730. Miks kasutatakse vett mõne mehhanismi jahutamiseks?
Vesi on suurepärane erisoojus, mis aitab kaasa hea soojuse hajumisele mehhanismist.
731. Millisel juhul tuleks kulutada rohkem energiat: ühe liitri vee soojendamiseks 1 °C või saja grammi vee soojendamiseks 1 °C võrra?
Liiter vee soojendamiseks, kuna mida suurem on mass, seda rohkem on vaja energiat kulutada.
732. Kuuma vette kasteti sama massiga kuproniklit ja hõbedast kahvlit. Kas nad saavad veest sama palju soojust?
Kupronikli kahvel saab rohkem soojust, kuna kupronikli erisoojus on suurem kui hõbeda oma.
733. Sama massiga pliitükki ja malmitükki löödi kolm korda haamriga. Kumb osa kuumemaks läks?
Plii kuumeneb rohkem, kuna selle erisoojusmaht on malmi omast väiksem ja plii soojendamiseks kulub vähem energiat.
734. Ühes kolvis on vesi, teises sama massi ja temperatuuriga petrooleum. Igasse kolbi visati võrdselt kuumutatud rauakuubik. Mis soojendab rohkem kõrge temperatuur- vesi või petrooleum?
Petrooleum.
735. Miks on mereäärsetes linnades temperatuurikõikumised talvel ja suvel vähem järsud kui sisemaal asuvates linnades?
Vesi soojeneb ja jahtub aeglasemalt kui õhk. Talvel see jahtub ja liigutab sooja õhumassi maismaal, muutes kliima rannikul soojemaks.
736. Erisoojus alumiinium on 920 J/kg °C. Mida see tähendab?
See tähendab, et 1 kg alumiiniumi kuumutamiseks 1 °C võrra kulub 920 J.
737. Sama massiga 1 kg alumiinium- ja vaskvardaid jahutatakse 1 °C võrra. Kui palju muutub sisemine energia iga riba? Milline riba muutub rohkem ja kui palju?
738. Kui palju soojust on vaja kilogrammi raudtooriku soojendamiseks 45 °C võrra?
739. Kui palju soojust on vaja 0,25 kg vee soojendamiseks 30°C kuni 50°C?
740. Kuidas muutub kahe liitri vee siseenergia kuumutamisel 5 °C võrra?
741. Kui palju soojust on vaja 5 g vee soojendamiseks 20 °C-lt 30 °C-ni?
742. Kui palju soojust on vaja 0,03 kg kaaluva alumiiniumkuuli kuumutamiseks 72 °C võrra?
743. Arvutage soojushulk, mis kulub 15 kg vase kuumutamiseks 80 °C võrra.
744. Arvutage soojushulk, mis kulub 5 kg vase kuumutamiseks 10 °C kuni 200 °C.
745. Kui palju soojust on vaja 0,2 kg vee soojendamiseks 15 °C-lt 20 °C-ni?
746. 0,3 kg kaaluv vesi on jahtunud 20 °C võrra. Kui palju väheneb vee siseenergia?
747. Kui palju soojust on vaja 0,4 kg vee soojendamiseks temperatuuril 20 °C temperatuurini 30 °C?
748. Kui palju soojust kulub 2,5 kg vee soojendamiseks 20 °C võrra?
749. Kui palju soojust eraldus 250 g vee jahutamisel 90 °C-lt 40 °C-ni?
750. Kui palju soojust on vaja 0,015 liitri vee soojendamiseks 1 °C võrra?
751. Arvutage soojushulk, mis kulub 300 m3 tiigi soojendamiseks 10 °C võrra?
752. Kui palju soojust tuleb anda 1 kg veele, et selle temperatuur tõuseks 30°C-lt 40°C-ni?
753. Vesi mahuga 10 liitrit on jahtunud temperatuurilt 100 °C temperatuurini 40 °C. Kui palju soojust sel juhul vabaneb?
754. Arvutage soojushulk, mis kulub 1 m3 liiva kuumutamiseks 60 °C võrra.
755. Õhumaht 60 m3, erisoojusvõimsus 1000 J/kg °C, õhutihedus 1,29 kg/m3. Kui palju soojust on vaja temperatuuri tõstmiseks 22°C-ni?
756. Vesi soojendati 10 °C võrra, kulutades 4,20 103 J soojust. Määrake vee kogus.
757. 0,5 kg kaaluv vesi teatas 20,95 kJ soojusest. Mis oli vee temperatuur, kui vee algtemperatuur oli 20°C?
