730. لماذا يستخدم الماء في تبريد بعض الآليات؟
الماء عظيم حرارة نوعية، مما يساهم في تبديد الحرارة بشكل جيد من الآلية.
731. في أي حالة يجب إنفاق المزيد من الطاقة: لتسخين لتر واحد من الماء بمقدار 1 درجة مئوية أو لتسخين مائة جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية؟
لتسخين لتر من الماء ، كلما زادت الكتلة ، زادت الحاجة إلى إنفاق المزيد من الطاقة.
732. تم غمس شوكات Cupronickel والفضة من نفس الكتلة في الماء الساخن. هل يتلقون نفس القدر من الحرارة من الماء؟
ستتلقى شوكة الكوبرونيكل مزيدًا من الحرارة ، لأن الحرارة النوعية للكوبرونيكل أكبر من حرارة الفضة.
733. ضربت قطعة من الرصاص وقطعة من الحديد الزهر من نفس الكتلة ثلاث مرات بمطرقة ثقيلة. أي جزء أصبح أكثر سخونة؟
سوف يسخن الرصاص أكثر لأن سعته الحرارية المحددة أقل من الحديد الزهر ، وهناك حاجة إلى طاقة أقل لتسخين الرصاص.
734- قارورة واحدة تحتوي على ماء ، والأخرى تحتوي على كيروسين من نفس الكتلة ودرجة الحرارة. تم إلقاء مكعب حديدي ساخن بالتساوي في كل دورق. ما سوف الاحماء الى المزيد درجة حرارة عالية- ماء أم كيروسين؟
الكيروسين.
735. لماذا تقل حدة تقلبات درجات الحرارة في الشتاء والصيف في المدن الواقعة على شاطئ البحر عنها في المدن الواقعة في الداخل؟
يسخن الماء ويبرد ببطء أكثر من الهواء. في الشتاء ، يبرد وينقل الكتل الهوائية الدافئة على الأرض ، مما يجعل المناخ على الساحل أكثر دفئًا.
736. حرارة نوعيةالألومنيوم 920 جول / كجم درجة مئوية. ماذا يعني هذا؟
هذا يعني أن تسخين 1 كجم من الألومنيوم بمقدار 1 درجة مئوية يتطلب 920 J.
737. يتم تبريد قضبان الألمنيوم والنحاس التي لها نفس الكتلة البالغة 1 كجم بمقدار 1 درجة مئوية. كم سيتغير الطاقة الداخليةكل شريط؟ أي شريط سيتغير أكثر وإلى أي مدى؟
738. ما هي كمية الحرارة اللازمة لتسخين قالب من الحديد بمقدار 45 درجة مئوية؟
739. ما مقدار الحرارة المطلوبة لتسخين 0.25 كجم من الماء من 30 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية؟
740. كيف ستتغير الطاقة الداخلية لترين من الماء عند تسخينها بمقدار 5 درجات مئوية؟
741. ما هي كمية الحرارة اللازمة لتسخين 5 جرام من الماء من 20 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية؟
742. ما هي كمية الحرارة اللازمة لتسخين كرة ألمنيوم وزنها 0.03 كجم في 72 درجة مئوية؟
743. احسب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 15 كجم من النحاس بمقدار 80 درجة مئوية.
744. احسب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 5 كجم من النحاس من 10 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية.
745. ما هي كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 0.2 كجم من الماء من 15 درجة مئوية إلى 20 درجة مئوية؟
746. تم تبريد الماء الذي يبلغ وزنه 0.3 كجم بمقدار 20 درجة مئوية. بكم تنخفض الطاقة الداخلية للماء؟
747. ما هي كمية الحرارة اللازمة لتسخين 0.4 كجم من الماء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية إلى 30 درجة مئوية؟
748. ما مقدار الحرارة التي يتم إنفاقها عند تسخين 2.5 كجم من الماء بمقدار 20 درجة مئوية؟
749. ما مقدار الحرارة التي تم إطلاقها عند تبريد 250 جرام من الماء من 90 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية؟
750. ما هي كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 0.015 لتر من الماء بمقدار 1 درجة مئوية؟
751. احسب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين بركة بحجم 300 م 3 بمقدار 10 درجات مئوية؟
752. ما مقدار الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من الماء لرفع درجة حرارتها من 30 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية؟
753 - تم تبريد الماء الذي يبلغ حجمه 10 لترات من درجة حرارة 100 درجة مئوية إلى درجة حرارة 40 درجة مئوية. ما مقدار الحرارة المنبعثة في هذه الحالة؟
754- احسب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 1 م 3 من الرمل بمقدار 60 درجة مئوية.
755. حجم الهواء 60 م 3 ، السعة الحرارية النوعية 1000 جول / كجم درجة مئوية ، كثافة الهواء 1.29 كجم / م 3. ما مقدار الحرارة اللازمة لرفعها إلى 22 درجة مئوية؟
756. تم تسخين الماء بمقدار 10 درجات مئوية ، وإنفاق 4.20103 جول من الحرارة. حدد كمية الماء.
