Berapa banyak kehangatan. Kuantiti haba. Unit kuantiti haba. Haba tertentu. Pengiraan jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan atau dikeluarkan olehnya semasa penyejukan

14.10.2019

« Fizik - gred 10"

Dalam proses apakah transformasi agregat jirim berlaku?
Bagaimanakah anda boleh mengubah keadaan pengagregatan bahan?

Anda boleh menukar tenaga dalaman mana-mana badan dengan melakukan kerja, memanaskan atau, sebaliknya, menyejukkannya.
Jadi, apabila menempa logam, kerja dilakukan dan ia menjadi panas, pada masa yang sama logam boleh dipanaskan di atas api yang menyala.

Juga, jika omboh tetap (Rajah 13.5), maka isipadu gas tidak berubah apabila dipanaskan dan tiada kerja dilakukan. Tetapi suhu gas, dan oleh itu tenaga dalamannya, meningkat.

Tenaga dalaman boleh bertambah dan berkurang, jadi kuantiti haba boleh positif dan negatif.

Proses pemindahan tenaga dari satu badan ke badan yang lain tanpa melakukan kerja dipanggil pertukaran haba.

Ukuran kuantitatif perubahan tenaga dalaman semasa pemindahan haba dipanggil jumlah haba.

Gambar molekul pemindahan haba.

Semasa pertukaran haba di sempadan antara jasad, interaksi molekul jasad sejuk yang bergerak perlahan dengan molekul jasad panas yang bergerak pantas berlaku. Akibatnya, tenaga kinetik molekul disamakan dan kelajuan molekul badan sejuk meningkat, dan molekul badan panas berkurangan.

Semasa pertukaran haba, tenaga tidak ditukar daripada satu bentuk ke bentuk yang lain; sebahagian daripada tenaga dalaman badan yang lebih panas dipindahkan ke badan yang kurang panas.

Jumlah haba dan kapasiti haba.

Anda sudah tahu bahawa untuk memanaskan badan berjisim m dari suhu t 1 ke suhu t 2 adalah perlu untuk memindahkan sejumlah haba kepadanya:

Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13.5)

Apabila badan menyejuk, suhu akhirnya t 2 ternyata kurang daripada suhu awal t 1 dan jumlah haba yang dikeluarkan oleh badan adalah negatif.

Pekali c dalam formula (13.5) dipanggil muatan haba tentu bahan-bahan.

Haba tertentu- ini ialah kuantiti secara berangka sama dengan jumlah haba yang diterima atau dibebaskan oleh bahan seberat 1 kg apabila suhunya berubah sebanyak 1 K.

Muatan haba tentu gas bergantung kepada proses pemindahan haba berlaku. Jika anda memanaskan gas di tekanan berterusan, maka ia akan berkembang dan berfungsi. Untuk memanaskan gas sebanyak 1 °C pada tekanan malar, ia perlu memindahkan lebih banyak haba daripada memanaskannya pada isipadu tetap, apabila gas hanya akan menjadi panas.

Cecair dan pepejal mengembang sedikit apabila dipanaskan. Kapasiti haba tentu mereka pada isipadu malar dan tekanan malar berbeza sedikit.

Haba tentu pengewapan.

Untuk mengubah cecair menjadi wap semasa proses mendidih, sejumlah haba mesti dipindahkan kepadanya. Suhu cecair tidak berubah apabila ia mendidih. Perubahan cecair kepada wap pada suhu malar tidak membawa kepada peningkatan tenaga kinetik molekul, tetapi disertai dengan peningkatan tenaga potensi interaksi mereka. Lagipun, jarak purata antara molekul gas jauh lebih besar daripada antara molekul cecair.

Kuantiti secara berangka sama dengan jumlah haba yang diperlukan untuk menukar cecair seberat 1 kg kepada wap pada suhu malar dipanggil haba tentu pengewapan.

Proses penyejatan cecair berlaku pada sebarang suhu, manakala molekul terpantas meninggalkan cecair, dan ia menjadi sejuk semasa penyejatan. Haba tentu penyejatan adalah sama dengan haba tentu pengewapan.

Nilai ini dilambangkan dengan huruf r dan dinyatakan dalam joule per kilogram (J/kg).

Sangat besar haba tentu pengewapan air: r H20 = 2.256 10 6 J/kg pada suhu 100 °C. Untuk cecair lain, contohnya alkohol, eter, merkuri, minyak tanah, haba tentu pengewapan adalah 3-10 kali kurang daripada air.