758. 2,5 kg kaaluvasse vasest kastrulisse valatakse 8 kg 10 °C vett. Kui palju soojust on vaja, et vesi kastrulis keema tõuseks?
759. 300 g kaaluvasse vaskkulpi valatakse liiter vett temperatuuriga 15 °C Kui palju soojust kulub vahukulbis oleva vee soojendamiseks 85 °C võrra?
760. 3 kg kaaluv kuumutatud graniiditükk pannakse vette. Graniit kannab vette 12,6 kJ soojust, jahutades 10 °C võrra. Mis on kivi erisoojusmahtuvus?
761. 5 kg 12 °C veele lisati 50 °C kuum vesi, saades 30 °C temperatuuriga segu. Kui palju vett lisati?
762. Vesi 20 °C juures lisati 3 liitrile 60 °C veele, et saada 40 °C vesi. Kui palju vett lisati?
763. Mis on segu temperatuur, kui 600 g 80 °C vett segada 200 g 20 °C veega?
764. Liiter 90°C vett valati 10°C vette ja vee temperatuur muutus 60°C. Kui palju oli külm vesi?
765. Määrake, kui palju 60°C-ni kuumutatud kuuma vett tuleks valada anumasse, kui anumas on juba 20 liitrit külma vett temperatuuriga 15°C; segu temperatuur peaks olema 40 °C.
766. Määrake, kui palju soojust on vaja 425 g vee soojendamiseks 20 °C võrra.
767. Mitu kraadi soojeneb 5 kg vett, kui vett saab 167,2 kJ?
768. Kui palju soojust on vaja m grammi vee soojendamiseks temperatuuril t1 kuni temperatuurini t2?
769. Kalorimeetrisse valatakse 2 kg vett temperatuuril 15 °C. Millise temperatuurini soojeneb kalorimeetri vesi, kui sellesse lastakse 100 °C-ni kuumutatud 500 g messingraskus? Messingi erisoojusmaht on 0,37 kJ/(kg °C).
770. Seal on sama mahuga vase-, tina- ja alumiiniumitükke. Millisel neist tükkidest on suurim ja milline väikseim soojusmahtuvus?
771. Kalorimeetrisse valati 450 g vett, mille temperatuur on 20 °C. Kui sellesse vette kasteti 200 g 100°C-ni kuumutatud rauaviile, tõusis vee temperatuur 24°C. Määrake saepuru erisoojusmahtuvus.
772. 100 g kaaluv vaskkalorimeeter mahutab 738 g vett, mille temperatuur on 15 °C. Sellesse kalorimeetrisse lasti temperatuuril 100 °C 200 g vaske, mille järel kalorimeetri temperatuur tõusis 17 °C-ni. Mis on vase erisoojusmahtuvus?
773. 10 g kaaluv teraskuul võetakse ahjust välja ja lastakse 10 °C vette. Vee temperatuur tõusis 25°C-ni. Milline oli palli temperatuur ahjus, kui vee mass on 50 g? Terase erisoojusmaht on 0,5 kJ/(kg °C).
777. 50 g 19 °C vett valatakse 150 g kaaluvasse vette, mille temperatuur on 35 °C. Mis on segu temperatuur?
778. 2 kg kaaluvasse malmist veekeetjasse, mille temperatuur oli 10 °C, valati 5 kg 90 °C vett. Mis oli vee temperatuur?
779. 2 kg kaaluv terasmeisel kuumutati temperatuurini 800 °C ja langetati seejärel anumasse, milles oli 15 liitrit 10 °C vett. Millise temperatuurini soojendatakse anumas olev vesi?
(Märgistus. Selle probleemi lahendamiseks on vaja luua võrrand, kus anumas vee soovitud temperatuur pärast lõikuri langetamist võetakse tundmatuks.)
780. Millise temperatuuri saavutab vesi, kui segate 0,02 kg vett 15 °C, 0,03 kg vett 25 °C ja 0,01 kg vett 60 °C juures?
781. Hea ventilatsiooniga klassi kütmiseks kulub soojushulk 4,19 MJ tunnis. Vesi siseneb kütteradiaatoritesse 80°C juures ja väljub 72°C juures. Kui palju vett tuleks igas tunnis radiaatoritesse anda?
782. Plii massiga 0,1 kg temperatuuril 100 °C kasteti 0,04 kg kaaluvasse alumiiniumkalorimeetrisse, mis sisaldas 0,24 kg vett temperatuuril 15 °C. Pärast seda määrati kalorimeetris temperatuur 16 °C. Mis on plii erisoojusmaht?
