною 2π Rі сил надлишкового тиску, що діють на площу R 2 перерізи (рис. 3.5.4). Умова рівноваги записується як

Якщо ці сили більші за сили взаємодії між молекулами самої рідини, то рідина змочуєПоверхня твердого тіла. У цьому випадку рідина підходить до поверхні твердого тіла під деяким гострим кутомθ, характерним для цієї пари рідина – тверде тіло. Кут θ називається крайовим кутом . Якщо сили взаємодії між молекулами рідини перевершують сили їхньої взаємодії з молекулами твердого тіла, то крайовий кут θ виявляється тупим (рис. 3.5.5). У цьому випадку кажуть, що рідина не змочуєПоверхня твердого тіла. При повному змочуванніθ = 0, при повному незмочуванніθ = 180 °.

Капілярними явищаминазивають підйом чи опускання рідини в трубках малого діаметра – капілярах. Змочують рідини піднімаються по капілярах, незмочують - опускаються.

На рис. 3.5.6 зображено капілярну трубку деякого радіусу r, опущена нижнім кінцем у змочуючу рідину щільності ρ. Верхній кінець капіляра відкрито. Підйом рідини в капілярі триває до тих пір, поки сила тяжіння, що діє на стовп рідини в капілярі, не стане рівною по модулю результуючої. Fн сил поверхневого натягу, що діють уздовж межі зіткнення рідини з поверхнею капіляра: Fт = Fн, де Fт = mg = ρ hπ r 2 g, Fн = σ2π r cos θ.

Звідси випливає:

При повному незмочуванні θ = 180 °, cos θ = -1 і, отже, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Вода майже повністю змочує чисту поверхню скла. Навпаки, ртуть не змочує скляну поверхню. Тому рівень ртуті у скляному капілярі опускається нижче рівня судини.

24) Пароутворення: визначення, види (випаровування, кипіння), розрахунок кількості теплоти на пароутворення та конденсацію, питома теплота пароутворення.

Випаровування та конденсація. Пояснення явища випаровування на основі уявлень про молекулярну будову речовини. Питома теплота пароутворення. Її одиниці.

Явище перетворення рідини на пару називається пароутворенням.

Випаровування -процес пароутворення, що відбувається з відкритої поверхні.

Молекули рідини рухаються із різними швидкостями. Якщо якась молекула опиниться біля поверхні рідини, вона може подолати тяжіння сусідніх молекул і вилетіти з рідини. молекули, Що Вилетіли, утворюють пару. У молекул рідини, що залишилися, при зіткненні змінюються швидкості. Деякі молекули при цьому набувають швидкості, достатньої для того, щоб вилетіти з рідини. Цей процес продовжується, тому рідини випаровуються повільно.

*Швидкість випаровування залежить від роду рідини. Швидше випаровуються ті рідини, у яких молекул притягуються з меншою силою.

*Випар може відбуватися за будь-якої температури. Але при високих температурах випаровування відбувається швидше .

*Швидкість випаровування залежить від площі її поверхні.

*При вітрі (потоку повітря) випаровування відбувається швидше.

При випаровуванні внутрішня енергія зменшується, т.к. при випаровуванні рідина залишають швидкі молекули, отже, середня швидкість інших молекул зменшується. Значить, якщо немає припливу енергії ззовні, то температура рідини зменшується.

Явище перетворення пари на рідину називається конденсацією. Вона супроводжується виділенням енергії.

Конденсацією пари пояснюється утворення хмар. Пари води, що піднімаються над землею, утворюють у верхніх холодних шарах повітря хмари, які складаються з найдрібніших крапель води.

Питома теплота пароутворення - Фіз. величина, що показує яку кількість теплоти необхідно, щоб звернути рідину масою 1 кг у пару без зміни температури.

Уд. теплоту пароутворення позначають буквою L і вимірюється Дж/кг

Уд. теплоту пароутворення води: L=2,3×10 6 Дж/кг, спирт L=0,9×10 6

Кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару: Q = Lm

Навчальна мета: Ввести поняття кількості теплоти та питомої теплоємності.