Untuk menukar cecair berjisim m kepada wap, jumlah haba diperlukan sama dengan:

Q p = rm. (13.6)

Apabila wap mengewap, jumlah haba yang sama dibebaskan:

Q k = -rm. (13.7)

Haba tentu pelakuran.

Apabila badan kristal cair, semua haba yang dibekalkan kepadanya pergi untuk meningkatkan tenaga potensi interaksi antara molekul. Tenaga kinetik molekul tidak berubah, kerana lebur berlaku pada suhu malar.

Nilai berangka yang sama dengan jumlah haba yang diperlukan untuk mengubah bahan kristal seberat 1 kg pada takat lebur kepada cecair dipanggil haba tentu pelakuran dan dilambangkan dengan huruf λ.

Apabila bahan seberat 1 kg menghablur, jumlah haba yang dibebaskan sama seperti yang diserap semasa lebur.

Haba tentu peleburan ais agak tinggi: 3.34 10 5 J/kg.

"Jika ais tidak mempunyai haba gabungan yang tinggi, maka pada musim bunga seluruh jisim ais perlu cair dalam beberapa minit atau saat, kerana haba terus dipindahkan ke ais dari udara. Akibat daripada ini akan menjadi teruk; Lagipun, dalam keadaan sekarang, banjir besar dan aliran air yang kuat timbul apabila jisim besar ais atau salji mencair.” R. Hitam, abad XVIII.

Untuk mencairkan jasad kristal berjisim m, jumlah haba diperlukan sama dengan:

Qpl = λm. (13.8)

Jumlah haba yang dibebaskan semasa penghabluran badan adalah sama dengan:

Q cr = -λm (13.9)

Persamaan keseimbangan haba.

Mari kita pertimbangkan pertukaran haba dalam sistem yang terdiri daripada beberapa jasad yang pada mulanya mempunyai suhu yang berbeza, contohnya, pertukaran haba antara air dalam bekas dan bola besi panas yang diturunkan ke dalam air. Mengikut undang-undang pemuliharaan tenaga, jumlah haba yang dikeluarkan oleh satu jasad secara berangka sama dengan jumlah haba yang diterima oleh yang lain.

Jumlah haba yang diberikan dianggap negatif, jumlah haba yang diterima dianggap positif. Oleh itu, jumlah haba Q1 + Q2 = 0.

Jika pertukaran haba berlaku antara beberapa jasad dalam sistem terpencil, maka

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)

Persamaan (13.10) dipanggil persamaan imbangan haba.

Di sini Q 1 Q 2, Q 3 ialah jumlah haba yang diterima atau dikeluarkan oleh jasad. Jumlah haba ini dinyatakan dengan formula (13.5) atau formula (13.6)-(13.9), jika pelbagai perubahan fasa bahan (pencairan, penghabluran, pengewapan, pemeluwapan) berlaku semasa proses pertukaran haba.

(atau pemindahan haba).

Muatan haba tentu bahan.

Kapasiti haba- ini ialah jumlah haba yang diserap oleh badan apabila dipanaskan sebanyak 1 darjah.

Kapasiti haba badan ditunjukkan oleh modal huruf latin DENGAN.

Apakah kapasiti haba badan bergantung kepada? Pertama sekali, dari jisimnya. Adalah jelas bahawa pemanasan, sebagai contoh, 1 kilogram air akan memerlukan lebih banyak haba daripada pemanasan 200 gram.

Bagaimana pula dengan jenis bahan? Jom buat eksperimen. Mari kita ambil dua bekas yang sama dan, setelah menuangkan air seberat 400 g ke dalam salah satu daripadanya, dan minyak sayuran seberat 400 g ke dalam yang lain, kita akan mula memanaskannya menggunakan pembakar yang sama. Dengan memerhatikan bacaan termometer, kita akan melihat bahawa minyak itu cepat panas. Untuk memanaskan air dan minyak pada suhu yang sama, air mesti dipanaskan lebih lama. Tetapi semakin lama kita memanaskan air, semakin banyak haba yang diterima daripada penunu.

Oleh itu, untuk memanaskan jisim yang sama bahan yang berbeza kepada suhu yang sama diperlukan kuantiti yang berbeza kemesraan. Jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan dan, oleh itu, kapasiti habanya bergantung pada jenis bahan yang badan itu terdiri.

Jadi, sebagai contoh, untuk meningkatkan suhu air seberat 1 kg sebanyak 1°C, sejumlah haba bersamaan dengan 4200 J diperlukan, dan untuk memanaskan jisim yang sama sebanyak 1°C. minyak bunga matahari jumlah haba yang diperlukan ialah 1700 J.