Kui arutame maja kütmise viise, soojuslekke vähendamise võimalusi, peame aru saama, mis on soojus, millistes ühikutes seda mõõdetakse, kuidas see edasi kandub ja kuidas see kaob. Sellelt lehelt leiate põhiteavet füüsikakursuse kohta, mis on vajalik kõigi ülaltoodud küsimuste käsitlemiseks.
Soojus on üks energia ülekandmise viise
Energiat, mida keha saab või kaotab soojusvahetuse käigus keskkonnaga, nimetatakse soojushulgaks või lihtsalt soojuseks.
Soojus on kitsas mõttes üks energia ülekandmise viise ja füüsikalist tähendust omab ainult süsteemi ülekantav energia hulk, kuid sõna "soojus" sisaldub sellistes väljakujunenud teaduslikes mõistetes nagu soojusvoog, soojusmahtuvus. , faasisiirdesoojus, keemilise reaktsiooni soojus, soojusjuhtivus jne. Seega, kui selline sõnakasutus ei ole eksitav, on mõisted "soojus" ja "soojuse hulk" sünonüümid. Neid termineid saab aga kasutada ainult siis, kui need on antud täpne määratlus, ja mitte mingil juhul ei saa "soojuse kogust" omistada esialgsete mõistete arvule, mis ei vaja määratlemist. Vigade vältimiseks tuleks mõistet "soojus" mõista täpselt kui energiaülekande meetodit ja selle meetodi abil ülekantavat energiahulka tähistatakse mõistega "soojushulk". Soovitatav on vältida terminit "soojusenergia".
Soojus on aine siseenergia kineetiline osa, mille määrab seda ainet moodustavate molekulide ja aatomite intensiivne kaootiline liikumine. Temperatuur on molekulide liikumise intensiivsuse mõõt. Keha soojushulk antud temperatuuril sõltub selle massist; Näiteks suures tassis vees on samal temperatuuril rohkem soojust kui väikeses ja ämbris külmas vees võib seda olla rohkem kui tassis kuumas vees (kuigi vee temperatuur kopp on madalam).
Soojus on energia vorm ja seetõttu tuleb seda mõõta energiaühikutes. AT rahvusvaheline süsteem Energia SI ühik on džaul (J). Samuti on lubatud kasutada süsteemivälist soojushulga ühikut - kaloreid: rahvusvaheline kalor on 4,1868 J.
Soojusülekanne ja soojusülekanne
Soojusülekanne on soojuse ülekandmine keha sees või ühest kehast teise temperatuurierinevuste tõttu. Soojusülekande intensiivsus sõltub aine omadustest, temperatuuride erinevusest ja järgib eksperimentaalselt kehtestatud loodusseadusi. Tõhusate kütte- või jahutussüsteemide, erinevate mootorite, elektrijaamade, soojusisolatsioonisüsteemide loomiseks on vaja teada soojusülekande põhimõtteid. Mõnel juhul on soojusülekanne ebasoovitav (sulatusahjude soojusisolatsioon, kosmoselaevad jne), samas kui teistes peaks see olema võimalikult suur (aurukatlad, soojusvahetid, köögiriistad). Soojusülekannet on kolm peamist tüüpi: juhtivus, konvektsioon ja kiirgussoojusülekanne.
Soojusjuhtivus
Kui keha sees on temperatuuride erinevus, siis soojusenergia läheb selle kuumemast osast külmemasse. Seda tüüpi soojusülekannet, mis on tingitud molekulide soojusliikumisest ja kokkupõrgetest, nimetatakse soojusjuhtivuseks. Varda soojusjuhtivust hinnatakse väärtuse järgi soojusvoog, mis sõltub soojusjuhtivuse koefitsiendist, ristlõike pindalast, mille kaudu soojus kandub, ja temperatuurigradiendist (varda otste temperatuuride erinevuse ja nendevahelise kauguse suhe). Soojusvoo ühik on vatt.