757. أبلغت المياه التي تزن 0.5 كجم عن حرارة تبلغ 20.95 كيلوجول. كم كانت درجة حرارة الماء إذا كانت درجة حرارة الماء الأولية 20 درجة مئوية؟
758. يُسكب 8 كجم من الماء عند 10 درجات مئوية في قدر نحاسي يزن 2.5 كجم. ما مقدار الحرارة اللازمة لغلي الماء في قدر؟
759. ليتر من الماء عند درجة حرارة 15 درجة مئوية يُسكب في مغرفة نحاسية وزنها 300 جرام ، ما مقدار الحرارة اللازمة لتسخين الماء في المغرفة بمقدار 85 درجة مئوية؟
760- قطعة من الجرانيت المسخن تزن 3 كجم موضوعة في الماء. ينقل الجرانيت 12.6 كيلو جول من الحرارة إلى الماء ، ويبرد بمقدار 10 درجات مئوية. ما هي السعة الحرارية النوعية للحجر؟
761. تمت إضافة ماء ساخن عند 50 درجة مئوية إلى 5 كجم من الماء عند 12 درجة مئوية ، للحصول على خليط بدرجة حرارة 30 درجة مئوية. كم تمت إضافة الماء؟
762. تمت إضافة الماء عند 20 درجة مئوية إلى 3 لترات من الماء عند 60 درجة مئوية للحصول على ماء عند 40 درجة مئوية. كم تمت إضافة الماء؟
763. ما هي درجة حرارة الخليط إذا تم خلط 600 جرام من الماء عند 80 درجة مئوية مع 200 جرام من الماء عند 20 درجة مئوية؟
764- تم صب لتر من الماء عند 90 درجة مئوية في ماء عند 10 درجات مئوية ، وأصبحت درجة حرارة الماء 60 درجة مئوية. كم كان ماء بارد?
765. تحديد كمية الماء الساخن المسخن إلى 60 درجة مئوية التي يجب سكبها في وعاء إذا كان الوعاء يحتوي بالفعل على 20 لترًا من الماء البارد عند درجة حرارة 15 درجة مئوية ؛ يجب أن تكون درجة حرارة الخليط 40 درجة مئوية.
766- حدد مقدار الحرارة المطلوبة لتسخين 425 جم من الماء بمقدار 20 درجة مئوية.
767. كم درجة سيسخن 5 كجم من الماء إذا تلقى الماء 167.2 كيلو جول؟
768. ما مقدار الحرارة المطلوبة لتسخين م جرام من الماء عند درجة حرارة t1 إلى درجة حرارة t2؟
769. يُسكب 2 كجم من الماء في جهاز قياس السعرات الحرارية عند درجة حرارة 15 درجة مئوية. إلى أي درجة حرارة سوف يسخن ماء المسعر إذا تم خفض وزن من النحاس الأصفر 500 جرام مسخن إلى 100 درجة مئوية؟ السعة الحرارية النوعية للنحاس 0.37 كيلو جول / (كجم درجة مئوية).
770- توجد قطع من النحاس والقصدير والألمنيوم من نفس الحجم. أي من هذه القطع يحتوي على أكبر سعة وأيها أصغر سعة حرارية؟
771. تم سكب 450 جم من الماء ، درجة حرارته 20 درجة مئوية ، في المسعر. عندما تم غمر 200 جرام من برادة الحديد المسخنة إلى 100 درجة مئوية في هذا الماء ، أصبحت درجة حرارة الماء 24 درجة مئوية. تحديد السعة الحرارية النوعية لنشارة الخشب.
772. مسعر نحاسي يزن 100 جرام يحتوي على 738 جرام ماء ودرجة حرارته 15 درجة مئوية. تم إنزال 200 جرام من النحاس في هذا المسعر عند درجة حرارة 100 درجة مئوية ، وبعد ذلك ارتفعت درجة حرارة المسعر إلى 17 درجة مئوية. ما هي السعة الحرارية المحددة للنحاس؟
773- تُخرج كرة فولاذية وزنها 10 جرام من الفرن وتُنزل في الماء عند درجة حرارة 10 درجات مئوية. ارتفعت درجة حرارة الماء إلى 25 درجة مئوية. كم كانت درجة حرارة الكرة في الفرن إذا كانت كتلة الماء 50 جم؟ السعة الحرارية النوعية للصلب هي 0.5 كيلو جول / (كجم درجة مئوية).
777. يُسكب 50 جرامًا من الماء عند 19 درجة مئوية في ماء يزن 150 جرامًا عند درجة حرارة 35 درجة مئوية. ما هي درجة حرارة الخليط؟
778. صُب ماء بوزن 5 كجم عند 90 درجة مئوية في غلاية من الحديد الزهر تزن 2 كجم عند درجة حرارة 10 درجات مئوية. كم كانت درجة حرارة الماء؟
779. تم تسخين إزميل فولاذي وزنه 2 كجم إلى درجة حرارة 800 درجة مئوية ثم تم إنزاله في وعاء يحتوي على 15 لترًا من الماء عند درجة حرارة 10 درجات مئوية. إلى أي درجة حرارة سيتم تسخين الماء في الوعاء؟
(إشارة. لحل هذه المشكلة ، من الضروري إنشاء معادلة يتم فيها أخذ درجة الحرارة المرغوبة للماء في الوعاء بعد خفض القاطع على أنها غير معروفة.)
