فرمول یافتن مقدار گرما در حین تراکم. مقدار گرما. واحدهای کمیت گرما گرمای خاص محاسبه مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن یک جسم یا آزاد شده از آن در هنگام خنک شدن

730. چرا برای خنک کردن برخی مکانیسم ها از آب استفاده می شود؟
آب عالی داره ظرفیت گرمایی ویژه، که باعث حذف گرمای خوب از مکانیسم می شود.

731. در چه مواردی باید انرژی بیشتری صرف کرد: یک لیتر آب را 1 درجه سانتیگراد گرم کرد یا صد گرم آب را 1 درجه سانتیگراد گرم کرد؟
برای گرم کردن یک لیتر آب، هر چه جرم بیشتر باشد، انرژی بیشتری باید صرف شود.

732. چنگال‌های نقره و چنگال‌های نقره‌ای با جرم مساوی در آب داغ فرو رفتند. آیا همان مقدار گرما را از آب دریافت خواهند کرد؟
چنگال نیکل نیکل گرمای بیشتری دریافت می کند زیرا گرمای ویژه نیکل نیکل از نقره بیشتر است.

733. یک قطعه سرب و یک قطعه چدن هم جرم با پتک سه ضربه خوردند. کدام قطعه داغ تر شد؟
سرب بیشتر گرم می شود زیرا ظرفیت گرمایی ویژه آن کمتر از چدن است و انرژی کمتری برای گرم کردن سرب مصرف می کند.

734. یک فلاسک حاوی آب و دیگری حاوی نفت سفید با همان جرم و دما است. یک مکعب آهن به همان اندازه گرم شده در هر فلاسک ریخته شد. چه چیزی بیشتر گرم می شود درجه حرارت بالا- آب یا نفت سفید؟
نفت سفید.

735. چرا نوسانات دما در زمستان و تابستان در شهرهای ساحلی کمتر از شهرهای واقع در داخل است؟
آب کندتر از هوا گرم و سرد می شود. در زمستان سرد می شود و توده های هوای گرم را به خشکی منتقل می کند و آب و هوای ساحل را گرمتر می کند.

736. گرمای خاصآلومینیوم 920 ژول بر کیلوگرم درجه سانتیگراد است. این یعنی چی؟
این بدان معنی است که برای گرم کردن 1 کیلوگرم آلومینیوم در دمای 1 درجه سانتیگراد باید 920 ژول هزینه کرد.

737. میله های آلومینیوم و مس با جرم یکسان 1 کیلوگرم در دمای 1 درجه سانتیگراد خنک می شوند. چقدر تغییر خواهد کرد؟ انرژی درونیهر بلوک؟ برای کدام نوار بیشتر و چقدر تغییر می کند؟

738- برای گرم کردن یک کیلوگرم شمش آهن در دمای 45 درجه سانتی گراد چه مقدار حرارت لازم است؟

739- براي گرم كردن 0.25 كيلوگرم آب از 30 درجه تا 50 درجه سانتيگراد چه مقدار حرارت لازم است؟

740. انرژی داخلی دو لیتر آب با حرارت 5 درجه سانتی گراد چگونه تغییر می کند؟

741- برای گرم كردن 5 گرم آب از 20 درجه تا 30 درجه سانتیگراد چه مقدار حرارت لازم است؟

742. برای گرم کردن توپ آلومینیومی به وزن 0.03 کیلوگرم در دمای 72 درجه سانتیگراد چه مقدار گرما لازم است؟

743. مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن 15 کیلوگرم مس را در دمای 80 درجه سانتیگراد محاسبه کنید.

744. مقدار حرارت مورد نیاز برای حرارت دادن 5 کیلوگرم مس را از 10 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد محاسبه کنید.

745- برای گرم کردن 0.2 کیلوگرم آب از دمای 15 درجه تا 20 درجه سانتیگراد چه مقدار گرما لازم است؟

746. آب به وزن 0.3 کیلوگرم تا 20 درجه سانتیگراد خنک شده است. انرژی داخلی آب چقدر کاهش یافته است؟

747- برای گرم کردن 0.4 کیلوگرم آب در دمای 20 درجه سانتیگراد تا دمای 30 درجه سانتیگراد چه مقدار حرارت لازم است؟

748- برای گرم کردن 2.5 کیلوگرم آب در دمای 20 درجه سانتیگراد چه مقدار حرارت صرف می شود؟

749. وقتی 250 گرم آب از دمای 90 درجه سانتیگراد تا 40 درجه سانتیگراد خنک شد چه مقدار گرما آزاد شد؟

750. برای گرم کردن 0.015 لیتر آب در دمای 1 درجه سانتی گراد چه مقدار گرما لازم است؟

751. مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن حوضچه ای با حجم 300 متر مکعب در 10 درجه سانتی گراد را محاسبه کنید؟

752. برای افزایش دمای 1 کیلوگرم آب از 30 درجه سانتیگراد به 40 درجه سانتیگراد، چه مقدار حرارت باید به آن اضافه شود؟

753. آب با حجم 10 لیتر از دمای 100 درجه سانتیگراد تا دمای 40 درجه سانتیگراد خنک شده است. در این مدت چقدر گرما آزاد شد؟

754. مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن 1 متر مکعب ماسه را در دمای 60 درجه سانتیگراد محاسبه کنید.