MÕNTE AINETE JA MATERJALIDE SOOJUSJUHTIVUS
Ained ja materjalid Soojusjuhtivus, W/(m^2*K)
Metallid
Alumiinium _______________________205
Pronks _____________________105
Volfram _______________________159
Raud _________________________________________67
Vask ____________________________389
Nikkel ___________________________58
Plii ___________________________35
Tsink ____________________________113
Muud materjalid
Asbest ____________________________0.08
Betoon _________________________________0,59
Õhk ____________________________0,024
Hahk maha (lahti) ______0.008
Puit (pähkel) ________________0.209
Saepuru ____________________________ 0,059
Kumm (käsnjas) ____________0,038
Klaas ____________________________ 0,75
Konvektsioon
Konvektsioon on õhu- või vedelikumasside liikumisest tingitud soojusülekanne. Kui vedelikku või gaasi kuumutatakse, suureneb molekulide liikumise intensiivsus ja selle tulemusena rõhk. Kui vedeliku või gaasi maht ei ole piiratud, siis need laienevad; vedeliku (gaasi) lokaalne tihedus väheneb ja ujuvusjõudude (Archimedese) mõjul liigub kuumutatud osa keskkonnast ülespoole (sellepärast tõuseb ruumis olev soe õhk akudelt lakke). Lihtsatel juhtudel, kui vedelik voolab läbi toru või voolab ümber tasase pinna, saab teoreetiliselt arvutada konvektiivse soojusülekande koefitsiendi. Siiski ei ole veel suudetud leida analüütilist lahendust keskkonna turbulentse voolu konvektsiooni probleemile.
soojuskiirgus
Kolmas soojusülekande tüüp - kiirgussoojusülekanne - erineb soojusjuhtivusest ja konvektsioonist selle poolest, et soojust saab sel juhul üle kanda vaakumi kaudu. Selle sarnasus teiste soojusülekande meetoditega seisneb selles, et see on tingitud ka temperatuuride erinevusest. Soojuskiirgus on üks elektromagnetilise kiirguse liike.
Päike on võimas soojusenergia kiirgaja; see soojendab Maad isegi 150 miljoni km kaugusel. Päikesekiirguse intensiivsus on ligikaudu 1,37 W/m2.
Soojusülekande kiirus juhtivuse ja konvektsiooni teel on võrdeline temperatuuriga ja kiirgussoojusvoog on võrdeline temperatuuri neljanda astmega.
Soojusmahtuvus
Erinevatel ainetel on erinev võime soojust salvestada; see sõltub nende molekulaarstruktuurist ja tihedusest. Soojushulka, mis on vajalik aine massiühiku temperatuuri tõstmiseks ühe kraadi (1 ° C või 1 K) võrra, nimetatakse selle erisoojusmahtuvuseks. Soojusmahtuvust mõõdetakse J/(kg K).
Tavaliselt eristatakse soojusmahtuvus konstantsel mahul ( C V) ja soojusmahtuvus juures pidev rõhk (C P), kui kuumutamise ajal hoitakse vastavalt keha maht või rõhk konstantsena. Näiteks ühe grammi õhu soojendamiseks õhupallis 1 K võrra on vaja rohkem soojust kui samamoodi jäikade seintega suletud anumas, kuna osa õhupallile antavast energiast kulub õhupalli laiendamiseks. õhku, mitte selle kuumutamisel. Pideval rõhul kuumutamisel läheb osa soojusest keha paisumistöö tootmiseks ja osa - siseenergia suurendamiseks, samal ajal kui konstantsel mahul kuumutamisel kulutatakse kogu soojus siseenergia suurendamiseks; mis puudutab C R alati rohkem kui C V. Vedelike ja tahkete ainete puhul on erinevus C R ja C V suhteliselt väike.
termilised masinad
Soojusmootorid on seadmed, mis muudavad soojuse soojuseks kasulikku tööd. Sellised masinad on näiteks kompressorid, turbiinid, auru-, bensiini- ja reaktiivmootorid. Üks kuulsamaid soojusmasinaid on tänapäevastes soojuselektrijaamades kasutatav auruturbiin. Sellise elektrijaama lihtsustatud skeem on näidatud joonisel 1.
Riis. 1. Fossiilkütustel töötava auruturbiinelektrijaama lihtsustatud skeem.
Töövedelik – vesi – muundatakse fossiilkütuste (kivisüsi, nafta või maagaas) põletamisega köetavas aurukatlas ülekuumendatud auruks. Steam kõrgsurve pöörleb auruturbiini võlli, mis käitab elektrit tootvat generaatorit. Heitgaasi aur kondenseerub, kui seda jahutab jooksev vesi, mis neelab osa soojusest. Järgmisena juhitakse vesi jahutustorni (jahutustorni), kust osa soojusest eraldub atmosfääri. Kondensaat pumbatakse tagasi aurukatlasse ja kogu tsükkel kordub.