Розвиваюча мета: Виховувати уважність; вчити думати, робити висновки.

1. Актуалізація теми

2. Пояснення нового матеріалу. 50 хв.

Вам уже відомо, що внутрішня енергія тіла може змінюватися як шляхом виконання роботи, так і теплопередачі (без виконання роботи).

Енергія, яку отримує або втрачає тіло під час теплопередачі, називають кількістю теплоти. (Запис у зошит)

Значить і одиниці виміру кількості теплоти теж Джоулі ( Дж).

Проводимо досвід: дві склянки в одному 300 г води, а в іншому 150 г і залізний циліндр масою 150 г. Обидві склянки ставляться на одну і ту ж плитку. Через деякий час термометри покажуть, що вода в посудині, де знаходиться тіло, нагрівається швидше.

Це означає, що для нагрівання 150 г залізо потрібна менше теплоти, ніж для нагрівання 150 г води.

Кількість теплоти, передана тілу, залежить від роду речовини, з якої виготовлено тіло. (Запис у зошит)

Пропонуємо питання: чи однакова кількість теплоти потрібна для нагрівання до однієї і тієї ж температури тіл рівної маси, але які складаються з різних речовин?

Проводимо досвід із приладом Тіндаля щодо визначення питомої теплоємності.

Робимо висновок: тіла з різних речовин, але однакової маси, віддають при охолодженні і вимагають при нагріванні на те саме число градусів різну кількість теплоти.

Робимо висновки:

1. Для нагрівання до однієї і тієї ж температури тіл рівної маси, що складаються з різних речовин, потрібна різна кількість теплоти.

2.Тіла рівної маси, що складаються з різних речовин і нагріті до однакової температури. При охолодженні на те саме число градусів віддають різну кількість теплоти.

Робимо висновок, що кількість теплоти, необхідне нагрівання на один градус одиниці мас різних речовин, буде різним.

Даємо визначення питомої теплоємності.

Фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти, яку необхідно передати тілу масою 1 кг для того, щоб його температура змінилася на 1 градус, називається питомою теплоємністю речовини.

Вводимо одиницю виміру питомої теплоємності: 1Дж/кг*градус.

Фізичний зміст терміна : питома теплоємність показує, яку величину змінюється внутрішня енергія 1г (кг.) речовини при нагріванні чи охолодженні його за 1 градус.

Розглядаємо таблицю питомих теплоємностей деяких речовин.

Вирішуємо завдання аналітичним шляхом

Яка кількість теплоти потрібна, щоб нагріти склянку води (200 г) від 20 0 до 70 0 С.

Для нагрівання 1 г на 1 г. Потрібно - 4,2 Дж.

А для нагрівання 200 р. на 1 р. потрібно в 200 більше - 200 * 4,2 Дж.

А для нагрівання 200 г. на (70 0 -20 0) потрібно ще в (70-20) більше - 200 * (70-20) * 4,2 Дж

Підставляючи дані, отримаємо Q = 200*50*4,2 Дж = 42000 Дж.

Запишемо отриману формулу через відповідні величини

4. Від чого залежить кількість теплоти, одержана тілом при нагріванні?

Звертаємо увагу, що кількість теплоти, необхідна для нагрівання будь-якого тіла, пропорційна масі тіла і зміні його температури.

Є два циліндри однакової маси: залізний та латунний. Чи однакову кількість теплоти необхідно, щоб нагріти їх на одне і те ж число градусів? Чому?

Яку кількість теплоти необхідно, щоб нагріти 250 г води від 20 о до 60 0 С.

Який зв'язок між калорією та джоулем?

Калорія – це кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 г води на 1 градус.

1 кал = 4.19 = 4.2 Дж

1ккал = 1000кал

1ккал = 4190Дж = 4200Дж

3. Розв'язання задач. 28 хв.