755. حجم هوا 60 متر مکعب، ظرفیت حرارتی ویژه 1000 ژول بر کیلوگرم درجه سانتیگراد، چگالی هوا 1.29 کیلوگرم بر متر مکعب. چه مقدار حرارت لازم است تا آن را به 22 درجه سانتیگراد برسانیم؟

756. آب با 10 درجه سانتیگراد گرم شد و 4.20 103 ژول گرما صرف شد. مقدار آب را تعیین کنید.

757. 20.95 کیلوژول گرما به آب با وزن 0.5 کیلوگرم داده شد. اگر دمای اولیه آب 20 درجه سانتی گراد باشد، دمای آب چقدر می شود؟

758. تشت مسی به وزن 2.5 کیلوگرم را با 8 کیلوگرم آب در دمای 10 درجه پر می کنند. چقدر حرارت لازم است تا آب داخل تابه را به جوش بیاوریم؟

759. یک لیتر آب با دمای 15 درجه سانتیگراد در ملاقه مسی به وزن 300 گرم می ریزند، برای گرم شدن آب ملاقه تا 85 درجه سانتی گراد چه مقدار حرارت لازم است؟

760. یک قطعه گرانیت گرم شده به وزن 3 کیلوگرم در آب قرار می گیرد. گرانیت 12.6 کیلوژول گرما را به آب منتقل می کند و در دمای 10 درجه سانتی گراد خنک می شود. ظرفیت گرمایی ویژه سنگ چقدر است؟

761. آب داغ در دمای 50 درجه سانتی گراد به 5 کیلوگرم آب در دمای 12 درجه سانتی گراد اضافه شد و مخلوطی با دمای 30 درجه سانتی گراد به دست آمد. چقدر آب اضافه کردی؟

762. آب در دمای 20 درجه سانتیگراد به 3 لیتر آب در دمای 60 درجه سانتیگراد اضافه شد و در دمای 40 درجه سانتیگراد آب به دست آمد. چقدر آب اضافه کردی؟

763. اگر 600 گرم آب در دمای 80 درجه سانتیگراد را با 200 گرم آب در دمای 20 درجه سانتیگراد مخلوط کنید، دمای مخلوط چقدر خواهد بود؟

764. یک لیتر آب 90 درجه سانتیگراد در آب 10 درجه سانتیگراد ریخته شد و دمای آب به 60 درجه رسید. چند نفر بودند آب سرد?

765. تعیین کنید اگر ظرف قبلاً دارای 20 لیتر آب سرد در دمای 15 درجه سانتیگراد باشد چه مقدار آب گرم گرم شده تا 60 درجه سانتیگراد باید در ظرف ریخته شود. دمای مخلوط باید 40 درجه سانتیگراد باشد.

766. تعیین کنید برای گرم کردن 425 گرم آب در دمای 20 درجه سانتیگراد چه مقدار حرارت لازم است.

767. اگر آب 167.2 کیلوژول دریافت کند 5 کیلوگرم آب چند درجه گرم می شود؟

768- برای گرم کردن متر گرم آب در دمای t1 تا دمای t2 چقدر گرما لازم است؟

769. 2 کیلوگرم آب در دمای 15 درجه سانتیگراد در گرماسنج ریخته می شود. اگر یک وزنه برنجی 500 گرمی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم شده باشد، آب کالری سنج تا چه دمایی گرم می شود؟ ظرفیت گرمایی ویژه برنج 0.37 کیلوژول بر (کیلوگرم درجه سانتیگراد) است.

770. تکه های مس و قلع و آلومینیوم هم حجم هست. کدام یک از این قطعات بیشترین و کدام کمترین ظرفیت حرارتی را دارد؟

771. 450 گرم آب که دمای آن 20 درجه سانتیگراد بود در کالریمتر ریخته شد. هنگامی که 200 گرم از براده های آهن که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم شده بود در این آب غوطه ور شد، دمای آب به 24 درجه سانتیگراد رسید. ظرفیت گرمایی ویژه خاک اره را تعیین کنید.

772. گرماسنج مسی به وزن 100 گرم، 738 گرم آب را در خود جای می دهد که دمای آن 15 درجه سانتی گراد است. 200 گرم مس در دمای 100 درجه سانتیگراد به داخل این کالریمتر ریخته شد و پس از آن دمای کالری سنج به 17 درجه سانتیگراد افزایش یافت. ظرفیت حرارتی ویژه مس چقدر است؟

773. یک گلوله فولادی به وزن 10 گرم از کوره بیرون آورده و در آب با دمای 10 درجه سانتیگراد قرار می دهند. دمای آب به 25 درجه سانتیگراد افزایش یافت. اگر جرم آب 50 گرم بود دمای توپ در فر چقدر بود؟ ظرفیت گرمایی ویژه فولاد 0.5 کیلوژول بر (کیلوگرم درجه سانتیگراد) است.

777. 50 گرم آب در دمای 19 درجه سانتیگراد در آب با وزن 150 گرم در دمای 35 درجه سانتیگراد ریخته شد. دمای مخلوط چقدر است؟

778. آب به وزن 5 کیلوگرم در دمای 90 درجه سانتیگراد در دیگ چدنی به وزن 2 کیلوگرم در دمای 10 درجه سانتیگراد ریخته شد. دمای آب چقدر بود؟

779. کاتر فولادی به وزن 2 کیلوگرم تا دمای 800 درجه سانتیگراد گرم شد و سپس در ظرفی حاوی 15 لیتر آب در دمای 10 درجه سانتیگراد فرو رفت. آب ظرف تا چه دمایی گرم می شود؟

(نشان: برای حل این مشکل باید معادله ای ایجاد کرد که در آن دمای مجهول آب در ظرف پس از پایین آوردن کاتر مجهول در نظر گرفته شود.)