Teine näide soojusmasinast on kodumajapidamises kasutatav külmik, mille skeem on näidatud joonisel fig. 2.
Külmkappides ja kodukliimaseadmetes tarnitakse selle tagamiseks energia väljastpoolt. Kompressor suurendab külmiku tööaine - freooni, ammoniaagi või süsinikdioksiidi - temperatuuri ja rõhku. Ülekuumenenud gaas juhitakse kondensaatorisse, kus see jahtub ja kondenseerub, eraldades soojust keskkond. Kondensaatori düüsidest väljuv vedelik liigub drosselklapi kaudu aurustisse ja osa sellest aurustub, millega kaasneb järsk temperatuuri langus. Aurusti võtab külmiku kambrist soojust, mis soojendab düüsides olevat töövedelikku; selle vedeliku suunab kompressor kondensaatorisse ja tsükkel kordub uuesti.
Keha siseenergia võib välisjõudude töö tõttu muutuda. Siseenergia muutumise iseloomustamiseks soojusülekande käigus võetakse kasutusele suurus, mida nimetatakse soojushulgaks ja mida tähistatakse Q-ga.
Rahvusvahelises süsteemis on soojushulga, aga ka töö ja energia ühikuks džaul: = = = 1 J.
Praktikas kasutatakse mõnikord soojushulga süsteemivälist ühikut - kalorit. 1 cal. = 4,2 J.
Tuleb märkida, et mõiste "soojuse kogus" on kahetsusväärne. See võeti kasutusele ajal, mil arvati, et kehad sisaldavad kaalutut, tabamatut vedelikku – kaloreid. Soojusülekande protsess seisneb väidetavalt selles, et ühest kehast teise valguvad kalorid kannavad endaga kaasa teatud koguse soojust. Nüüd, teades aine ehituse molekulaar-kineetilise teooria põhitõdesid, saame aru, et kehades pole kaloreid, keha siseenergia muutmise mehhanism on erinev. Traditsiooni jõud on aga suur ja me kasutame jätkuvalt terminit, mis on juurutatud soojuse olemuse valede ideede põhjal. Samas ei tohiks soojusülekande olemust mõistes täielikult ignoreerida selle kohta käivaid väärarusaamu. Vastupidi, tuues analoogia soojuse voolu ja hüpoteetilise kalorivedeliku voolu, soojushulga ja kalorikoguse vahel, on võimalik mõne ülesandeklassi lahendamisel visualiseerida käimasolevaid protsesse ja probleeme õigesti lahendada. Lõppkokkuvõttes saadi kalorite kui soojuskandja kohta valede ideede põhjal korraga õiged soojusülekande protsesse kirjeldavad võrrandid.
Vaatleme üksikasjalikumalt protsesse, mis võivad tekkida soojusülekande tulemusena.
Valage katseklaasi veidi vett ja sulgege see korgiga. Riputage katseklaas statiivile kinnitatud varda külge ja tooge selle alla lahtine leek. Leegist saab katseklaas teatud koguse soojust ja selles oleva vedeliku temperatuur tõuseb. Temperatuuri tõustes suureneb vedeliku siseenergia. Toimub intensiivne selle aurustumisprotsess. Paisuvad vedelikuaurud teevad mehaanilist tööd, et suruda kork torust välja.
Teeme veel ühe katse messingtoru tükist valmistatud kahuri mudeliga, mis on paigaldatud kärule. Ühelt poolt on toru tihedalt suletud eboniitkorgiga, millest on läbi viidud tihvt. Juhtmed on joodetud naastu ja toru külge, lõppedes klemmidega, mida saab valgustusvõrgust pingestada. Püssi mudel on seega omamoodi elektriboiler.
 |
Valage kahuritoru veidi vett ja sulgege toru kummikorgiga. Ühendage relv toiteallikaga. Elekter, läbides vett, soojendab seda. Vesi keeb, mis viib selle intensiivse aurustumiseni. Veeauru rõhk tõuseb ja lõpuks teevad nad korgi püstolitorust välja surudes.
Püstol veereb tagasilöögi tõttu tagasi korgiheite vastassuunas.
Mõlemat kogemust ühendavad järgmised asjaolud. Vedeliku mitmel viisil kuumutamisel tõusis vedeliku temperatuur ja vastavalt ka selle siseenergia. Et vedelik keeks ja intensiivselt aurustuks, tuli kuumutamist jätkata.