780. ما درجة حرارة الماء التي ستحصل عليها إذا قمت بخلط 0.02 كجم من الماء عند درجة حرارة 15 درجة مئوية ، و 0.03 كجم من الماء عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ، و 0.01 كجم من الماء عند درجة حرارة 60 درجة مئوية؟
781. يتطلب تسخين فئة جيدة التهوية كمية حرارة تبلغ 4.19 ميغا جول في الساعة. يدخل الماء إلى مشعات التسخين عند 80 درجة مئوية ويخرج عند 72 درجة مئوية. ما هي كمية الماء التي يجب أن تزود المشعات كل ساعة؟
782 - غُمر الرصاص بوزن 0.1 كجم عند درجة حرارة 100 درجة مئوية في مسعر ألومنيوم وزنه 0.04 كجم يحتوي على 0.24 كجم من الماء عند درجة حرارة 15 درجة مئوية. بعد ذلك ، تم تحديد درجة حرارة 16 درجة مئوية في المسعر. ما هي السعة الحرارية المحددة للرصاص؟
عندما نناقش طرق تدفئة المنزل ، وخيارات الحد من تسرب الحرارة ، يجب أن نفهم ماهية الحرارة ، والوحدات التي يتم قياسها ، وكيف تنتقل وكيف تضيع. ستوفر هذه الصفحة المعلومات الأساسية من مسار الفيزياء اللازمة للنظر في جميع القضايا المذكورة أعلاه.
الحرارة هي إحدى طرق نقل الطاقة
تسمى الطاقة التي يتلقاها الجسم أو يفقدها في عملية التبادل الحراري مع البيئة كمية الحرارة أو ببساطة الحرارة.
بالمعنى الدقيق للكلمة ، تعتبر الحرارة إحدى طرق نقل الطاقة ، وكمية الطاقة المنقولة إلى النظام فقط لها معنى فيزيائي ، ولكن يتم تضمين كلمة "حرارة" في مثل هذه المفاهيم العلمية الراسخة مثل التدفق الحراري ، السعة الحرارية ، حرارة انتقال الطور ، حرارة التفاعل الكيميائي ، التوصيل الحراري ، إلخ. لذلك ، عندما يكون استخدام هذه الكلمات غير مضلل ، فإن مفاهيم "الحرارة" و "كمية الحرارة" مترادفتان. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام هذه المصطلحات إلا إذا تم تقديمها تعريف دقيق، ولا يمكن بأي حال من الأحوال أن تُعزى "كمية الحرارة" إلى عدد من المفاهيم الأولية التي لا تتطلب تعريفًا. لتجنب الأخطاء ، يجب فهم مفهوم "الحرارة" على وجه التحديد على أنه طريقة نقل الطاقة ، وكمية الطاقة المنقولة بهذه الطريقة يُشار إليها بمفهوم "كمية الحرارة". يوصى بتجنب مصطلح "الطاقة الحرارية".
الحرارة هي الجزء الحركي من الطاقة الداخلية للمادة ، ويتم تحديده من خلال الحركة الفوضوية الشديدة للجزيئات والذرات التي تتكون منها هذه المادة. درجة الحرارة هي مقياس لشدة الحركة الجزيئية. تعتمد كمية الحرارة التي يمتلكها الجسم عند درجة حرارة معينة على كتلته ؛ على سبيل المثال ، عند نفس درجة الحرارة ، يتم احتواء قدر أكبر من الحرارة في كوب ماء كبير مقارنة بكوب صغير ، وفي دلو من الماء البارد يمكن أن يكون أكثر من كوب ماء ساخن (على الرغم من درجة حرارة الماء في الدلو أقل).
الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة ولذلك يجب قياسها بوحدات الطاقة. في النظام الدوليوحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الجول (J). يُسمح أيضًا باستخدام وحدة خارج النظام لمقدار الحرارة - السعرات الحرارية: السعرات الحرارية الدولية هي 4.1868 ج.
نقل الحرارة ونقل الحرارة
نقل الحرارة هو عملية نقل الحرارة داخل الجسم أو من جسم إلى آخر بسبب الاختلافات في درجات الحرارة. تعتمد شدة انتقال الحرارة على خصائص المادة واختلاف درجة الحرارة وتطيع قوانين الطبيعة الموضوعة تجريبياً. لإنشاء أنظمة تدفئة أو تبريد فعالة ، ومحركات مختلفة ، ومحطات توليد الطاقة ، وأنظمة عزل حراري ، تحتاج إلى معرفة مبادئ نقل الحرارة. في بعض الحالات ، يكون نقل الحرارة غير مرغوب فيه (العزل الحراري لأفران الصهر ، سفن الفضاءإلخ) ، بينما في حالات أخرى يجب أن تكون كبيرة قدر الإمكان (غلايات البخار ، المبادلات الحرارية ، أدوات المطبخ). هناك ثلاثة أنواع رئيسية من نقل الحرارة: التوصيل ، والحمل الحراري ، ونقل الحرارة بالإشعاع.
توصيل حراري
إذا كان هناك اختلاف في درجة الحرارة داخل الجسم ، فإن الطاقة الحرارية تنتقل من الجزء الأكثر سخونة إلى الجزء الأكثر برودة. يسمى هذا النوع من نقل الحرارة ، بسبب الحركات الحرارية وتصادم الجزيئات ، بالتوصيل الحراري. تقدر الموصلية الحرارية للقضيب بالقيمة تدفق الحرارة، والتي تعتمد على معامل التوصيل الحراري ، ومنطقة المقطع العرضي التي تنتقل الحرارة من خلالها وتدرج درجة الحرارة (نسبة فرق درجة الحرارة في نهايات القضيب إلى المسافة بينهما). وحدة التدفق الحراري هي واط.