780. اگر 0.02 کیلوگرم آب در دمای 15 درجه سانتیگراد، 0.03 کیلوگرم آب در دمای 25 درجه سانتیگراد و 0.01 کیلوگرم آب در دمای 60 درجه سانتیگراد مخلوط کنید، آب به چه دمایی می رسد؟

781. برای گرم کردن یک کلاس با تهویه مناسب، مقدار حرارت مورد نیاز 4.19 مگاژول در ساعت است. آب در دمای 80 درجه سانتیگراد وارد رادیاتورهای گرمایشی شده و در دمای 72 درجه سانتیگراد از آنها خارج می شود. در هر ساعت چقدر آب باید به رادیاتورها برسد؟

782. سرب به وزن 0.1 کیلوگرم در دمای 100 درجه سانتیگراد در گرماسنج آلومینیومی به وزن 0.04 کیلوگرم حاوی 0.24 کیلوگرم آب در دمای 15 درجه سانتیگراد غوطه ور شد. پس از آن درجه حرارت در کالری سنج به 16 درجه سانتیگراد رسید. گرمای ویژه سرب چقدر است؟

وقتی درباره روش های گرمایش خانه، گزینه های کاهش نشت گرما بحث می کنیم، باید بفهمیم که گرما چیست، در چه واحدهایی اندازه گیری می شود، چگونه منتقل می شود و چگونه از دست می رود. در این صفحه اطلاعات اولیه از دوره فیزیک لازم برای در نظر گرفتن همه موارد فوق ارائه می شود.

گرما یکی از راه های انتقال انرژی است

انرژی که جسم در فرآیند تبادل حرارت با محیط دریافت می کند یا از دست می دهد، مقدار گرما یا به سادگی گرما نامیده می شود.

به معنای دقیق، گرما یکی از راه های انتقال انرژی است و تنها مقدار انرژی منتقل شده به سیستم معنای فیزیکی دارد، اما کلمه گرما در مفاهیم علمی ثابت شده مانند جریان گرما، ظرفیت گرما، گرمای انتقال فاز، گرمای یک واکنش شیمیایی، هدایت حرارتی، و غیره. بنابراین، در جایی که چنین واژه‌ای گمراه‌کننده نیست، مفاهیم «گرما» و «مقدار گرما» مترادف هستند. با این حال، این اصطلاحات تنها در صورتی قابل استفاده هستند که داده شوند تعریف دقیقو به هیچ وجه نمی توان «مقدار گرما» را یکی از مفاهیم اولیه ای دانست که نیاز به تعریف ندارد. برای جلوگیری از اشتباه، مفهوم "گرما" باید دقیقاً به عنوان روش انتقال انرژی درک شود و مقدار انرژی منتقل شده توسط این روش با مفهوم "میزان گرما" مشخص می شود. توصیه می شود از عبارت "انرژی حرارتی" خودداری شود.

گرما بخش جنبشی انرژی درونی یک ماده است که توسط حرکت بی نظم شدید مولکول ها و اتم هایی که این ماده از آن تشکیل شده است تعیین می شود. دما معیاری برای سنجش شدت حرکت مولکولی است. مقدار گرمای یک جسم در دمای معین به جرم آن بستگی دارد. به عنوان مثال، در همان دما، یک فنجان بزرگ آب حاوی گرمای بیشتری نسبت به یک فنجان کوچک است، و یک سطل آب سرد ممکن است گرمای بیشتری نسبت به یک فنجان آب گرم داشته باشد (اگرچه دمای آب در سطل کمتر است) .

گرما نوعی انرژی است و بنابراین باید با واحد انرژی اندازه گیری شود. که در سیستم بین المللیواحد انرژی SI ژول (J) است. همچنین می توان از یک واحد غیر سیستمی کمیت گرما - کالری استفاده کرد: کالری بین المللی برابر با 4.1868 J است.

تبادل حرارت و انتقال حرارت

انتقال حرارت فرآیند انتقال گرما در یک جسم یا از جسمی به جسم دیگر به دلیل اختلاف دما است. شدت انتقال حرارت به خواص ماده، اختلاف دما بستگی دارد و از قوانین تجربی تعیین شده طبیعت پیروی می کند. برای ایجاد کارآمد سیستم های گرمایش یا سرمایش، موتورهای مختلف، نیروگاه ها و سیستم های عایق حرارتی، باید اصول انتقال حرارت را بدانید. در برخی موارد، تبادل حرارت نامطلوب است (عایق حرارتی کوره های ذوب، سفینه های فضاییو غیره)، در حالی که در دیگران باید تا حد امکان بزرگ باشد (دیگ بخار، مبدل های حرارتی، ظروف آشپزخانه). سه نوع اصلی انتقال حرارت وجود دارد: رسانایی، همرفتی و انتقال حرارت تابشی.