Vedeliku aurud tegid oma sisemise energia tõttu mehaanilist tööd.
 |
Uurime keha soojendamiseks vajaliku soojushulga sõltuvust selle massist, temperatuurimuutustest ja aine tüübist. Nende sõltuvuste uurimiseks kasutame vett ja õli. (Temperatuuri mõõtmiseks katses kasutatakse elektrilist termomeetrit, mis on valmistatud peegelgalvanomeetriga ühendatud termopaarist. Üks termopaari ühenduskoht lastakse külma veega anumasse, et tagada selle konstantne temperatuur. Teine termopaari ühenduskoht mõõdab temperatuuri uuritava vedeliku kohta).
Kogemus koosneb kolmest seeriast. Esimeses seerias uuritakse konkreetse vedeliku (meie puhul vee) konstantse massi korral selle soojendamiseks vajaliku soojushulga sõltuvust temperatuurimuutustest. Küttekehast (elektripliidist) vedeliku poolt vastuvõetud soojushulka hinnatakse kütteaja järgi, eeldades, et nende vahel on otseselt proportsionaalne seos. Et katse tulemus vastaks sellele eeldusele, on vaja tagada ühtlane soojusvoog elektripliidilt köetavale korpusele. Selleks ühendati elektripliit eelnevalt võrku, nii et katse alguseks lakkas selle pinna temperatuur muutumast. Vedeliku ühtlasemaks kuumutamiseks katse ajal segame seda termopaari enda abil. Salvestame termomeetri näidud kindlate ajavahemike järel, kuni valguslaik jõuab skaala servani.
Teeme järelduse: keha soojendamiseks vajaliku soojushulga ja selle temperatuuri muutuse vahel on otsene proportsionaalne seos.
Teises katseseerias võrdleme soojushulka, mis kulub samade erineva massiga vedelike soojendamiseks, kui nende temperatuur muutub sama palju.
Saadud väärtuste võrdlemise mugavuse huvides võetakse teise katse vee massi kaks korda vähem kui esimeses katses.
Jällegi registreerime termomeetri näidud korrapäraste ajavahemike järel.
Võrreldes esimese ja teise katse tulemusi, saame teha järgmised järeldused.
Kolmandas katseseerias võrdleme soojushulkasid, mis on vajalikud erinevate vedelike võrdsete masside soojendamiseks, kui nende temperatuur muutub sama palju.
Kuumutame elektripliidil õli, mille mass on esimeses katses võrdne vee massiga. Me registreerime termomeetri näidud korrapäraste ajavahemike järel.
Katse tulemus kinnitab järeldust, et keha soojendamiseks vajalik soojushulk on otseselt võrdeline selle temperatuuri muutusega ning lisaks näitab selle soojushulga sõltuvust aine tüübist.
Kuna katses kasutati õli, mille tihedus on väiksem kui vee tihedus ning õli teatud temperatuurini kuumutamiseks kulus vähem soojust kui vee soojendamiseks, siis võib eeldada, et keha soojendamiseks vajalik oleneb selle tihedusest.
Selle eelduse kontrollimiseks kuumutame samaaegselt konstantse võimsusega kütteseadmel identset massi vett, parafiini ja vaske.
Sama aja pärast on vase temperatuur umbes 10 korda kõrgem ja parafiini temperatuur umbes 2 korda kõrgem kui vee temperatuur.
Kuid vasel on suurem ja parafiinil väiksem tihedus kui vees.
Kogemused näitavad, et suurus, mis iseloomustab nende ainete temperatuuri muutumise kiirust, millest soojusvahetuses osalevad kehad on valmistatud, ei ole tihedus. Seda suurust nimetatakse aine erisoojusmahtuvuseks ja tähistatakse tähega c.
 |
Erisoojusvõimsuste võrdlemiseks erinevaid aineid on spetsiaalne seade. Seade koosneb riiulitest, millesse on kinnitatud õhuke parafiinplaat ja latt, mille vardad on sellest läbi viidud. Alumiiniumist, terasest ja messingist silindrid on varraste otstes tugevdatud võrdne mass.
Soojendame silindrid sama temperatuurini, kastes need kuumal elektripliidil seisvasse veenõusse. Kinnitame kuumad silindrid nagide külge ja vabastame need kinnitustest. Silindrid puudutavad samaaegselt parafiiniplaati ja hakkavad parafiini sulatades sellesse vajuma. Sama massiga silindrite parafiinplaadile sukeldamise sügavus, kui nende temperatuur muutub sama palju, osutub erinevaks.
Kogemused näitavad, et alumiiniumi, terase ja messingi erisoojusvõimsused on erinevad.