Kuantiti fizik yang menunjukkan berapa banyak haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 kg bahan sebanyak 1 ºС dipanggil muatan haba tentu daripada bahan ini.

Setiap bahan mempunyai muatan haba tentu sendiri, yang dilambangkan dengan huruf Latin c dan diukur dalam joule per kilogram darjah (J/(kg °C)).

Haba tertentu bahan yang sama dalam keadaan pengagregatan yang berbeza (pepejal, cecair dan gas) adalah berbeza. Sebagai contoh, muatan haba tentu air ialah 4200 J/(kg °C), dan muatan haba tentu ais ialah 2100 J/(kg °C); aluminium dalam keadaan pepejal mempunyai kapasiti haba tentu 920 J/(kg - °C), dan dalam keadaan cecair - 1080 J/(kg - °C).

Perhatikan bahawa air mempunyai kapasiti haba tentu yang sangat tinggi. Oleh itu, air di laut dan lautan, memanas pada musim panas, menyerap dari udara sejumlah besar haba. Terima kasih kepada ini, di tempat-tempat yang terletak berhampiran badan air yang besar, musim panas tidak sepanas di tempat-tempat yang jauh dari air.

Pengiraan jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan atau dikeluarkan olehnya semasa penyejukan.

Daripada perkara di atas adalah jelas bahawa jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan bergantung pada jenis bahan yang terdiri daripada badan (iaitu, kapasiti haba spesifiknya) dan pada jisim badan. Ia juga jelas bahawa jumlah haba bergantung pada berapa darjah kita akan meningkatkan suhu badan.

Jadi, untuk menentukan jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan atau dibebaskan olehnya semasa penyejukan, anda perlu mendarabkan kapasiti haba tentu badan dengan jisimnya dan dengan perbezaan antara suhu akhir dan awalnya:

Q = cm (t 2 - t 1 ) ,

di mana Q- kuantiti haba, c- muatan haba tentu, m- berat badan , t 1 - suhu awal, t 2 - suhu akhir.

Apabila badan menjadi panas t 2 > t 1 dan oleh itu Q > 0 . Apabila badan menjadi sejuk t 2i< t 1 dan oleh itu Q< 0 .

Jika kapasiti haba seluruh badan diketahui DENGAN, Q ditentukan oleh formula:

Q = C (t 2 - t 1 ) .

Apa yang akan lebih cepat panas di atas dapur - cerek atau baldi air? Jawapannya jelas - teko. Kemudian soalan kedua ialah mengapa?

Jawapannya tidak kurang jelas - kerana jisim air dalam cerek adalah kurang. Hebat. Dan kini anda boleh melakukan perkara sebenar sendiri pengalaman fizikal di rumah. Untuk melakukan ini, anda memerlukan dua periuk kecil yang sama, jumlah air yang sama dan minyak sayuran, sebagai contoh, setengah liter dan dapur. Letakkan periuk dengan minyak dan air pada api yang sama. Sekarang lihat sahaja apa yang akan menjadi lebih cepat panas. Jika anda mempunyai termometer untuk cecair, anda boleh menggunakannya; jika tidak, anda hanya boleh menguji suhu dengan jari anda dari semasa ke semasa, cuma berhati-hati agar tidak melecur. Walau apa pun, anda tidak lama lagi akan melihat bahawa minyak panas dengan ketara lebih cepat daripada air. Dan satu lagi soalan, yang juga boleh dilaksanakan dalam bentuk pengalaman. Yang akan mendidih lebih cepat - air suam atau sejuk? Segala-galanya jelas sekali lagi - yang hangat akan menjadi yang pertama di garisan penamat. Mengapa semua soalan dan eksperimen aneh ini? Untuk menentukan kuantiti fizikal, dipanggil "jumlah haba".

Kuantiti haba

Jumlah haba ialah tenaga yang hilang atau diperolehi oleh badan semasa pemindahan haba. Ini jelas dari namanya. Apabila menyejukkan, badan akan kehilangan sejumlah haba, dan apabila dipanaskan, ia akan menyerap. Dan jawapan kepada soalan kami menunjukkan kepada kami Apakah jumlah haba bergantung kepada? Pertama, lebih banyak berat badan, lebih banyak haba mesti dibelanjakan untuk menukar suhunya sebanyak satu darjah. Kedua, jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan bergantung kepada bahan yang mengandunginya, iaitu, pada jenis bahan. Dan ketiga, perbezaan suhu badan sebelum dan selepas pemindahan haba juga penting untuk pengiraan kita. Berdasarkan perkara di atas, kita boleh tentukan jumlah haba menggunakan formula:

Q=cm(t_2-t_1) ,

di mana Q ialah jumlah haba,
m - berat badan,
(t_2-t_1) - perbezaan antara suhu badan awal dan akhir,
c ialah muatan haba tentu bahan, didapati daripada jadual yang sepadan.