رسانایی گرمایی

اگر در داخل بدن اختلاف دما وجود داشته باشد، انرژی حرارتی از قسمت گرمتر بدن به قسمت سردتر منتقل می شود. این نوع انتقال حرارت که در اثر حرکات حرارتی و برخورد مولکول ها ایجاد می شود، هدایت حرارتی نامیده می شود. هدایت حرارتی میله با مقدار تخمین زده می شود جریان دما، که به ضریب هدایت حرارتی، سطح مقطعی که گرما از طریق آن منتقل می شود و گرادیان دما (نسبت اختلاف دما در انتهای میله به فاصله بین آنها) بستگی دارد. واحد جریان گرما وات است.

رسانایی حرارتی برخی از مواد و مواد
مواد و مواد هدایت حرارتی، W/(m^2*K)
فلزات
آلومینیوم __________________205
برنز ____________________105
تنگستن __________________159
آهن ________________________________67
مس ______________________389
نیکل ________________________________58
سرب ________________________________35
روی ________________________113
مواد دیگر
آزبست _____________________0.08
بتن _________________________________0.59
هوا ______________________0.024
Eider down (شل) ______0.008
چوب (گردو) ________________0.209
خاک اره ______________________0.059
لاستیک (اسفنج) ____________0.038
شیشه _____________________0.75

همرفت

همرفت تبادل حرارتی است که در اثر حرکت توده‌های هوا یا مایع به وجود می‌آید. هنگامی که گرما به مایع یا گاز می رسد، شدت حرکت مولکولی افزایش می یابد و در نتیجه فشار افزایش می یابد. اگر مایع یا گاز از نظر حجم محدود نباشد، منبسط می شود. چگالی موضعی مایع (گاز) کوچکتر می شود و به لطف نیروهای شناوری (ارشمیدسی)، قسمت گرم شده محیط به سمت بالا حرکت می کند (به همین دلیل است که هوای گرم اتاق از رادیاتورها به سقف بالا می رود). در موارد ساده جریان سیال از طریق یک لوله یا جریان در اطراف یک سطح صاف، ضریب انتقال حرارت همرفتی را می توان به صورت تئوری محاسبه کرد. با این حال، هنوز نمی توان یک راه حل تحلیلی برای مشکل همرفت برای یک جریان آشفته یک محیط پیدا کرد.

تابش حرارتی

نوع سوم انتقال حرارت - انتقال حرارت تابشی - با هدایت حرارتی و همرفت متفاوت است زیرا در این حالت گرما از طریق خلاء قابل انتقال است. شباهت آن با سایر روش های انتقال حرارت این است که به دلیل اختلاف دما نیز ایجاد می شود. تابش حرارتی نوعی تابش الکترومغناطیسی است.

خورشید یک ساطع کننده قدرتمند انرژی حرارتی است. حتی در فاصله 150 میلیون کیلومتری زمین را گرم می کند. شدت تابش خورشیدی تقریباً 1.37 W/m2 است.

سرعت انتقال حرارت توسط رسانش و همرفت متناسب با دما است و شار حرارتی تابشی متناسب با توان چهارم دما است.

ظرفیت گرمایی

مواد مختلف توانایی های متفاوتی برای ذخیره گرما دارند. این بستگی به ساختار مولکولی و چگالی آنها دارد. مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای واحد جرم یک ماده به اندازه یک درجه (1 درجه سانتیگراد یا 1 K) ظرفیت گرمایی ویژه آن نامیده می شود. ظرفیت گرمایی بر حسب J/(kg K) اندازه گیری می شود.

معمولاً بین ظرفیت گرمایی در حجم ثابت ( رزومه) و ظرفیت حرارتی در فشار ثابت (با پی) اگر در طی فرآیند گرمایش حجم بدن یا فشار به ترتیب ثابت بماند. به عنوان مثال، برای گرم کردن یک گرم هوا در یک بالون به میزان 1 K، گرمای بیشتری نسبت به همان گرمایش در یک ظرف مهر و موم شده با دیواره های سفت و سخت مورد نیاز است، زیرا بخشی از انرژی منتقل شده به بالون صرف انبساط هوا می شود. نه در گرمایش وقتی با فشار ثابت گرم می شود، بخشی از گرما برای تولید کار انبساط بدن و بخشی برای افزایش انرژی درونی آن استفاده می شود، در حالی که وقتی با حجم ثابت گرم می شود، تمام گرما صرف افزایش انرژی داخلی می شود. با توجه به این اس آرهمیشه بیشتر از رزومه. در مایعات و جامدات، تفاوت بین اس آرو رزومهنسبتا کوچک.

ماشین های حرارتی

موتورهای حرارتی وسایلی هستند که گرما را به کار مفید. نمونه هایی از این ماشین ها عبارتند از کمپرسورها، توربین ها، بخار، موتورهای بنزینی و جت. یکی از معروف ترین موتورهای حرارتی، توربین بخار است که در نیروگاه های حرارتی مدرن استفاده می شود. یک نمودار ساده از چنین نیروگاهی در شکل 1 نشان داده شده است.

برنج. 1. نمودار ساده شده یک نیروگاه توربین بخار که با سوخت های فسیلی کار می کند.