Olles teinud vastavad katsed sulatamisega tahked ained, vedelike aurustumine, kütuse põlemine, saame järgmised kvantitatiivsed sõltuvused.
Konkreetsete koguste ühikute saamiseks tuleb need väljendada vastavate valemite abil ning saadud avaldistesse asendada soojuse ühikud - 1 J, mass - 1 kg ning erisoojuse puhul - ja 1 K.
Saame ühikud: erisoojusvõimsus - 1 J / kg K, muud erisoojused: 1 J / kg.
Õppe-eesmärk: Tutvustada soojuskoguse ja erisoojusmahtuvuse mõisteid.
Arengueesmärk: Kasvatada teadvelolekut; õppige mõtlema, tegema järeldusi.
1. Teema uuendus
2. Uue materjali selgitus. 50 min.
Te juba teate, et keha siseenergia võib muutuda nii tööd tehes kui ka soojust üle kandes (ilma tööd tegemata).
Energiat, mida keha soojusülekande käigus saab või kaotab, nimetatakse soojushulgaks. (märkmiku sissekanne)
See tähendab, et soojushulga mõõtühikud on ka džaulid ( J).
Teeme katse: kaks klaasi ühes 300 g ja teises 150 g vees ning raudsilinder kaaluga 150 g Mõlemad klaasid asetatakse samale plaadile. Mõne aja pärast näitavad termomeetrid, et vesi anumas, milles keha asub, soojeneb kiiremini.
See tähendab, et 150 g raua kuumutamiseks kulub vähem soojust kui 150 g vee soojendamiseks.
Kehale ülekantava soojuse hulk sõltub ainest, millest keha on valmistatud. (märkmiku sissekanne)
Esitame küsimuse: kas sama temperatuuriga võrdse massiga kehade kuumutamiseks on vaja sama kogust soojust erinevaid aineid?
Konkreetse soojusmahtuvuse määramiseks viime läbi katse Tyndalli seadmega.
Me järeldame: erinevatest ainetest, kuid sama massiga kehad eralduvad jahutamisel ja nõuavad sama kraadide arvu kuumutamisel erinev summa soojust.
Teeme järeldused:
1. Erinevatest ainetest koosnevate võrdse massiga kehade kuumutamiseks sama temperatuurini on vaja erinevat soojushulka.
2. Võrdse massiga kehad, mis koosnevad erinevatest ainetest ja on kuumutatud samale temperatuurile. Sama kraadide arvu võrra jahutades eraldavad nad erineva koguse soojust.
Teeme järelduse, et erinevate ainete massiühiku ühe kraadi tõstmiseks vajalik soojushulk on erinev.
Anname erisoojusvõimsuse määratluse.
Füüsikalist suurust, mis on arvuliselt võrdne soojushulgaga, mis tuleb üle kanda 1 kg massiga kehale, et selle temperatuur muutuks 1 kraadi võrra, nimetatakse aine erisoojuseks.
Tutvustame erisoojusvõimsuse mõõtühikut: 1J / kg * kraad.
Mõiste füüsiline tähendus : erisoojusmahtuvus näitab, kui palju muutub 1 g (kg.) aine siseenergia, kui seda kuumutada või jahutada 1 kraadi võrra.
Mõelge mõne aine erisoojusvõimsuste tabelile.
Lahendame probleemi analüütiliselt
Kui palju soojust on vaja klaasi vee (200 g) soojendamiseks 20 0 kuni 70 0 C.
Kuumutamiseks 1 g 1 g kohta Vajalik - 4,2 J.
Ja 200 g soojendamiseks 1 g kohta kulub veel 200 - 200 * 4,2 J.
Ja 200 g soojendamiseks (70 0 -20 0) kulub veel (70-20) rohkem - 200 * (70-20) * 4,2 J
Andmed asendades saame Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.
Kirjutame saadud valemi vastavate suuruste järgi
4. Millest sõltub keha kuumutamisel saadud soojushulk?
Pange tähele, et keha soojendamiseks vajalik soojushulk on võrdeline keha massi ja selle temperatuuri muutusega.
Seal on kaks sama massiga silindrit: raud ja messing. Kas nende soojendamiseks sama kraadi võrra on vaja sama palju soojust? Miks?
Kui palju soojust on vaja 250 g vee soojendamiseks 20 o kuni 60 0 C.
Milline on kalorite ja džaulite suhe?
Kalor on soojushulk, mis on vajalik 1 grammi vee temperatuuri tõstmiseks 1 kraadi võrra.