التوصيل الحراري لبعض المواد والمواد
المواد والمواد الموصلية الحرارية ، W / (م ^ 2 * كلفن)
المعادن
الألومنيوم ___________________205
البرونز _____________________105
تنجستن ___________________159
حديد ___________________________________67
نحاس _______________________389
نيكل ______________________58
يؤدي ______________________35
زنك _______________________113
مواد اخرى
الأسبستوس _______________________ 0.08
الخرسانة ________________________ 0.59.0000
الهواء _______________________ 0.024
العيد أسفل (سائب) ______ 0.008
خشب (جوز) ________________ 0.209.00
نشارة الخشب _______________________ 0.059
مطاط (إسفنجي) ____________ 0.038.0000
زجاج _______________________ 0.75
الحمل
الحمل الحراري هو انتقال الحرارة بسبب حركة كتل الهواء أو السائل. عندما يتم تطبيق الحرارة على سائل أو غاز ، تزداد شدة حركة الجزيئات ، ونتيجة لذلك ، يزداد الضغط. إذا لم يكن حجم السائل أو الغاز محدودًا ، فسيتمددان ؛ تصبح الكثافة المحلية للسائل (الغاز) أقل ، وبسبب قوى الطفو (أرخميدس) ، يتحرك الجزء الساخن من الوسط لأعلى (وهذا هو سبب ارتفاع الهواء الدافئ في الغرفة من البطاريات إلى السقف). في الحالات البسيطة لتدفق السوائل عبر أنبوب أو تدفق حول سطح مستو ، يمكن حساب معامل انتقال الحرارة بالحمل نظريًا. ومع ذلك ، لم يكن من الممكن حتى الآن إيجاد حل تحليلي لمشكلة الحمل الحراري لتدفق مضطرب لوسط.
الإشعاع الحراري
النوع الثالث من نقل الحرارة - نقل الحرارة بالإشعاع - يختلف عن التوصيل الحراري والحمل الحراري في تلك الحرارة في هذه الحالة يمكن نقلها من خلال الفراغ. تشابهه مع طرق نقل الحرارة الأخرى هو أنه يرجع أيضًا إلى اختلاف درجة الحرارة. الإشعاع الحراري هو أحد أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي.
الشمس باعث قوي للطاقة الحرارية. يسخن الأرض حتى على مسافة 150 مليون كيلومتر. تبلغ كثافة الإشعاع الشمسي حوالي 1.37 واط / م 2.
يتناسب معدل انتقال الحرارة بالتوصيل والحمل الحراري مع درجة الحرارة ، ويتناسب التدفق الحراري المشع مع القوة الرابعة لدرجة الحرارة.
السعة الحرارية
المواد المختلفة لها قدرة مختلفة على تخزين الحرارة ؛ يعتمد ذلك على تركيبها الجزيئي وكثافتها. كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة وحدة كتلة من مادة بمقدار درجة واحدة (1 درجة مئوية أو 1 كلفن) تسمى السعة الحرارية النوعية لها. يتم قياس السعة الحرارية بـ J / (kg K).
عادة ما يميز السعة الحرارية عند حجم ثابت ( السيرة الذاتية) والسعة الحرارية عند ضغط متواصل (ج ص) ، إذا ظل حجم الجسم أو الضغط ثابتًا أثناء عملية التسخين ، على التوالي. على سبيل المثال ، لتسخين غرام واحد من الهواء في بالون بمقدار 1 كلفن ، يلزم مزيد من الحرارة بدلاً من تسخينه بنفس الطريقة في وعاء مغلق بجدران صلبة ، حيث يتم إنفاق جزء من الطاقة المنقولة إلى البالون على توسيع الهواء ، وليس على تسخينه. عند تسخينها بضغط ثابت ، يذهب جزء من الحرارة إلى إنتاج عمل تمدد الجسم ، وجزء آخر - لزيادة طاقته الداخلية ، بينما عند تسخينه بحجم ثابت ، يتم إنفاق كل الحرارة على زيادة الطاقة الداخلية ؛ ونتيجة لهذا سجل تجاريدائما أكثر من السيرة الذاتية. بالنسبة للسوائل والمواد الصلبة ، الفرق بين سجل تجاريو السيرة الذاتيةصغير نسبيًا.
الآلات الحرارية
المحركات الحرارية هي الأجهزة التي تحول الحرارة إلى عمل مفيد. ومن أمثلة هذه الآلات الضواغط والتوربينات والبخار والبنزين والمحركات النفاثة. من أشهر المحركات الحرارية التوربينات البخارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية الحديثة. يظهر رسم تخطيطي مبسط لمحطة الطاقة هذه في الشكل 1.
أرز. 1. رسم تخطيطي مبسط لمحطة طاقة توربينية بخارية تعمل بالوقود الأحفوري.
يتم تحويل سائل العمل - الماء - إلى بخار شديد الحرارة في غلاية بخارية يتم تسخينها عن طريق حرق الوقود الأحفوري (الفحم أو الزيت أو الغاز الطبيعي). بخار ضغط مرتفعيقوم بتدوير عمود التوربينات البخارية ، والذي يقوم بتشغيل المولد الذي يولد الكهرباء. يتكثف بخار العادم عند تبريده بالماء الجاري الذي يمتص جزءًا من الحرارة. بعد ذلك ، يتم تغذية الماء في برج التبريد (برج التبريد) ، حيث يتم إطلاق جزء من الحرارة في الغلاف الجوي. يتم ضخ المكثف مرة أخرى إلى غلاية البخار وتتكرر الدورة بأكملها.