Якщо прогріті в окропі циліндри зі свинцю, олова і стали масою 1 кг поставити на лід, то вони охолонуть, і частина льоду під ними розтане. Як зміниться внутрішня енергія циліндрів? Під яким із циліндрів розтане більше льоду, під яким – менше?

Нагрітий камінь масою 5 кг. Охолоджуючись у воді на 1 градус, передає їй 2,1 кДж енергії. Чому дорівнює питома теплоємність каменю

При загартуванні зубила його спочатку нагріли до 650 0 , потім опустили в олію, де вона стигнула до 50 0 С. Яка при цьому виділилася кількість теплоти, якщо маса 500 гр.

Яка кількість теплоти пішла на нагрівання від 200 до 12200С. сталевої заготовки для колінчастого валу компресора масою 35 кг.

Самостійна робота

Який вид теплопередачі?

Учні заповнюють таблицю.

1. Повітря у кімнаті нагрівається через стіни.
2. Через відкрите вікнодо якого входить тепле повітря.
3. Через скло, що пропускає промені сонця.
4. Земля нагрівається променями сонця.
5. Рідина нагрівається на плиті.
6. Сталева ложка нагрівається від чаю.
7. Повітря нагрівається від свічки.
8. Газ рухається біля тепловиділяючих деталей машини.
9. Нагрівання стовбура кулемета.
10. Кипіння молока.

5. Домашнє завдання: Перишкін А.В. "Фізика 8" § §7, 8; Збірник завдань 7-8 Лукашик В.І. №№778-780, 792,793 2 хв.

>>Фізика: Кількість теплоти

Змінити внутрішню енергію газу в циліндрі можна, не тільки виконуючи роботу, а й нагріваючи газ.
Якщо закріпити поршень ( рис.13.5), то обсяг газу при нагріванні не змінюється і робота не відбувається. Але температура газу, а отже, та його внутрішня енергія зростають.

Процес передачі енергії від одного тіла до іншого без виконання роботи називають теплообміномабо теплопередачею.
Кількісний захід зміни внутрішньої енергії при теплообміні називають кількістю теплоти. Кількість теплоти називають також енергію, яку тіло віддає в процесі теплообміну.
Молекулярна картина теплообміну
При теплообміні немає перетворення енергії з однієї форми на іншу, частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному тілу.
Кількість теплоти та теплоємність.Вам уже відомо, що для нагрівання тіла масою mвід температури t 1до температури t 2необхідно передати йому кількість теплоти:

При охолодженні тіла його кінцева температура t 2виявляється менше початкової температури t 1і кількість теплоти, що віддається тілом, є негативною.
Коефіцієнт cу формулі (13.5) називають питомою теплоємністюречовини. Питома теплоємність - це величина, чисельно рівна кількості теплоти, яка отримує або віддає речовину масою 1 кг за зміни її температури на 1 К.
Питома теплоємність залежить тільки від властивостей речовини, а й від цього, у якому процесі здійснюється теплопередача. Якщо нагрівати газ при постійному тиску, то він розширюватиметься і виконуватиме роботу. Для нагрівання газу на 1°С при постійному тиску йому потрібно передати більше теплоти, ніж для нагрівання його при постійному обсязі, коли газ тільки нагріватиметься.
Рідкі та тверді тіла розширюються при нагріванні незначно. Їхні питомі теплоємності при постійному обсязі та постійному тиску мало різняться.
Питома теплота пароутворення.Для перетворення рідини на пару в процесі кипіння необхідна передача їй певної кількості теплоти. Температура рідини під час кипіння не змінюється. Перетворення рідини на пару при постійній температурі не веде до збільшення кінетичної енергії молекул, але супроводжується збільшенням потенційної енергії їхньої взаємодії. Адже середня відстань між молекулами газу набагато більша, ніж між молекулами рідини.
Величину, чисельно рівну кількості теплоти, необхідної для перетворення при постійній температурі рідини масою 1 кг на пару, називають питомою теплотою пароутворення. Цю величину позначають буквою rі виражають у джоулях на кілограм (Дж/кг).
Дуже велика питома теплота пароутворення води: r H2O=2,256 10 6 Дж/кг за температури 100°С. В інших рідин, наприклад, у спирту, ефіру, ртуті, гасу, питома теплота пароутворення менше в 3-10 разів, ніж у води.
Для перетворення рідини масою mв пар потрібно кількість теплоти, що дорівнює:

При конденсації пари відбувається виділення такої кількості теплоти:

Питома теплота плавлення.При плавленні кристалічного тіла вся теплота, що підводиться до нього, йде на збільшення потенційної енергії молекул. Кінетична енергія молекул не змінюється, тому що плавлення відбувається за постійної температури.
Величину, чисельно рівну кількості теплоти, необхідного для перетворення кристалічної речовини масою 1 кг при температурі плавлення в рідину, називають питомою теплотою плавлення.
При кристалізації речовини масою 1 кг виділяється така сама кількість теплоти, яке поглинається при плавленні.
Питома теплота плавлення льоду досить велика: 3,34 10 5 Дж/кг. «Якби лід не володів великою теплотою плавлення, - писав Р. Блек ще в XVIII ст., - то тоді навесні вся маса льоду мала б розтанути в кілька хвилин або секунд, так як теплота безперервно передається льоду з повітря. Наслідки цього були б жахливі; адже і за існуючого стану виникають великі повені і сильні потоки води при таненні великих мас льоду чи снігу».
Для того, щоб розплавити кристалічне тіло масою m, необхідна кількість теплоти, що дорівнює:

Кількість теплоти, що виділяється при кристалізації тіла, дорівнює:

Внутрішня енергія тіла змінюється при нагріванні та охолодженні, при пароутворенні та конденсації, при плавленні та кристалізації. У всіх випадках тілу передається або від нього забирається деяка кількість теплоти.

???
1. Що називають кількістю теплоти?
2. Від чого залежить питома теплоємність речовини?
3. Що називають питомою теплотою пароутворення?
4. Що називають питомою теплотою плавлення?
5. У яких випадках кількість теплоти є позитивною величиною, а в яких випадках негативною?

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотський, Фізика 10 клас

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний планна рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до цього уроку,

У цьому уроці ми навчимося розраховувати кількість теплоти, необхідну для нагрівання тіла або виділене ним при охолодженні. Для цього ми узагальнимо ті знання, які були отримані на попередніх уроках.

Крім того, ми навчимося за допомогою формули для кількості теплоти виражати інші величини цієї формули і розраховувати їх, знаючи інші величини. Також буде розглянуто приклад задачі із рішенням на обчислення кількості теплоти.

Цей урок присвячений обчисленню кількості теплоти при нагріванні тіла або виділеного ним при охолодженні.

Вміння обчислювати необхідна кількістьтеплоти є дуже важливим. Це може знадобитися, наприклад, при обчисленні кількості теплоти, яку потрібно повідомити воді для обігріву приміщення.

Рис. 1. Кількість теплоти, яку необхідно повідомити воді для обігріву приміщення

Або для обчислення кількості теплоти, що виділяється при спалюванні палива у різних двигунах:

Рис. 2. Кількість теплоти, що виділяється при спалюванні палива у двигуні

Також ці знання потрібні, наприклад, щоб визначити кількість теплоти, що виділяється Сонцем та потрапляє на Землю:

Рис. 3. Кількість теплоти, що виділяється Сонцем і потрапляє на Землю

Для обчислення кількості теплоти необхідно знати три речі (рис. 4):

• масу тіла (яку, як правило, можна виміряти за допомогою ваг);
• різницю температур, яку необхідно нагріти тіло чи охолодити його (зазвичай вимірюється з допомогою термометра);
• питому теплоємність тіла (яку можна визначити за таблицею).

Рис. 4. Що потрібно знати для визначення

Формула, за якою обчислюється кількість теплоти, виглядає так:

У цій формулі фігурують такі величини:

Кількість теплоти, що вимірюється в джоулях (Дж);

Питома теплоємність речовини, що вимірюється в ;

- різниця температур, що вимірюється в градусах Цельсія ().