1 cal = 4,19 = 4,2 J
1 kcal = 1000 kalorit
1kcal=4190J=4200J
3. Probleemide lahendamine. 28 min.
Kui keevas vees kuumutatud pliist, tinast ja terasest silindrid massiga 1 kg jääle asetada, siis need jahtuvad ja osa nende all olevast jääst sulab. Kuidas muutub silindrite siseenergia? Millise silindri all sulab rohkem jääd, mille all - vähem?
Kuumutatud kivi massiga 5 kg. Jahtudes vees 1 kraadi võrra, kannab see sellele 2,1 kJ energiat. Mis on kivi erisoojusmahtuvus
Meislit kõvendades kuumutati see esmalt temperatuurini 650 0, seejärel langetati õlisse, kus jahtus temperatuurini 50 0 C. Kui palju soojust eraldus, kui selle mass oli 500 g.
Kui palju soojust kulus kütmiseks 20 0 kuni 1220 0 C. 35 kg kaaluva kompressori väntvõlli terastoorik.
Iseseisev töö
Mis tüüpi soojusülekanne?
Õpilased täidavad tabeli.
- Ruumi õhk soojendatakse läbi seinte.
- Läbi avatud aken, mis sisaldab sooja õhku.
- Läbi klaasi, mis laseb edasi päikesekiiri.
- Maad soojendavad päikesekiired.
- Vedelik kuumutatakse pliidil.
- Teraslusikat soojendab tee.
- Õhku soojendab küünal.
- Gaas liigub ümber masina soojust tootvate osade.
- Kuulipilduja toru soojendamine.
- Piima keetmine.
5. Kodutöö: Peryshkin A.V. “Füüsika 8” §§7, 8; ülesannete kogumik 7-8 Lukashik V.I. nr 778-780, 792 793 2 min.
Moodustati soojushulga mõiste varajased staadiumid kaasaegse füüsika areng, kui selle kohta polnud selgeid ideid sisemine struktuur mateeriast, sellest, mis on energia, sellest, millised energiavormid looduses eksisteerivad ja energiast kui mateeria liikumise ja muundumise vormist.
Soojuse hulk on füüsiline kogus samaväärne soojusvahetuse käigus materiaalsele kehale ülekantud energiaga.
Soojushulga vananenud ühik on kalor, mis on võrdne 4,2 J, täna seda ühikut praktiliselt ei kasutata ja selle asemel on džaul.
Algselt eeldati, et soojusenergia kandja on mingi täiesti kaalutu keskkond, millel on vedeliku omadused. Sellest eeldusest lähtuvalt on lahendatud ja lahendatakse ka praegu arvukalt soojusülekande füüsikalisi probleeme. Hüpoteetilise kalorsuse olemasolu võeti aluseks paljudele sisuliselt õigetele konstruktsioonidele. Usuti, et kalorid eralduvad ja neelduvad kuumutamise ja jahutamise, sulamise ja kristalliseerumise nähtustes. Soojusülekande protsesside õiged võrrandid saadi valedest füüsikalistest mõistetest. On teada seadus, mille kohaselt soojushulk on otseselt võrdeline soojusvahetuses osaleva keha massi ja temperatuurigradiendiga:
Kus Q on soojushulk, m on keha mass ja koefitsient Koos- suurus, mida nimetatakse erisoojusvõimsuseks. Erisoojusmaht on protsessis osaleva aine omadus.
Töö termodünaamikas
Soojusprotsesside tulemusena puhtalt mehaaniline töö. Näiteks kuumutamisel suurendab gaas selle mahtu. Võtame olukorra nagu alloleval joonisel:
Sel juhul on mehaaniline töö võrdne kolvile avaldatava gaasi survejõuga, mis on korrutatud kolvi rõhu all läbitava teekonnaga. Loomulikult on see kõige lihtsam juhtum. Kuid isegi selles võib märgata üht raskust: survejõud sõltub gaasi mahust, mis tähendab, et me ei tegele konstantide, vaid muutujatega. Kuna kõik kolm muutujat: rõhk, temperatuur ja maht on omavahel seotud, muutub töö arvutamine palju keerulisemaks. On mõned ideaalsed, lõpmatult aeglased protsessid: isobaarilised, isotermilised, adiabaatilised ja isohoorilised – mille puhul saab selliseid arvutusi teha suhteliselt lihtsalt. Joonistatakse rõhu ja ruumala graafik ja töö arvutatakse vormi integraalina.