سیال عامل، آب، در دیگ بخار به بخار فوق گرم تبدیل می شود و با سوزاندن سوخت های فسیلی (زغال سنگ، نفت یا گاز طبیعی) گرم می شود. بخار فشار بالاشفت یک توربین بخار را می چرخاند که ژنراتوری را به حرکت در می آورد که برق تولید می کند. بخار خروجی هنگامی که توسط آب جاری خنک می شود متراکم می شود که مقداری از گرما را جذب می کند. سپس آب به برج خنک کننده می رسد و از آنجا بخشی از گرما به اتمسفر آزاد می شود. میعانات با استفاده از پمپ به دیگ بخار برگردانده می شود و کل چرخه تکرار می شود.

نمونه دیگری از موتورهای حرارتی یخچال خانگی است که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. 2.

در یخچال ها و کولرهای خانگی انرژی برای تامین آن از خارج تامین می شود. کمپرسور دما و فشار ماده کار یخچال - فریون، آمونیاک یا دی اکسید کربن را افزایش می دهد. گاز فوق گرم به کندانسور می رسد، جایی که خنک می شود و متراکم می شود و گرما می دهد. محیط. مایع خروجی از لوله های کندانسور از طریق دریچه گاز به داخل اواپراتور می گذرد و بخشی از آن تبخیر می شود که با افت شدید دما همراه است. اواپراتور گرما را از محفظه یخچال می گیرد که سیال کار در لوله ها را گرم می کند. این مایع توسط کمپرسور به کندانسور می رسد و چرخه دوباره تکرار می شود.

انرژی درونی یک جسم می تواند به دلیل کار نیروهای خارجی تغییر کند. برای مشخص کردن تغییر انرژی درونی در حین انتقال حرارت، کمیتی به نام مقدار گرما و نشان‌دهنده Q معرفی می‌شود.

در سیستم بین المللی، واحد گرما و همچنین کار و انرژی، ژول است: = = = 1 ژول.

در عمل، گاهی اوقات از یک واحد غیر سیستمیک کمیت گرما استفاده می شود - کالری. 1 کالری = 4.2 J.

لازم به ذکر است که اصطلاح "کمیت گرما" تاسف بار است. این در زمانی معرفی شد که اعتقاد بر این بود که بدن حاوی مقداری مایع بی وزن و گریزان - کالری است. فرآیند تبادل گرما ظاهراً در این واقعیت است که کالری که از یک جسم به بدن دیگر جریان می یابد، مقدار مشخصی گرما را با خود حمل می کند. اکنون با دانستن مبانی نظریه مولکولی- جنبشی ساختار ماده، متوجه می شویم که اجسام کالری ندارند، مکانیسم تغییر انرژی درونی بدن متفاوت است. با این حال، قدرت سنت زیاد است و ما همچنان از اصطلاحی استفاده می کنیم که بر اساس ایده های نادرست در مورد ماهیت گرما معرفی شده است. در عین حال، با درک ماهیت انتقال حرارت، نباید تصورات نادرست در مورد آن را به طور کامل نادیده گرفت. در مقابل، با تشبیه یک قیاس بین جریان گرما و جریان یک مایع کالری فرضی، مقدار گرما و مقدار کالری، هنگام حل کلاس های معینی از مسائل، می توان فرآیندهای در حال انجام و به درستی تجسم کرد. مشکلات را حل کند در پایان، معادلات صحیحی که فرآیندهای انتقال حرارت را توصیف می‌کنند، یک بار بر اساس ایده‌های نادرست در مورد کالری به عنوان یک حامل گرما به دست آمدند.

اجازه دهید فرآیندهایی را که در نتیجه تبادل حرارت رخ می دهد با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

مقداری آب داخل لوله آزمایش بریزید و با درب آن را ببندید. لوله آزمایش را از میله ای که در پایه ثابت شده آویزان می کنیم و زیر آن شعله باز قرار می دهیم. لوله آزمایش مقدار معینی گرما را از شعله دریافت می کند و دمای مایع موجود در آن بالا می رود. با افزایش دما، انرژی داخلی مایع افزایش می یابد. یک فرآیند فشرده تبخیر رخ می دهد. بخارات مایع در حال انبساط، کار مکانیکی را برای بیرون راندن درپوش از لوله آزمایش انجام می دهند.

بیایید آزمایش دیگری را با یک مدل توپ ساخته شده از یک قطعه لوله برنجی که روی یک گاری سوار شده است انجام دهیم. در یک طرف لوله با یک پلاگ آبنیت محکم بسته شده است که یک پین از آن عبور می کند. سیم ها به پین ​​و لوله لحیم می شوند و به پایانه هایی ختم می شوند که می توان ولتاژ را از شبکه روشنایی به آن ها تامین کرد. بنابراین مدل توپ یک نوع دیگ برقی است.

مقداری آب داخل لوله توپ بریزید و لوله را با درپوش لاستیکی ببندید. بیایید تفنگ را به منبع تغذیه وصل کنیم. برق، عبور از آب، آن را گرم می کند. آب به جوش می آید، که منجر به تشکیل بخار شدید می شود. فشار بخار آب زیاد می شود و در نهایت کار فشار دادن دوشاخه از لوله تفنگ را انجام می دهند.

اسلحه، به دلیل پس زدن، در جهت مخالف خروج شمع می غلتد.

هر دو تجربه با شرایط زیر متحد می شوند. در فرآیند گرم کردن مایع به روش های مختلف، دمای مایع و به تبع آن انرژی داخلی آن افزایش می یابد. برای اینکه مایع به شدت بجوشد و تبخیر شود، باید حرارت دادن آن را ادامه داد.