مثال آخر على المحرك الحراري هو ثلاجة منزلية ، يظهر الرسم التخطيطي لها في الشكل. 2.
في الثلاجات ومكيفات الهواء المنزلية ، يتم توفير الطاقة من الخارج لتوفيرها. يزيد الضاغط من درجة حرارة وضغط مادة عمل الثلاجة - الفريون أو الأمونيا أو ثاني أكسيد الكربون. يتم إدخال الغاز شديد السخونة في المكثف ، حيث يبرد ويتكثف ، مما ينتج عنه حرارة بيئة. يمر السائل الذي يخرج من فوهات المكثف عبر صمام الاختناق إلى المبخر ، ويتبخر جزء منه ، ويصاحب ذلك انخفاض حاد في درجة الحرارة. يأخذ المبخر الحرارة من حجرة الثلاجة ، مما يؤدي إلى تسخين سائل العمل في الفتحات ؛ يتم توفير هذا السائل بواسطة الضاغط للمكثف ، وتتكرر الدورة مرة أخرى.
يمكن أن تتغير الطاقة الداخلية للجسم بسبب عمل القوى الخارجية. لوصف التغيير في الطاقة الداخلية أثناء نقل الحرارة ، يتم إدخال كمية تسمى كمية الحرارة ويُشار إليها بـ Q.
في النظام الدولي ، وحدة مقدار الحرارة ، بالإضافة إلى الشغل والطاقة ، هي الجول: = = = 1 ج.
في الممارسة العملية ، في بعض الأحيان يتم استخدام وحدة خارج النظام لكمية الحرارة - السعرات الحرارية. 1 كالوري = 4.2 ج.
وتجدر الإشارة إلى أن مصطلح "كمية الحرارة" مؤسف. تم تقديمه في وقت كان يعتقد أن الجثث تحتوي على بعض السوائل عديمة الوزن والمراوغة - السعرات الحرارية. يُزعم أن عملية نقل الحرارة تتكون من حقيقة أن السعرات الحرارية ، المتدفقة من جسم إلى آخر ، تحمل معها قدرًا معينًا من الحرارة. الآن ، بمعرفة أساسيات النظرية الحركية الجزيئية لبنية المادة ، نفهم أنه لا يوجد سعرات حرارية في الأجسام ، آلية تغيير الطاقة الداخلية للجسم مختلفة. ومع ذلك ، فإن قوة التقاليد عظيمة ونستمر في استخدام المصطلح ، الذي تم تقديمه على أساس الأفكار الخاطئة حول طبيعة الحرارة. في الوقت نفسه ، وفهم طبيعة انتقال الحرارة ، لا ينبغي للمرء أن يتجاهل تمامًا المفاهيم الخاطئة حوله. على العكس من ذلك ، من خلال رسم تشابه بين تدفق الحرارة وتدفق سائل افتراضي من السعرات الحرارية ، وكمية الحرارة وكمية السعرات الحرارية ، من الممكن ، عند حل بعض فئات المشكلات ، تصور العمليات الجارية و حل المشاكل بشكل صحيح. في النهاية ، تم الحصول على المعادلات الصحيحة التي تصف عمليات نقل الحرارة في وقت واحد على أساس أفكار غير صحيحة حول السعرات الحرارية كناقل للحرارة.
دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في العمليات التي يمكن أن تحدث نتيجة لانتقال الحرارة.
صب بعض الماء في أنبوب اختبار وأغلقه بفلين. قم بتعليق أنبوب الاختبار على قضيب مثبت في حامل ثلاثي القوائم واجلب لهبًا مفتوحًا تحته. من اللهب ، يتلقى أنبوب الاختبار قدرًا معينًا من الحرارة وترتفع درجة حرارة السائل الموجود فيه. مع ارتفاع درجة الحرارة ، تزداد الطاقة الداخلية للسائل. هناك عملية مكثفة لتبخيره. تقوم الأبخرة السائلة المتوسعة بعمل ميكانيكي لدفع السدادة خارج الأنبوب.
دعونا نجري تجربة أخرى مع نموذج لمدفع مصنوع من قطعة أنبوب نحاسي مثبت على عربة. على جانب واحد ، يتم إغلاق الأنبوب بإحكام بواسطة سدادة إيبونيت ، يتم من خلالها تمرير دبوس. يتم لحام الأسلاك بالمسمار والأنبوب ، وتنتهي بأطراف يمكن تنشيطها من شبكة الإضاءة. وبالتالي فإن نموذج البندقية هو نوع من الغلايات الكهربائية.
 |
صب بعض الماء في برميل المدفع وأغلق الأنبوب بسدادة مطاطية. قم بتوصيل البندقية بمصدر طاقة. كهرباءيمر عبر الماء ويسخنه. يغلي الماء مما يؤدي إلى تبخره الشديد. يزداد ضغط بخار الماء ، وفي النهاية يقومون بعمل دفع الفلين من فوهة البندقية.
البندقية ، بسبب الارتداد ، تتدحرج في الاتجاه المعاكس لإطلاق الفلين.
كلتا التجربتين متحدتان بالظروف التالية. في عملية تسخين السائل بطرق مختلفة ، زادت درجة حرارة السائل ، وبالتالي طاقته الداخلية. لكي يغلي السائل ويتبخر بشكل مكثف ، كان من الضروري الاستمرار في تسخينه.