Розглянемо завдання обчислення кількості теплоти.

Завдання

У мідній склянці масою грам знаходиться вода об'ємом літра при температурі. Яку кількість теплоти необхідно передати склянці з водою, щоб її температура дорівнювала ?

Рис. 5. Ілюстрація умови завдання

Спочатку запишемо коротку умову ( Дано) і переведемо всі величини до системи інтернаціонал (СІ).

Дано:	СІ
Знайти:

Рішення:

Спочатку визнач, які ще величини будуть потрібні нам для вирішення цього завдання. По таблиці питомої теплоємності (табл. 1) знаходимо (питома теплоємність міді, оскільки за умовою склянка мідна), (питома теплоємність води, оскільки за умовою у склянці знаходиться вода). Крім того, знаємо, що для обчислення кількості теплоти нам знадобиться маса води. За умовою нам дано лише обсяг. Тому з таблиці візьмемо густину води: (табл. 2).

Табл. 1. Питома теплоємність деяких речовин,

Табл. 2. Щільності деяких рідин

Тепер у нас є все необхідне для вирішення цього завдання.

Зауважимо, що підсумкова кількість теплоти буде складатися із суми кількості теплоти, необхідної для нагрівання мідної склянки та кількості теплоти, необхідної для нагрівання води в ньому:

Розрахуємо спочатку кількість теплоти, необхідну для нагрівання мідної склянки:

Перш ніж обчислити кількість теплоти, необхідну для нагрівання води, розрахуємо масу води за формулою, яка добре знайома нам з 7 класу:

Тепер можемо обчислити:

Тоді можемо обчислити:

Нагадаємо, що означає: кілоджоулі. Приставка «кіло» означає , тобто .

Відповідь:.

Для зручності розв'язання задач на перебування кількості теплоти (так звані прямі завдання) і пов'язаних з цим поняттям величин можна скористатися наступною таблицею.

Шукана величина	Позначення	Одиниці виміру	Основна формула	Формула для величини
Кількість теплоти

Завдання 81.
Обчисліть кількість теплоти, яка виділиться при відновленні Fe 2 O 3 металевим алюмінієм, якщо отримано 335,1 р заліза. Відповідь: 2543,1 кДж.
Рішення:
Рівняння реакції:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 кДж

Обчислення кількості теплоти, що виділяється при отриманні 335,1 г заліза, виробляємо з пропорції:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : х; х = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 кДж,

де 55,85 атомна маса заліза.

Відповідь: 2543,1 кДж.

Тепловий ефект реакції

Завдання 82.
Газоподібний етиловий спиртС2Н5ОН можна отримати при взаємодії етилену З 2 Н 4 (г) та водяної пари. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисливши її тепловий ефект. Відповідь: -45,76 кДж.
Рішення:
Рівняння реакції має вигляд:

З 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С2Н 5 ВІН (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. Враховуючи, що теплоти освіти простих речовинумовно прийняті рівними нулю. Розрахуємо тепловий ефект реакції, використовуючи слідство із закону Гесса, отримаємо:

= (З 2 Н 5 ВІН) - [(С 2 Н 4) + (Н 2 О)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 кДж

Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполуквказуються їх агрегатні стани або кристалічна модифікація, а також числове значення теплових ефектів називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не обумовлено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи. Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г- газоподібне, ж- Рідке, до

Якщо результаті реакції виділяється теплота, то< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

З 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = З 2 Н 5 ВІН (г); = - 45,76 кДж.

Відповідь:- 45,76 кДж.

Завдання 83.
Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення оксиду заліза (II) воднем виходячи з наступних термохімічних рівнянь:

а) ЕеО (к) + СО (г) = Fe (к) + СО 2 (г); = -13,18 кДж;
б) СО (г) + 1/2O 2 (г) = СО 2 (г); = -283,0 кДж;
в) Н2(г) + 1/2O2(г) = Н2O(г); = -241,83 кДж.
Відповідь: +27,99 кДж.