بخارات مایع به دلیل انرژی درونی خود، کارهای مکانیکی انجام می دادند.

ما وابستگی مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن یک جسم را به جرم، تغییرات دما و نوع ماده بررسی می کنیم. برای مطالعه این وابستگی ها از آب و روغن استفاده می کنیم. (برای اندازه گیری دما در آزمایش، از یک دماسنج الکتریکی ساخته شده از یک ترموکوپل متصل به یک گالوانومتر آینه ای استفاده می شود. یک اتصال ترموکوپل در ظرفی با آب سرد پایین می آید تا دمای ثابت آن تضمین شود. اتصال ترموکوپل دیگر دمای مایع را اندازه گیری می کند. تحت مطالعه).

تجربه شامل سه سری است. در سری اول، برای جرم ثابت یک مایع خاص (در مورد ما، آب)، وابستگی مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن آن به تغییرات دما مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مقدار گرمای دریافتی مایع از بخاری (اجاق برقی) را بر اساس زمان گرمایش با فرض اینکه رابطه مستقیمی بین آنها وجود دارد قضاوت می کنیم. برای اینکه نتیجه آزمایش با این فرض مطابقت داشته باشد، لازم است از جریان گرمای ثابت از اجاق گاز الکتریکی به بدنه گرم شده اطمینان حاصل شود. برای این کار، اجاق برقی را از قبل روشن می کردند تا با شروع آزمایش، دمای سطح آن از بین برود. برای گرم کردن یکنواختتر مایع در طول آزمایش، آن را با استفاده از خود ترموکوپل هم می زنیم. ما قرائت دماسنج را در فواصل منظم تا زمانی که نقطه نوری به لبه ترازو برسد، ثبت می کنیم.

اجازه دهید نتیجه گیری کنیم: بین مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن یک جسم و تغییر دمای آن رابطه مستقیمی وجود دارد.

در سری دوم آزمایش‌ها، مقادیر گرمای لازم برای گرم کردن مایعات یکسان با جرم‌های مختلف را در زمانی که دمای آنها به همان میزان تغییر می‌کند، مقایسه خواهیم کرد.

برای سهولت مقایسه مقادیر به دست آمده، جرم آب برای آزمایش دوم دو برابر کمتر از آزمایش اول در نظر گرفته می شود.

ما دوباره قرائت دماسنج را در فواصل منظم ثبت می کنیم.

با مقایسه نتایج آزمایش اول و دوم می توان به نتایج زیر دست یافت.

در سری سوم آزمایش‌ها، مقادیر گرمای لازم برای گرم کردن جرم‌های مساوی از مایعات مختلف را در زمانی که دمای آنها به همان میزان تغییر می‌کند، مقایسه خواهیم کرد.

روغن را روی اجاق برقی گرم می کنیم که جرم آن برابر با جرم آب در آزمایش اول است. ما قرائت دماسنج را در فواصل منظم ثبت می کنیم.

نتیجه آزمایش این نتیجه را تأیید می کند که مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن جسم با تغییر دمای آن نسبت مستقیم دارد و علاوه بر این، وابستگی این مقدار گرما را به نوع ماده نشان می دهد.

از آنجایی که در این آزمایش از روغنی استفاده شده است که چگالی آن کمتر از چگالی آب است و گرم کردن روغن تا دمای معین به گرمای کمتری نسبت به گرم کردن آب نیاز دارد، می توان فرض کرد که مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن یک جسم به آن بستگی دارد. تراکم

برای آزمایش این فرض، جرم های مساوی آب، پارافین و مس را همزمان روی یک بخاری با قدرت ثابت گرم می کنیم.

بعد از همین مدت دمای مس تقریباً 10 برابر و پارافین تقریباً 2 برابر دمای آب است.

اما مس چگالی بالاتر و پارافین چگالی کمتری نسبت به آب دارد.

تجربه نشان می‌دهد که مقداری که میزان تغییر دمای موادی را که اجسام درگیر در تبادل حرارت از آن‌ها ساخته شده‌اند، مشخص می‌کند، چگالی نیست. این کمیت را ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده می نامند و با حرف c نشان داده می شود.

برای مقایسه ظرفیت های حرارتی ویژه مواد مختلفیک وسیله خاص است این دستگاه از قفسه هایی تشکیل شده است که یک صفحه پارافینی نازک و یک نوار با میله هایی که از آن عبور کرده اند وصل شده است. استوانه های آلومینیومی، فولادی و برنجی در انتهای میله ها ثابت می شوند جرم مساوی.

سیلندرها را با غوطه ور شدن در ظرفی با آب که روی اجاق داغ ایستاده است به همان دما گرم می کنیم. استوانه های داغ را روی قفسه ها محکم می کنیم و آنها را از بست رها می کنیم. سیلندرها به طور همزمان صفحه پارافین را لمس می کنند و با ذوب پارافین شروع به فرو رفتن در آن می کنند. عمق غوطه ور شدن سیلندرهایی با جرم یکسان در یک صفحه پارافینی، زمانی که دمای آنها به همان میزان تغییر می کند، متفاوت است.

تجربه نشان می دهد که ظرفیت حرارتی ویژه آلومینیوم، فولاد و برنج متفاوت است.