أدت أبخرة السائل ، بسبب طاقتها الداخلية ، إلى عمل ميكانيكي.
 |
نحن نبحث في اعتماد كمية الحرارة اللازمة لتسخين الجسم على كتلته وتغيرات درجة الحرارة ونوع المادة. لدراسة هذه التبعيات ، سوف نستخدم الماء والزيت. (لقياس درجة الحرارة في التجربة ، يتم استخدام مقياس حرارة كهربائي ، مصنوع من مزدوج حراري متصل بجلفانومتر مرآة. يتم إنزال أحد الوصلات الحرارية في وعاء به ماء بارد لضمان ثبات درجة حرارته. يقيس الوصلة الحرارية الأخرى درجة الحرارة السائل قيد الدراسة).
تتكون التجربة من ثلاث سلاسل. في السلسلة الأولى ، بالنسبة للكتلة الثابتة لسائل معين (في حالتنا ، الماء) ، تمت دراسة اعتماد كمية الحرارة المطلوبة لتسخينه على التغيرات في درجة الحرارة. سيتم الحكم على كمية الحرارة التي يتلقاها السائل من المدفأة (الموقد الكهربائي) من خلال وقت التسخين ، على افتراض وجود علاقة تناسبية مباشرة بينهما. لكي تتوافق نتيجة التجربة مع هذا الافتراض ، من الضروري ضمان التدفق المستمر للحرارة من الموقد الكهربائي إلى الجسم الساخن. للقيام بذلك ، تم توصيل الموقد الكهربائي بالشبكة مسبقًا ، بحيث تتوقف درجة حرارة سطحه عند بداية التجربة عن التغير. لمزيد من التسخين المنتظم للسائل أثناء التجربة ، سنقوم بتقليبها بمساعدة المزدوجة الحرارية نفسها. سنقوم بتسجيل قراءات مقياس الحرارة على فترات منتظمة حتى تصل بقعة الضوء إلى حافة المقياس.
لنستنتج: هناك علاقة تناسبية مباشرة بين كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم والتغير في درجة حرارته.
في السلسلة الثانية من التجارب ، سنقارن كمية الحرارة المطلوبة لتسخين نفس السوائل ذات الكتل المختلفة عندما تتغير درجة حرارتها بنفس المقدار.
لتسهيل مقارنة القيم التي تم الحصول عليها ، سيتم أخذ كتلة الماء للتجربة الثانية أقل مرتين من التجربة الأولى.
مرة أخرى ، سوف نسجل قراءات مقياس الحرارة على فترات منتظمة.
بمقارنة نتائج التجربتين الأولى والثانية ، يمكننا استخلاص الاستنتاجات التالية.
في السلسلة الثالثة من التجارب ، سنقارن كميات الحرارة المطلوبة لتسخين كتل متساوية من السوائل المختلفة عندما تتغير درجة حرارتها بنفس المقدار.
سنقوم بتسخين الزيت على موقد كهربائي ، كتلته تساوي كتلة الماء في التجربة الأولى. سنقوم بتسجيل قراءات مقياس الحرارة على فترات منتظمة.
تؤكد نتيجة التجربة الاستنتاج القائل بأن كمية الحرارة اللازمة لتسخين الجسم تتناسب طرديًا مع التغير في درجة حرارته ، كما تشير إلى اعتماد هذه الكمية من الحرارة على نوع المادة.
نظرًا لاستخدام الزيت في التجربة ، حيث تكون كثافته أقل من كثافة الماء ، وكانت هناك حاجة إلى كمية أقل من الحرارة لتسخين الزيت إلى درجة حرارة معينة مقارنة بتسخين الماء ، فيمكن افتراض أن كمية الحرارة المطلوب لتسخين الجسم يعتمد على كثافته.
لاختبار هذا الافتراض ، سنقوم في نفس الوقت بتسخين كتل متطابقة من الماء والبارافين والنحاس على سخان ذو طاقة ثابتة.
بعد نفس الوقت ، تكون درجة حرارة النحاس حوالي 10 مرات ، والبارافين أعلى بحوالي مرتين من درجة حرارة الماء.
لكن النحاس له كثافة أكبر والبارافين أقل من الماء.
تبين التجربة أن الكمية التي تميز معدل التغير في درجة حرارة المواد التي تتكون منها الأجسام المشاركة في التبادل الحراري ليست هي الكثافة. هذه الكمية تسمى السعة الحرارية النوعية للمادة ويشار إليها بالحرف ج.
 |
لمقارنة السعات الحرارية المحددة مواد مختلفةهو جهاز خاص. يتكون الجهاز من رفوف يتم فيها إرفاق صفيحة رفيعة من البارافين وقضيب مع قضبان تمر من خلاله. يتم تقوية أسطوانات الألمنيوم والفولاذ والنحاس في نهايات القضبان كتلة متساوية.
نقوم بتسخين الأسطوانات إلى نفس درجة الحرارة عن طريق غمرها في وعاء ماء قائم على موقد كهربائي ساخن. دعنا نصلح الأسطوانات الساخنة على الرفوف ونطلقها من السحابات. تلمس الأسطوانات صفيحة البارافين في نفس الوقت ، وعند ذوبان البارافين ، تبدأ في الغرق فيه. عمق غمر الاسطوانات من نفس الكتلة في صفيحة البارافين ، عندما تتغير درجة حرارتها بنفس المقدار ، يتبين أنه مختلف.