Рішення:
Рівняння реакції відновлення оксиду заліза (II) воднем має вигляд:

ЕеО (к) + Н 2 (г) = Fe (к) + Н 2 О (г); =?

= (Н2О) – [(FeO)

Теплота утворення води визначається рівнянням

Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 O (г); = -241,83 кДж,

а теплоту утворення оксиду заліза (II) можна обчислити, якщо від рівняння (б) відняти рівняння (а).

=(в) - (б) - (а) = -241,83 - [-283,o - (-13,18)] = +27,99 кДж.

Відповідь:+27,99 кДж.

Завдання 84.
При взаємодії газоподібних сірководню та діоксиду вуглецю утворюються пари води та сірковуглець СS 2 (г) . Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисліть її тепловий ефект. Відповідь: +65,43 кДж.
Рішення:
г- газоподібне, ж- Рідке, до- Кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний станречовин очевидно, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

2H 2 S(г) + CO 2 (г) = 2Н 2 Про (г) + СS 2 (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (Н 2 Про) +(СS 2) – [(Н 2 S) + (СO 2)];
= 2 (-241,83) + 115,28 - = +65,43 кДж.

2H 2 S(г) + CO 2 (г) = 2Н 2 Про (г) + СS 2 (г); = +65,43 кДж.

Відповідь:+65,43 кДж.

Термохімічне рівняння реакції

Завдання 85.
Напишіть термохімічне рівняння реакції між СО(г) та воднем, у результаті якої утворюються СН4(г) та Н2О(г). Скільки теплоти виділиться при цій реакції, якщо було отримано 67,2 л метану у перерахунку нормальні умови? Відповідь: 618,48 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не зазначено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи. Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г- газоподібне, ж- дещо, до- Кристальний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

СО (г) + 3Н 2 (г) = СН 4 (г) + Н 2 О (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (Н 2 О) + (СН 4) - (СO)];
= (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) = -206,16 кДж.

Термохімічне рівняння матиме вигляд:

22,4 : -206,16 = 67,2 : х; х = 67,2 (-206,16) / 22? 4 = -618,48 кДж; Q = 618,48 кДж.

Відповідь: 618,48 кДж.

Теплота освіти

Завдання 86.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті освіти. Обчисліть теплоту освіти NO, виходячи з наступних термохімічних рівнянь:
а) 4NH 3 (г) + 5О 2 (г) = 4NO (г) + 6Н 2 O (ж); = -1168,80 кДж;
б) 4NH 3 (г) + 3О 2 (г) = 2N 2 (г) + 6Н 2 O (ж); = -1530,28 кДж
Відповідь: 90,37 кДж.
Рішення:
Стандартна теплота освіти дорівнює теплоті реакції утворення 1 моль цієї речовини з простих речовин за стандартних умов (Т = 298 К; р = 1,0325. 105 Па). Утворення NO з простих речовин можна так:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NO

Дана реакція (а), у якій утворюється 4 моль NO і дана реакція (б), у якій утворюється 2 моль N2. В обох реакціях бере участь кисень. Отже, для визначення стандартної теплоти освіти NO складемо наступний цикл Гесса, тобто потрібно вирахувати рівняння (а) з рівняння (б):

Отже, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = 90,37 кДж.

Відповідь: 618,48 кДж.

Завдання 87.
Кристалічний хлорид амонію утворюється при взаємодії газоподібних аміаку та хлороводню. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисливши її тепловий ефект. Скільки теплоти виділиться, якщо реакції було витрачено 10 л аміаку в перерахунку на нормальні умови? Відповідь: 78,97 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не зазначено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи. Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийняті такі дещо, до- Кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

NH 3 (г) + НCl (г) = NH 4 Cl (к). ; =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 кДж.

Термохімічне рівняння матиме вигляд:

Теплоту, що виділилася при реакції 10 л аміаку за цією реакцією, визначимо з пропорції:

22,4 : -176,85 = 10 : х; х = 10 (-176,85) / 22,4 = -78,97 кДж; Q = 78,97 кДж.

Відповідь: 78,97 кДж.