با انجام آزمایش های مناسب با ذوب مواد جامد، تبخیر مایعات، احتراق سوخت، وابستگی های کمی زیر را بدست می آوریم.

برای به دست آوردن واحدهای مقادیر خاص، آنها باید از فرمول های مربوطه بیان شوند و در عبارات به دست آمده جایگزین واحدهای گرما - 1 ژول، جرم - 1 کیلوگرم، و برای ظرفیت حرارتی ویژه - 1 K.

واحدهای زیر را دریافت می کنیم: ظرفیت گرمایی ویژه - 1 J/kg·K، سایر گرمای ویژه: 1 J/kg.

هدف آموزشی: مفاهیم کمیت گرما و ظرفیت گرمایی ویژه را معرفی کنید.

هدف رشد: پرورش توجه آموزش فکر کردن، نتیجه گیری

1. به روز رسانی موضوع

2. توضیح مطالب جدید. 50 دقیقه

قبلاً می دانید که انرژی درونی بدن می تواند هم با انجام کار و هم با انتقال حرارت (بدون انجام کار) تغییر کند.

انرژی ای که بدن در حین انتقال حرارت به دست می آورد یا از دست می دهد مقدار گرما نامیده می شود. (در دفتر یادداشت بنویسید)

این بدان معنی است که واحدهای اندازه گیری مقدار گرما نیز ژول هستند ( ج).

ما آزمایشی را انجام می دهیم: دو لیوان در یکی با 300 گرم آب و در دیگری با 150 گرم و یک استوانه آهنی به وزن 150 گرم. هر دو لیوان روی یک کاشی قرار می گیرند. بعد از مدتی دماسنج ها نشان می دهند که آب در ظرفی که بدن در آن قرار دارد سریعتر گرم می شود.

این بدان معناست که گرم کردن 150 گرم آهن به حرارت کمتری نسبت به گرم کردن 150 گرم آب نیاز دارد.

مقدار گرمای منتقل شده به بدن بستگی به نوع ماده ای دارد که بدن از آن ساخته شده است. (در دفتر یادداشت بنویسید)

ما این سوال را مطرح می کنیم: آیا برای گرم کردن اجسام با جرم مساوی، اما متشکل از همان مقدار گرما لازم است؟ مواد مختلف?

ما آزمایشی را با دستگاه Tyndall انجام می دهیم تا ظرفیت گرمایی ویژه را تعیین کنیم.

نتیجه می گیریم: اجسام از مواد مختلف، اما با جرم یکسان، وقتی سرد می شوند تسلیم می شوند و هنگام گرم شدن به تعداد درجه یکسانی نیاز دارند. مقادیر مختلفگرما.

نتیجه گیری می کنیم:

1. برای گرم کردن اجسام با جرم مساوی، متشکل از مواد مختلف، به یک دما، مقادیر متفاوتی گرما لازم است.

2. اجسام با جرم مساوی، متشکل از مواد مختلف و حرارت داده شده به یک درجه. وقتی با همان تعداد درجه سرد شود، مقادیر متفاوتی گرما آزاد می شود.

نتیجه می گیریم که مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن یک واحد جرم از مواد مختلف به اندازه یک درجه متفاوت خواهد بود.

ما تعریف ظرفیت گرمایی ویژه را ارائه می دهیم.

کمیت فیزیکی از نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که باید به جسمی با وزن 1 کیلوگرم منتقل شود تا دمای آن یک درجه تغییر کند، ظرفیت گرمایی ویژه یک ماده نامیده می شود.

واحد اندازه گیری ظرفیت گرمایی ویژه: 1J/kg*درجه را وارد کنید.

معنای فیزیکی این اصطلاح : ظرفیت گرمایی ویژه نشان می دهد که انرژی داخلی 1 گرم (کیلوگرم) یک ماده با گرم یا سرد شدن 1 درجه چقدر تغییر می کند.

بیایید به جدول ظرفیت های گرمایی ویژه برخی از مواد نگاه کنیم.

ما مشکل را تحلیلی حل می کنیم

برای گرم کردن یک لیوان آب (200 گرم) از 20 0 تا 70 0 درجه سانتیگراد چقدر گرما لازم است.

برای گرم کردن 1 گرم در هر گرم، 4.2 ژول مورد نیاز است.

و برای گرم کردن 200 گرم در 1 گرم، 200 گرم بیشتر طول می کشد - 200 * 4.2 J.

و برای گرم کردن 200 گرم (70 0 -20 0) دیگر (70-20) بیشتر طول می کشد - 200 * (70-20) * 4.2 ژول

با جایگزینی داده ها، Q = 200 * 50 * 4.2 J = 42000 J بدست می آوریم.

اجازه دهید فرمول حاصل را بر حسب مقادیر مربوطه بنویسیم

4- مقدار گرمای دریافتی بدن هنگام گرم شدن را چه چیزی تعیین می کند؟

لطفا توجه داشته باشید که مقدار گرمای مورد نیاز برای گرم کردن هر جسم متناسب با جرم بدن و تغییر دمای آن است.

دو استوانه با جرم مساوی وجود دارد: آهن و برنج. آیا همان مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن آنها به همان تعداد درجه است؟ چرا؟

برای گرم کردن 250 گرم آب از 20 درجه تا 60 درجه سانتیگراد چه مقدار گرما لازم است.

چه رابطه ای بین کالری و ژول وجود دارد؟

کالری مقدار حرارت مورد نیاز برای گرم کردن 1 گرم آب در 1 درجه است.

1 کالری = 4.19 = 4.2 J

1 کیلو کالری = 1000 کالری

1kcal=4190J=4200J

3. حل مسئله. 28 دقیقه

اگر استوانه هایی از سرب، قلع و فولاد به وزن یک کیلوگرم را که در آب جوش حرارت داده اند روی یخ قرار دهند سرد شده و بخشی از یخ زیر آنها آب می شود. انرژی داخلی سیلندرها چگونه تغییر می کند؟ زیر کدام سیلندر ذوب می شود؟ یخ بیشتر، تحت کدام - کمتر؟

سنگ گرم شده به وزن 5 کیلوگرم. با سرد شدن 1 درجه در آب، 2.1 کیلوژول انرژی به آن منتقل می کند. ظرفیت گرمایی ویژه سنگ چقدر است؟

هنگام سفت شدن اسکنه، ابتدا آن را تا 650 0 گرم می کردند، سپس آن را در روغن فرو می کردند و در آنجا تا 50 0 درجه سانتیگراد سرد می شد. اگر جرم آن 500 گرم بود، چه مقدار حرارت آزاد می شد.

چه مقدار گرما برای گرم کردن یک بلنک فولادی برای میل لنگ کمپرسور با وزن 35 کیلوگرم از 20 0 تا 1220 0 C استفاده شده است.

کار مستقل

چه نوع انتقال حرارت؟

دانش آموزان جدول را پر می کنند.

1. هوای اتاق از طریق دیوارها گرم می شود.
2. از طریق پنجره باز، که هوای گرم وارد آن می شود.
3. از طریق شیشه ای که پرتوهای خورشید را وارد می کند.
4. زمین توسط پرتوهای خورشید گرم می شود.
5. مایع روی اجاق گاز گرم می شود.
6. قاشق فولادی توسط چای گرم می شود.
7. هوا توسط شمع گرم می شود.
8. گاز در نزدیکی قسمت های مولد سوخت دستگاه حرکت می کند.
9. گرم کردن لوله مسلسل.
10. شیر جوشان.

5. مشق شب: Peryshkin A.V. "فیزیک 8" § 7، 8; مجموعه مسائل 7-8 Lukashik V.I. شماره 778-780, 792,793 2 دقیقه.

مفهوم مقدار گرما بر روی شکل گرفت مراحل اولیهتوسعه فیزیک مدرن، زمانی که هیچ ایده روشنی در مورد آن وجود نداشت ساختار داخلیمواد، انرژی چیست، چه اشکالی از انرژی در طبیعت وجود دارد و انرژی به عنوان شکلی از حرکت و تبدیل ماده.

مقدار حرارت یعنی کمیت فیزیکیمعادل انرژی منتقل شده به یک جسم مادی در فرآیند تبادل حرارت است.

واحد گرما منسوخ شده کالری است، معادل 4.2 ژول؛ امروزه این واحد عملاً استفاده نمی شود و ژول جای آن را گرفته است.

در ابتدا فرض بر این بود که حامل انرژی حرارتی یک محیط کاملاً بی وزن با خواص مایع است. بسیاری از مشکلات فیزیکی انتقال حرارت بر اساس این فرض حل شده و هنوز هم در حال حل شدن است. وجود کالری فرضی مبنای بسیاری از ساختارهای اساساً صحیح بود. اعتقاد بر این بود که کالری در پدیده های گرمایش و سرمایش، ذوب و تبلور آزاد می شود و جذب می شود. معادلات صحیح برای فرآیندهای انتقال حرارت بر اساس مفاهیم فیزیکی نادرست به دست آمد. قانون شناخته شده ای وجود دارد که بر اساس آن مقدار گرما با جرم بدن شرکت کننده در تبادل حرارت و گرادیان دما نسبت مستقیم دارد:

جایی که Q مقدار گرما، m جرم بدن و ضریب است با- کمیتی به نام ظرفیت گرمایی ویژه. ظرفیت گرمایی ویژه مشخصه یک ماده درگیر در یک فرآیند است.

کار در ترمودینامیک

در نتیجه فرآیندهای حرارتی، تمیز کنید کارهای مکانیکی. مثلاً وقتی گاز گرم می شود حجم آن افزایش می یابد. بیایید وضعیتی مانند تصویر زیر بگیریم:

در این حالت کار مکانیکی برابر با نیروی فشار گاز روی پیستون ضرب در مسیر طی شده توسط پیستون تحت فشار خواهد بود. البته این ساده ترین حالت است. اما حتی در آن نیز می توان متوجه یک مشکل شد: نیروی فشار به حجم گاز بستگی دارد، به این معنی که ما با ثابت ها سر و کار نداریم، بلکه با مقادیر متغیر سروکار داریم. از آنجایی که هر سه متغیر: فشار، دما و حجم به یکدیگر مرتبط هستند، محاسبه کار به طور قابل توجهی پیچیده تر می شود. برخی از فرآیندهای ایده آل و بی نهایت آهسته وجود دارد: ایزوباریک، همدما، آدیاباتیک و ایزوکوریک - که چنین محاسباتی را می توان نسبتاً ساده انجام داد. نمودار فشار در مقابل حجم رسم می شود و کار به عنوان انتگرال فرم محاسبه می شود.