Menggunakan formula ini, anda boleh mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan mana-mana badan atau yang akan dikeluarkan oleh badan ini apabila menyejukkan.

Jumlah haba diukur dalam joule (1 J), seperti mana-mana jenis tenaga. Walau bagaimanapun, nilai ini diperkenalkan tidak lama dahulu, dan orang ramai mula mengukur jumlah haba lebih awal. Dan mereka menggunakan unit yang digunakan secara meluas pada zaman kita - kalori (1 kal). 1 kalori ialah jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan 1 gram air sebanyak 1 darjah Celsius. Berpandukan data ini, mereka yang suka mengira kalori dalam makanan yang mereka makan boleh, hanya untuk suka-suka, mengira berapa liter air boleh direbus dengan tenaga yang mereka ambil dengan makanan pada siang hari.

Apa yang akan lebih cepat panas di atas dapur - cerek atau baldi air? Jawapannya jelas - teko. Kemudian soalan kedua ialah mengapa?

Jawapannya tidak kurang jelas - kerana jisim air dalam cerek adalah kurang. Hebat. Dan kini anda boleh melakukan pengalaman fizikal sebenar sendiri di rumah. Untuk melakukan ini, anda memerlukan dua periuk kecil yang sama, jumlah air dan minyak sayuran yang sama, contohnya, setengah liter setiap satu dan dapur. Letakkan periuk dengan minyak dan air pada api yang sama. Sekarang lihat sahaja apa yang akan menjadi lebih cepat panas. Jika anda mempunyai termometer untuk cecair, anda boleh menggunakannya; jika tidak, anda hanya boleh menguji suhu dengan jari anda dari semasa ke semasa, cuma berhati-hati agar tidak melecur. Walau apa pun, anda tidak lama lagi akan melihat bahawa minyak panas lebih cepat daripada air. Dan satu lagi soalan, yang juga boleh dilaksanakan dalam bentuk pengalaman. Apa yang akan mendidih lebih cepat - air suam atau sejuk? Segala-galanya jelas sekali lagi - yang hangat akan menjadi yang pertama di garisan penamat. Mengapa semua soalan dan eksperimen aneh ini? Untuk menentukan kuantiti fizik yang dipanggil "jumlah haba".

Kuantiti haba

Jumlah haba ialah tenaga yang hilang atau diperolehi oleh badan semasa pemindahan haba. Ini jelas dari namanya. Apabila menyejukkan, badan akan kehilangan sejumlah haba, dan apabila dipanaskan, ia akan menyerap. Dan jawapan kepada soalan kami menunjukkan kepada kami Apakah jumlah haba bergantung kepada? Pertama, lebih besar jisim badan, lebih besar jumlah haba yang mesti dibelanjakan untuk mengubah suhunya sebanyak satu darjah. Kedua, jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan badan bergantung kepada bahan yang mengandunginya, iaitu, pada jenis bahan. Dan ketiga, perbezaan suhu badan sebelum dan selepas pemindahan haba juga penting untuk pengiraan kita. Berdasarkan perkara di atas, kita boleh tentukan jumlah haba menggunakan formula:

di mana Q ialah jumlah haba,
m - berat badan,
(t_2-t_1) - perbezaan antara suhu badan awal dan akhir,
c ialah muatan haba tentu bahan, didapati daripada jadual yang sepadan.

Menggunakan formula ini, anda boleh mengira jumlah haba yang diperlukan untuk memanaskan mana-mana badan atau yang akan dikeluarkan oleh badan ini apabila menyejukkan.

Tenaga dalaman sistem termodinamik boleh diubah dalam dua cara:

melakukan lebih kerja sistem,
menggunakan interaksi terma.