تظهر التجربة أن السعات الحرارية المحددة للألمنيوم والفولاذ والنحاس مختلفة.
بعد إجراء التجارب المقابلة مع الذوبان المواد الصلبة، تبخير السوائل ، احتراق الوقود ، نحصل على التبعيات الكمية التالية.
للحصول على وحدات بكميات محددة ، يجب التعبير عنها من الصيغ المقابلة ووحدات الحرارة - 1 J ، الكتلة - 1 كجم ، وللحرارة المحددة - ويجب استبدال 1 K في التعبيرات الناتجة.
نحصل على الوحدات: السعة الحرارية النوعية - 1 J / kg K ، والحرارة النوعية الأخرى: 1 J / kg.
هدف التعلم: تقديم مفاهيم كمية الحرارة والسعة الحرارية النوعية.
الهدف التنموي: تنمية اليقظة الذهنية. تعلم التفكير واستخلاص النتائج.
1. تحديث الموضوع
2. شرح مادة جديدة. 50 دقيقة
أنت تعلم بالفعل أن الطاقة الداخلية للجسم يمكن أن تتغير عن طريق القيام بالعمل ونقل الحرارة (دون القيام بأي عمل).
تسمى الطاقة التي يتلقاها الجسم أو يفقدها أثناء نقل الحرارة مقدار الحرارة. (إدخال دفتر الملاحظات)
هذا يعني أن وحدات قياس كمية الحرارة هي أيضًا جول ( ي).
نجري تجربة: كأسان في واحد 300 جرام من الماء ، والآخر 150 جرام ، واسطوانة حديدية وزنها 150 جرام ، وكلا الزجاجين يوضعان على نفس البلاط. بعد مرور بعض الوقت ، ستظهر موازين الحرارة أن الماء في الوعاء الذي يقع فيه الجسم يسخن بشكل أسرع.
هذا يعني أن تسخين 150 جرامًا من الحديد يتطلب حرارة أقل من تسخين 150 جرامًا من الماء.
تعتمد كمية الحرارة المنقولة إلى الجسم على نوع المادة التي يتكون منها الجسم. (إدخال دفتر الملاحظات)
نقترح السؤال: هل نفس كمية الحرارة المطلوبة لتسخين نفس درجة حرارة الأجسام ذات الكتلة المتساوية ، ولكنها تتكون من مواد مختلفة?
نجري تجربة مع جهاز Tyndall لتحديد السعة الحرارية المحددة.
نستنتج: أجسام من مواد مختلفة ، ولكن من نفس الكتلة ، تنفجر عند تبريدها وتطلبها عند تسخينها بنفس العدد من الدرجات كمية مختلفةالدفء.
نستخلص الاستنتاجات:
1. لتسخين أجسام متساوية الكتلة ، تتكون من مواد مختلفة ، بنفس درجة الحرارة ، يلزم كمية مختلفة من الحرارة.
2. أجسام متساوية الكتلة تتكون من مواد مختلفة ويتم تسخينها إلى نفس درجة الحرارة. عند تبريدها بنفس العدد من الدرجات ، فإنها تنبعث منها كمية مختلفة من الحرارة.
نتوصل إلى استنتاج مفاده أن ستكون كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة واحدة من كتلة الوحدة من مواد مختلفة مختلفة.
نعطي تعريف السعة الحرارية المحددة.
تسمى الكمية الفيزيائية ، التي تساوي عدديًا كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى جسم كتلته 1 كجم حتى تتغير درجة حرارته بمقدار درجة واحدة ، بالحرارة النوعية للمادة.
نقدم وحدة قياس السعة الحرارية النوعية: 1J / kg * درجة.
المعنى المادي للمصطلح : توضح السعة الحرارية النوعية مقدار الطاقة الداخلية البالغة 1 جم (كجم) من مادة ما تتغير عند تسخينها أو تبريدها بمقدار درجة واحدة.
ضع في اعتبارك جدول السعات الحرارية المحددة لبعض المواد.
نحن نحل المشكلة تحليليا
مقدار الحرارة المطلوبة لتسخين كوب من الماء (200 جم) من 20 0 إلى 70 0 درجة مئوية.
للتدفئة 1 غرام لكل 1 غرام مطلوب - 4.2 ج.
ولتسخين 200 غرام لكل 1 غرام ، سيستغرق الأمر 200 غرام أكثر - 200 * 4.2 ج.
ولتسخين 200 جرام بمقدار (70 0-20 0) يتطلب الأمر (70-20) أخرى أكثر - 200 * (70-20) * 4.2 جول
باستبدال البيانات ، نحصل على Q = 200 * 50 * 4.2 J = 42000 J.
نكتب الصيغة الناتجة من حيث الكميات المقابلة
4. ما الذي يحدد كمية الحرارة التي يتلقاها الجسم عند تسخينه؟
مع العلم أن كمية الحرارة المطلوبة لتسخين الجسم تتناسب مع كتلة الجسم والتغير في درجة حرارته.،
هناك أسطوانتان من نفس الكتلة: حديد ونحاس. هل نفس كمية الحرارة اللازمة لتسخينها بنفس العدد من الدرجات؟ لماذا؟
مقدار الحرارة اللازمة لتسخين 250 جرامًا من الماء من 20 درجة مئوية إلى 60 درجة مئوية.
ما العلاقة بين السعرات الحرارية والجول؟
السعرات الحرارية هي كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار درجة واحدة.
1 كالوري = 4.19 = 4.2 جول
1 كيلو كالوري = 1000 كالوري
1 كيلو كالوري = 4190 جول = 4200 جول
3. حل المشكلات. 28 دقيقة
إذا تم تسخين أسطوانات من الرصاص والقصدير والصلب في الماء المغلي بكتلة 1 كجم على الجليد ، فسوف تبرد ، وسيذوب جزء من الجليد الموجود تحتها. كيف ستتغير الطاقة الداخلية للأسطوانات؟ تحت أي من الأسطوانات سوف تذوب المزيد من الجليدتحت أي - أقل؟
حجر ساخن كتلته 5 كجم. يبرد في الماء بمقدار 1 درجة ، فإنه ينقل إليه 2.1 كيلو جول من الطاقة. ما هي السعة الحرارية النوعية للحجر
عند تصلب إزميل ، تم تسخينه أولاً إلى 650 0 ، ثم خفضه إلى الزيت ، حيث يبرد إلى 50 درجة مئوية. ما مقدار الحرارة التي تم إطلاقها إذا كانت كتلته 500 جم.
مقدار الحرارة التي تم إنفاقها على التسخين من 20 0 إلى 1220 0 درجة مئوية ، قضيب فولاذي للعمود المرفقي للضاغط يزن 35 كجم.
عمل مستقل
ما نوع انتقال الحرارة؟
يكمل الطلاب الجدول.
- يتم تسخين الهواء في الغرفة من خلال الجدران.
- خلال نافذة مفتوحةوالتي تشمل الهواء الدافئ.
- من خلال الزجاج الذي ينقل أشعة الشمس.
- يتم تسخين الأرض بأشعة الشمس.
- يتم تسخين السائل على الموقد.
- يتم تسخين الملعقة الفولاذية بواسطة الشاي.
- يتم تسخين الهواء بواسطة شمعة.
- يتحرك الغاز حول الأجزاء المنتجة للحرارة في الماكينة.
- تسخين برميل مدفع رشاش.
- حليب مغلي.
5. العمل في المنزل: Peryshkin A.V. "الفيزياء 8" §§7 ، 8 ؛ مجموعة المهام 7-8 Lukashik V.I. أرقام 778-780 ، 792.793 2 دقيقة
تم تشكيل مفهوم كمية الحرارة على المراحل الأولىتطور الفيزياء الحديثة ، عندما لم تكن هناك أفكار واضحة عنها الهيكل الداخليحول ماهية الطاقة ، وما هي أشكال الطاقة الموجودة في الطبيعة وعن الطاقة كشكل من أشكال الحركة وتحويل المادة.
كمية الحرارة الكمية الماديةما يعادل الطاقة المنقولة إلى جسم المادة في عملية التبادل الحراري.
الوحدة القديمة لمقدار الحرارة هي السعرات الحرارية ، التي تساوي 4.2 جول ، واليوم لا يتم استخدام هذه الوحدة عمليًا ، وقد حل الجول محلها.
في البداية ، كان من المفترض أن يكون ناقل الطاقة الحرارية عبارة عن وسط عديم الوزن تمامًا وله خصائص السائل. تم حل العديد من المشكلات الفيزيائية المتعلقة بنقل الحرارة ولا يزال يتم حلها بناءً على هذه الفرضية. تم أخذ وجود السعرات الحرارية الافتراضية كأساس للعديد من التركيبات الصحيحة بشكل أساسي. كان يعتقد أن السعرات الحرارية يتم إطلاقها وامتصاصها في ظواهر التسخين والتبريد والذوبان والتبلور. تم الحصول على المعادلات الصحيحة لعمليات نقل الحرارة من المفاهيم الفيزيائية غير الصحيحة. يوجد قانون معروف بموجبه تتناسب كمية الحرارة طرديًا مع كتلة الجسم المشاركة في التبادل الحراري وتدرج درجة الحرارة:
حيث Q هي مقدار الحرارة ، م هي كتلة الجسم ، والمعامل مع- كمية تسمى السعة الحرارية النوعية. السعة الحرارية النوعية هي سمة من سمات المادة المشاركة في العملية.
العمل في الديناميكا الحرارية
نتيجة العمليات الحرارية البحتة عمل ميكانيكي. على سبيل المثال ، عند تسخين الغاز ، يزيد حجمه. لنأخذ الموقف كما في الشكل أدناه:
في هذه الحالة ، سيكون العمل الميكانيكي مساويًا لقوة ضغط الغاز على المكبس مضروبة في المسار الذي يسلكه المكبس تحت الضغط. بالطبع ، هذه أبسط حالة. ولكن حتى في ذلك ، يمكن ملاحظة صعوبة واحدة: ستعتمد قوة الضغط على حجم الغاز ، مما يعني أننا لا نتعامل مع الثوابت ، ولكن مع المتغيرات. نظرًا لأن جميع المتغيرات الثلاثة: الضغط ودرجة الحرارة والحجم مرتبطة ببعضها البعض ، يصبح حساب الشغل أكثر تعقيدًا. هناك بعض العمليات المثالية والبطيئة بشكل غير محدود: متساوي الضغط ، متساوي الحرارة ، ثابت الحرارة ومتساوي الضغط - يمكن إجراء مثل هذه الحسابات بسهولة نسبيًا. يتم رسم مخطط للضغط مقابل الحجم ، ويتم حساب الشغل باعتباره جزءًا لا يتجزأ من النموذج.