Pemindahan haba ke badan tidak dikaitkan dengan prestasi kerja makroskopik pada badan. DALAM dalam kes ini Perubahan dalam tenaga dalaman disebabkan oleh fakta bahawa molekul individu badan dengan suhu yang lebih tinggi berfungsi pada beberapa molekul badan yang mempunyai suhu yang lebih rendah. Dalam kes ini, interaksi terma direalisasikan kerana kekonduksian terma. Pemindahan tenaga juga boleh dilakukan menggunakan sinaran. Sistem proses mikroskopik (tidak berkaitan dengan seluruh badan, tetapi dengan molekul individu) dipanggil pemindahan haba. Jumlah tenaga yang dipindahkan dari satu jasad ke jasad lain akibat pemindahan haba ditentukan oleh jumlah haba yang dipindahkan dari satu jasad ke jasad yang lain.

Definisi

kehangatan ialah tenaga yang diterima (atau diserahkan) oleh jasad dalam proses pertukaran haba dengan jasad sekeliling (persekitaran). Simbol untuk haba biasanya huruf Q.

Ini adalah salah satu kuantiti asas dalam termodinamik. Haba termasuk dalam ungkapan matematik hukum pertama dan kedua termodinamik. Haba dikatakan tenaga dalam bentuk gerakan molekul.

Haba boleh dipindahkan ke sistem (badan), atau ia boleh diambil daripadanya. Adalah dipercayai bahawa jika haba dipindahkan ke sistem, maka ia adalah positif.

Formula untuk mengira haba apabila suhu berubah

Kami menyatakan jumlah asas haba sebagai . Mari kita ambil perhatian bahawa unsur haba yang diterima sistem (memberi) dengan perubahan kecil dalam keadaannya bukanlah pembezaan yang lengkap. Sebabnya ialah haba adalah fungsi proses mengubah keadaan sistem.

Jumlah asas haba yang diberikan kepada sistem, dan suhu berubah dari T kepada T+dT, adalah sama dengan:

di mana C ialah kapasiti haba badan. Jika badan yang dimaksudkan adalah homogen, maka rumus (1) untuk jumlah haba boleh diwakili sebagai:

di mana muatan haba tentu badan, m ialah jisim badan, ialah muatan haba molar, - jisim molar bahan, ialah bilangan mol bahan.

Jika badan adalah homogen, dan kapasiti haba dianggap bebas daripada suhu, maka jumlah haba () yang diterima oleh badan apabila suhunya meningkat dengan jumlah boleh dikira sebagai:

di mana t 2, t 1 suhu badan sebelum dan selepas pemanasan. Sila ambil perhatian bahawa apabila mencari perbezaan () dalam pengiraan, suhu boleh digantikan dalam darjah Celsius dan dalam kelvin.

Formula untuk jumlah haba semasa peralihan fasa

Peralihan dari satu fasa bahan ke yang lain disertai dengan penyerapan atau pelepasan sejumlah haba, yang dipanggil haba peralihan fasa.

Jadi, untuk memindahkan unsur jirim daripada keadaan pepejal kepada cecair, ia harus diberi jumlah haba () sama dengan:

di mana adalah haba tentu pelakuran, dm ialah unsur jisim badan. Perlu diambil kira bahawa badan mesti mempunyai suhu yang sama dengan takat lebur bahan berkenaan. Semasa penghabluran, haba dibebaskan sama dengan (4).

Jumlah haba (haba penyejatan) yang diperlukan untuk menukar cecair kepada wap boleh didapati sebagai:

di mana r ialah haba tentu penyejatan. Apabila wap terpeluwap, haba dibebaskan. Haba penyejatan adalah sama dengan haba pemeluwapan jisim bahan yang sama.

Unit untuk mengukur jumlah haba

Unit asas ukuran untuk jumlah haba dalam sistem SI ialah: [Q]=J

Unit sistem tambahan haba, yang sering dijumpai dalam pengiraan teknikal. [Q]=kal (kalori). 1 kal=4.1868 J.

Contoh penyelesaian masalah

Contoh

Senaman. Apakah isipadu air yang perlu dibancuh untuk mendapatkan 200 liter air pada suhu t = 40C, jika suhu satu jisim air ialah t 1 = 10 C, suhu jisim kedua air ialah t 2 = 60 C ?

Penyelesaian. Mari kita tulis persamaan imbangan haba dalam bentuk:

di mana Q=cmt ialah jumlah haba yang disediakan selepas mencampurkan air; Q 1 = cm 1 t 1 - jumlah haba bahagian air dengan suhu t 1 dan jisim m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - jumlah haba bahagian air dengan suhu t 2 dan jisim m 2.

Daripada persamaan (1.1) ia berikut:

Apabila menggabungkan bahagian air sejuk (V 1) dan panas (V 2) menjadi satu isipadu (V), kita boleh mengandaikan bahawa:

Jadi, kita mendapat sistem persamaan: