Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении: Какое количество теплоты отдает 5л воды при охлаждении с 50° до10°

Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого телом при охлаждении (22 слайда)

Слайд 1

тема урока: «Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого телом при охлаждении»

Слайд 2

Повторение
С каким новым видом энергии вы познакомились? Какими способами можно изменить её? Виды теплопередачи? Чтобы при строительстве верно сконструировать систему отопления, необходимо уметь рассчитывать энергию, которая будет уходить в окружающую

Слайд 3

Устный опрос
Дайте определение количества теплоты. Какова единица количества теплоты? Дайте определение старинной единицы количества теплоты – калории.

Слайд 4

Устный опрос
2) От каких величин зависит количество теплоты. Полученное телом в процессе теплопередачи?

Слайд 5

Устный опрос
3) Какое количество теплоты требуется для а) нагревания 1 г воды на 1 °С? на 2°С? б) одного килограмма воды на 1 °С? на 2°С?

Слайд 6

Устный опрос
4) Что показывает удельная теплоемкость вещества? Какова единица этой физической величины?

Слайд 7

Чтобы узнать с какой физической величиной будет связан урока, ответить на вопросы

Прибор для измерения температуры тела. Может быть потенциальной и кинетической. Она измеряется в градусах. С помощью какого вида теплопередачи нам передается тепло от Солнца. Единица измерения количества теплоты. Одно из агрегатных состояний вещества. Наука о явлениях природы.

Слайд 8

Этап получения новых знаний
Вычислить количество теплоты , полученного железной деталью (с=460 ) при нагревании от 20 до 620 °С(∆t=600°С): 1 кг железа на 1°С – 460 Дж. 5 кг железа на 1°С – 460 Дж • 5 = 2300 Дж. 5 кг на 600°С – 2300 Дж • 600 = 1380000 Дж = =1,38 МДж

Слайд 9

Правило:
чтобы подсчитать количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении. Нужно удельную теплоемкость вещества умножить на массу тела и на разность между большей и меньшей его температурами.

Слайд 10

Количество тепла, необходимое для повышения температуры с t1 до t2 тела массой m можно рассчитать по следующей формуле: Q = сm (t2 – t1) , Дж где m — масса тела, кг; с — удельная теплоемкость, Дж/(кг*0С) t1 – начальная температура oC t2 – конечная температура oC

Слайд 11

Расчет количества теплоты
Величина.

Обозначение.Единицы измерения
Количество теплоты.Q.Дж
Удельная теплоемкость.с.Дж/кг· оС
Масса.m.кг
Начальная температура.t1.оС
Конечная  температура.t2.оС
Разность температур.Δt.оС

Слайд 12

Q = C m (t – t) , Дж
tк
tн
нагревание
охлаждение

Слайд 13

Практическая работа
Какое количество теплоты необходимо , чтобы нагреть воду до кипения. Данные до нагревания взять из рисунка

Слайд 14

Этап обобщения и закрепления нового материала. Решение задач
1 задача: Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 20 до 1120°С стальной детали массой 30 кг? Дано: Решение: с=500 m=30 кг t1° = 20°C t2°= 1120°C Q=?

Слайд 15

Решение задач
1 задача: Какое количество теплоты необходимо для нагревания от 20 до 1120°С стальной детали массой 30 кг? Дано: Решение: с=500 Q=cm (t2°- t1°) m=30кг Q=30 кг•500 (1120°С — 20°С) = t1° = 20°C =16.

500.000 Дж. t2°= 1120°C Q = 16500000 Дж = 16500кДж = 16,5 МДж Q=? Ответ: Q=16,5 МДж

Слайд 16

Задача №2: Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50°С до 10°С?
Дано:.СИ.Решение:
V= 5л с = 4200 Дж/(кг °С) t0 = 50°С t1 = 10°С p = 1000 кг/м3..p = 1000 кг/м3, m = pV m = 1000 кг/м3·5·10-3м3 =5 кг. Q = cm(t1 -t0) Q = 4200 Дж/(кг °С) ·5 кг·(10°С-50°С) =-=840кДж   Ответ: Q=-840кДж
Q=?.
.
Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.

Слайд 17

Задача №3 Для нагревания куска цинка массой 100 г потребовалось 15 кДж теплоты. До какой температуры был нагрет кусок цинка, если его начальная температура была равна 25°С?

Дано:.СИ.Решение:
m =100 г Q =15 кДж t0 = 25°С сц = 400 Дж/(кг °С)  t = ?.0,1 кг 15000 Дж.Q = cm(t -t0), где сц=400 Дж/(кг °С) Q= cm(t -t0) Q = cmt- cmt0 сmt = Q+ cmt0 t = (Q+ cmt0)/ cm t = Q/ cm + t0 t = 15000Дж/400 Дж/(кг °С)*0,1 кг+25°С=400°С Ответ: t=400°С

Слайд 18

1. Что потребует большего количества теплоты для нагревания на 1°С: стакан воды или бидон воды? 2. Что потребует большего количества теплоты для нагревания на 1°С: 100 г воды или 100 г меди? 3. Какое вещество имеет наименьшую удельную теплоемкость? 4. Какое вещество имеет наибольшую удельную теплоемкость? 5. Какое количество теплоты необходимо для нагревания железа массой 1 г на 1°С? 6. Чтобы повысить температуру на 1°С олова массой 1 кг, требуется 230 Дж. Какова удельная теплоемкость олова? 7. Алюминиевая деталь массой 1 кг остывает на 1°С. Какое количество теплоты выделится при остывании детали? 8. Чугунную деталь массой 1 кг нагрели на 1°С. На сколько увеличилась при этом внутренняя энергия детали?

Слайд 19

Практическая работа:
Измерять количество теплоты ученые стали задолго до того, как в физике появилось понятие энергии. Тогда была установлена особая единица измерения количества теплоты – КАЛОРИЯ (кал) (Калория – от лат. слова калор – тепло, жар) 1 ккал – 1000 кал 1 кал = 4,19 Дж ≈ 4,2 Дж 1 ккал = 4190 Дж ≈ 4200Дж ≈ 4,2 кДж

Слайд 20

Лабораторная работа № 1 Сравнение количества теплоты при смешивании воды разной температуры

Слайд 21

Решите задачи №3(а,б) из упр. 5

Слайд 22

Домашнее задание: §10; задача упр.5 №4

Страница не найдена – ФГОС online

Извините, страница не найдена. Она была удалена или переименована. Но вы можете перейти на главную страницу либо на страницу любой олимпиады.

Олимпиады для работников ДОУ
Олимпиады для учителей и педагогов

Олимпиады для студентов
Олимпиады для дошкольников
Олимпиады по предметам
Олимпиады 1 класс
Олимпиады 2 класс
Олимпиады 3 класс
Олимпиады 4 класс
Олимпиады 5 класс
Олимпиады 6 класс
Олимпиады 7 класс
Олимпиады 8 класс
Олимпиады 9 класс
Олимпиады 10 класс
Олимпиады 11 класс

Search for:

ТОП курсов повышения квалификации

ТОП курсов профессиональной переподготовки

Функциональная грамотность школьников	Организация деятельности педагогических работников по классному руководству
Система сопровождения ребенка с ОВЗ в общеразвивающем детском саду	Основы религиозных культур и светской этики (ОРКСЭ): теория и методика преподавания в образовательной организации
Патриотическое воспитание в системе работы воспитателя общеобразовательной организации	Организация деятельности педагога-воспитателя группы продленного дня
Активизация познавательной деятельности младших школьников с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) как стратегия повышения успешной учебной деятельности	Профилактика коронавируса, гриппа и других острых респираторных вирусных инфекций в образовательных организациях
Здоровьесберегающие технологии в физическом развитии дошкольников и их применение в условиях ФГОС ДО	Применение современных педагогических технологий в образовательном процессе в условиях реализации ФГОС
Дистанционное обучение как современный формат преподавания	Гражданская оборона и защита от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера
Организация образовательной деятельности в соответствии с требованиями ФГОС НОО (федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования), утвержденного приказом Министерства просвещения РФ № 286 от 31 мая 2021 года	Охрана труда
Организация образовательной деятельности в соответствии с требованиями ФГОС ООО (федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования), утвержденного приказом Министерства просвещения РФ № 287 от 31 мая 2021 года	Оказание первой помощи детям и взрослым
Пожарно-технический минимум (ПТМ)	Пожарная безопасность

14.

2 Изменение температуры и теплоемкость

Цели обучения

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Наблюдение за теплопередачей и изменением температуры и массы
• Расчет конечной температуры после теплообмена между двумя объектами

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: при нагревании температура повышается, а при охлаждении снижается. Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что над системой или системой не совершается никакой работы. Опыты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов — изменения температуры, массы системы, вещества и фазы вещества.

Рис. 14.4 Количество теплоты QQ size 12{Q} {}, переданное для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также вовлеченного вещества и фазы. а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m,m, размера 12{m} {} нужно добавить удвоенное тепло. б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, нужно добавить в два раза больше тепла. в) Количество переданного тепла зависит от вещества и его фазы. Если для изменения температуры ΔTΔT размера 12{ΔT} {} в данной массе меди требуется количество QQ размера 12{Q} {} тепла, то потребуется в 10,8 раз большее количество тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры. в одной и той же массе воды при условии отсутствия фазового перехода ни в одном из веществ.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Благодаря тому, что средняя кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и числу атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, теплота пропорциональна массе вещества и изменению температуры.

Переносимое тепло также зависит от вещества, так что, например, теплота, необходимая для повышения температуры, для спирта меньше, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемая теплота также зависит от фазы — газообразной, жидкой или твердой.

Теплопередача и изменение температуры

Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры содержит все три фактора

14.3 Q=mcΔT, Q=mcΔT, размер 12{Q= ital «mc»ΔT,} {}

где Размер QQ 12{Q} {} — это символ теплопередачи, размер 12 мм {m} {} — это масса вещества, а ΔTΔT — изменение температуры. Символ cc size 12{c} {} обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC1,00 ºC. Удельная теплоемкость cc является свойством вещества; его единица СИ — Дж/(кг⋅К)Дж/(кг⋅К) или Дж/(кг⋅ºC).Дж/(кг⋅ºC). Напомним, что изменение температуры (ΔT)(ΔT) одинаково в единицах кельвина и градусах Цельсия. Если теплоотдачу измерять в килокалориях, то единица удельной теплоемкости равна ккал/(кг⋅ºC).ккал/(кг⋅ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их расчета. В общем случае удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 14.1 приведены репрезентативные значения удельной теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, зависимость теплоемкости большинства веществ от температуры и объема слабая. Из этой таблицы мы видим, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, а это значит, что требуется в пять раз больше теплоты, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и для стекла, и в десять раз больше, чем для стекла. много тепла, чтобы поднять температуру воды, как для железа. На самом деле вода имеет одну из самых больших удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 14.1 Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля весом 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20 ºC20 ºC до 80 ºC80 ºC. а) Какое количество тепла потребуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (b) кастрюли и (c) воды?

Стратегия

Посуда и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и сковороды увеличивается на одинаковую величину. Воспользуемся уравнением теплообмена при заданном изменении температуры и массы воды и алюминия. Удельные теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 14.1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, сковорода и вода имеют одинаковую температуру.

1. Рассчитать разницу температур.

   14,4 ΔT=Tf-Ti=60 ºC ΔT=Tf-Ti=60 ºC

2. Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг/м3, 1000 кг/м3, один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 л воды равна mw=0,250 кгmw=0,250 кг size 12{m rSub { size 8{w} } =0 «.» «25»`»кг»} {}.
3. Рассчитайте теплоту, переданную воде. Используйте удельную теплоемкость воды из таблицы 14.1.

   14,5 Qw=mwcwΔT=0,250 кг4186 Дж/кгºC60 ºC=62,8 кДжQw=mwcwΔT=0,250 кг4186 Дж/кгºC60 ºC=62,8 кДж

4. Рассчитайте тепло, переданное алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия из таблицы 14.1:

   14,6 QAl=mAlcAlΔT=0,500 кг900 Дж/кгºC60 ºC= 27 × 104 Дж = 27 кДжQAl=mAlcAlΔT=0,500 кг900 Дж/кгºC60 ºC= 27 × 104 Дж = 27 кДж

5. Сравните процент тепла, поступающего в кастрюлю, и процент тепла, поступающего в воду. Сначала найдите общее количество переданного тепла.

   14,7 QTotal=QW+QAl=62,8кДж+ 27,0кДж = 89,8кJQTotal=QW+QAl=62,8кДж+ 27,0кДж = 89,8кДж размер 12{Q rSub { размер 8{«Всего»} } =Q rSub { размер 8{W} } +Q rSub { size 8{«Al»} } =»62″ «. » 8`»кДж»+»89″ «.» 5`»кДж = 152″ «.» 3`»кДж»} {}

Таким образом, количество тепла, идущего на нагрев сковороды, составляет

14,8 27,0 кДж89,8 кДж×100%=30,1%, 27,0кДж89,8кДж×100%=30,1%, размер 12{ { {«62» «.» 8`»кДж»} свыше {«152» «.» 3`»кДж»} } умножить на «100»%=»41″%} {}

, и количество, идущее на нагрев воды, равно

14,9 62,8кДж89,8кДж×100%=69,9%.62,8кДж89,8кДж×100%=69,9%. размер 12 { { {«62» «.» 8`»кДж»} более {«89» «.» 8`»кДж»} } раз «100»%=»69,9″% «.» } {}

Обсуждение

В этом примере тепло, переданное контейнеру, составляет значительную долю от общего количества переданного тепла. Хотя масса кастрюли в два раза больше массы воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевой кастрюлей.

Рис. 14.5 Дымящиеся тормоза на этом грузовике являются видимым свидетельством механического эквивалента тепла.

Пример 14.2. Расчет увеличения температуры по работе, совершаемой над веществом: перегрев тормозов грузовика при движении под уклон тормозной материал. Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика. Проблема заключается в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы достаточное количество тепла передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж/кг⋅ºC800 Дж/кг⋅ºC, если материал сохраняет 10 % энергии от 10000-килограммового грузовика, спускающегося с высоты 75 м при вертикальном перемещении с постоянной скоростью.

Стратегия

Если тормоза не задействованы, гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При торможении потенциальная энергия гравитации преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию (Mgh)(Mgh) размером 12{ \( ital «Mgh» \) } {}, которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры только в тормозном материале.

Решение

1. Рассчитайте изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика под уклон.

   14,10 Mgh=10 000 кг9,80 м/с275 м=7,35×106JMgh=10000 кг9,80 м/с275 м=7,35×106J

2. Рассчитайте температуру по переданному теплу, используя Q= MghQ= Mgh size 12{Q»= » ital «Mgh»} {} и

   14.11 ΔT=Qmc, ΔT=Qmc, размер 12{ΔT= {{Q} над {итал. «mc»} } } {}

   , где мм — масса тормозного материала. Подставьте значения m=100 кгm=100 кг и c=800 Дж/кг⋅ºCc=800 Дж/кг⋅ºC, чтобы найти

   14,12 ΔT=7,35×106J100 кг800 Дж/кгºC=92 ºC. ΔT=7,35×106J100 кг800 Дж/кгºC=92 ºC.

Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик какое-то время ехал, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, повысит температуру тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод нецелесообразен. Однако та же идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, где механическая энергия — гравитационная потенциальная энергия — преобразуется тормозами в электрическую энергию аккумулятора.

Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж/кг⋅ºC	ккал/кг⋅ºC 2
Алюминий	900	0,215
Асбест	800	0,19
Бетон, гранит (средний)	840	0,20
Медь	387	0,0924
Стекло	840	0,20
Золото	129	0,0308
Тело человека (в среднем при 37 °С)	3 500	0,83
Лед (средний, от –50 °C до 0 °C)	2 090	0,50
Железо, сталь	452	0,108
Свинец	128	0,0305
Серебро	235	0,0562
Дерево	1 700	0,4
Жидкости
Бензол	1 740	0,415
Этанол	2 450	0,586
Глицерин	2 410	0,576
Меркурий	139	0,0333
Вода (15,0°С)	4 186	1. 000
Газы 3
Воздух (сухой)	721 (1 015)	0,172 (0,242)
Аммиак	1 670 (2 190)	0,399 (0,523)
Углекислый газ	638 (833)	0,152 (0,199)
Азот	739 (1040)	0,177 (0,248)
Кислород	651 (913)	0,156 (0,218)
Пар (100 °C)	1 520 (2 020)	0,363 (0,482)

Таблица 14.1 Удельная теплоемкость ¹ различных веществ

Обратите внимание, что пример 14. 2 является иллюстрацией механического эквивалента теплоты. В качестве альтернативы, повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы вместо механического.

Пример 14.3 Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: наливание холодной воды на горячую сковороду

Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды температурой 20ºC20ºC (около чашки) в 0,500-килограммовую алюминиевую кастрюлю с температурой 150 ºC150 ºC. Предположим, что кастрюля находится на изолированной подушке и что незначительное количество воды выкипает. При какой температуре вода и кастрюля через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Кастрюля размещена на изолирующей прокладке, чтобы обеспечить небольшой теплообмен с окружающей средой. Первоначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Затем теплопередача восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и кастрюля соприкасаются. Поскольку теплопередача между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испаряемой воды пренебрежимо мала, а величина тепла, теряемого кастрюлей, равна теплу, приобретаемому водой. Обмен теплом прекращается, как только достигается тепловое равновесие между чашей и водой. Теплообмен можно записать как ∣Qгор.∣=Qхол.∣Qгоряч.∣=Qхол. size 12{ \lline Q rSub { size 8{«горячий»} } \lline =Q rSub { size 8{«холодный»} } } {}

Решение

1. Используйте уравнение теплопередачи Q=mcΔTQ=mcΔT размер 12{Q= итал. «mc»ΔT} {}, чтобы выразить потери тепла алюминиевой кастрюлей через массу кастрюли, удельную теплоемкость алюминия , начальная температура кастрюли и конечная температура.

   14.13 Qhot=mAlcAlTf-150 ºCQhot=mAlcAlTf-150 ºC

2. Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру.

   14.14 Qхолд=mWcWTf-20,0 ºCQхолд=mWcWTf-20,0 ºC

3. Обратите внимание, что Qhot0Qhot0 size 12{Q rSub { size 8{«hot»} } и Qcold>0Qcold>0 size 12{Q rSub { size 8{«cold»} } >0} {}, и что их сумма должна равняться нулю потому что тепло, потерянное горячей кастрюлей, должно быть таким же, как тепло, полученное холодной водой.

   14.15 Qхолод + Qгор = 0, Qхол = –Qгор,mWcWTf−20,0 ºC=−mAlcAlTf−150 ºCQхолод + Qгор=0,Qхолод = –Qгор,mWcWTf−20,0 ºC=−mAlcAlTf−150 ºC

4. Это уравнение для неизвестной конечной температуры, Tf.Tf. размер 12 {T rSub { размер 8 {f} } } {}
5. Перенесите все термины, включающие TfTf size 12{T rSub { size 8{f} } } {}, в левую часть, а все остальные термины в правую. Найдите TfTf size 12{T rSub { size 8{f} } } {}

   14.16 Tf=mAlcAl150 ºC+mWcW20.0 ºCmAlcAl+mWcW,Tf=mAlcAl150 ºC+mWcW20.0 ºCmAlcAl+mWcW,

   и вставьте числовое значение значения

   14,17 Tf=0,500 кг900 Дж/кгºC150 ºC+0,250 кг4 186 Дж/кгºC20,0 ºC0,500 кг900 Дж/кгºC+0,250 кг4 186 Дж/кгºC=88 430 Дж1496,5 Дж/ºC=59,1 ºC.0Tf=0,500 кг кг900 Дж/кгºC150 ºC+0,250 кг4 186 Дж/кгºC20,0 ºC0,500 кг900 Дж/кгºC+0,250 кг4,186 Дж/кгºC=88 430 Дж1496,5 Дж/ºC=59,1 ºC.

Обсуждение

Это типичная калориметрическая задача: два тела с разными температурами соприкасаются друг с другом и обмениваются теплотой, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к 20 ºC20 ºC, чем к 150 ºC150 ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, таким образом, претерпевает небольшое изменение температуры при заданной теплопередаче. Большому водоему, такому как озеро, требуется большое количество тепла, чтобы заметно повысить его температуру. Это объясняет, почему температура озера остается относительно постоянной в течение дня даже при больших изменениях температуры воздуха. Однако температура воды меняется в течение более длительного времени, например, с лета на зиму.

Самостоятельный эксперимент: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Чтобы изучить различия в теплоемкости, выполните следующие действия.

• Поместите равные массы сухого песка или почвы и воды одинаковой температуры в два небольших сосуда. Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза выше, чем у воды, поэтому вы можете получить примерно равные массы, используя на 50 процентов на 12{«50%»} {} больше воды по объему.
• Нагрейте оба продукта с помощью духовки или лампы накаливания в течение одинакового времени.
• Запишите конечную температуру двух масс.
• Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
• Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые пять минут в течение примерно 30 минут.

Какой образец остывает быстрее? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за наземные и морские бризы.

Проверьте свои знания

Если для повышения температуры блока с 25 ºC25 ºC до 30 ºC30 ºC требуется 25 кДж, то какое количество теплоты необходимо для нагревания блока с 45 ºC45 ºC до 50 ºC50 ºC?

Решение

Теплопередача зависит только от разницы температур. Так как разность температур одинакова в обоих случаях, то и во втором случае необходимы одни и те же 25 кДж.

Сноски

• 1 Значения для твердых и жидких веществ даны при постоянном объеме и температуре 25 ºC25 ºC, если не указано иное.
• 2 Эти значения идентичны в единицах кал/г⋅ºКкал/г⋅ºC.
• 3 cvcv при постоянном объеме и температуре 20ºC20ºC, если не указано иное, и среднем давлении 1,00 атм. В скобках указаны cpcp при постоянном давлении в один атм.

• Печать
• Поделиться

Решения для домашних заданий, главы 13–14

Решения для домашних заданий, главы 13–14

Глава 13 , Глава 14

Глава 13

Вопросы:

2) При нагревании ртутного термометра ртуть расширяется. Что происходит, когда ртуть расширяется? Появляется ли больше молекул ртути или увеличивается расстояние между молекулами?

Ответ: Очевидно, что новая ртуть не добавляется и не теряется в герметичном термометре. Ртуть расширяется, потому что атомы находятся дальше друг от друга. Это означает, что они не так плотно упакованы и что плотность стала меньше.

3) Почему иногда легче снять крышку с плотно закрытой банки, прогрев ее под горячей проточной водой?

Ответ: Обычно, когда продукты питания запечатываются в банках, они запечатываются в горячем виде. Когда банка остывает и воздух над продуктом охлаждается, давление воздуха уменьшается. При нагревании кувшина воздух над продуктом в кувшине нагревается и слегка повышает давление, приближая его к атмосферному давлению и открывая его легче.

4) Закрытая бутылка, помещенная в огонь, внезапно взорвется. Почему?

Ответ: По мере нагревания газа в закрытой бутылке давление будет расти. Когда давление будет больше, чем может выдержать бутылка, она взорвется.

5) Как вы думаете, в жаркий день молекулы воздуха в среднем ближе друг к другу, дальше друг от друга или на том же расстоянии друг от друга, что и в холодный день? Предположим, что атмосферное давление одинаково в оба дня.

Ответ: В жаркий день молекулы воздуха будут дальше друг от друга. Когда газ нагрет, он попытается расшириться и уменьшить плотность, чтобы молекулы оказались дальше друг от друга.

6) Круглое кольцо нагревают с 20°С до 80°С. Отверстие в кольце станет больше или меньше?

Ответ: Отверстие станет больше. Помните демонстрацию с алюминиевыми шариком и кольцом, которую я делал в классе. Другой способ подумать об этом — представить себе разрезание кольца и сгибание его в прямой кусок металла. Когда прямой металлический стержень нагревается, он расширяется в длину. Теперь согните его обратно в круглое кольцо. Окружность стала больше, поэтому должен увеличиться и радиус отверстия.

12) Если температуру газа повысить с 20 °С до 100 °С, во сколько раз увеличится кинетическая энергия молекул?

Ответ: Преобразование температуры в Кельвины, 20°C = 293K и 100°C = 373K. Температура повысилась в 2 раза. Таким же фактором будет увеличение кинетической энергии, поскольку кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна температуре.

Упражнения:

1) Комнатная температура часто определяется как 68 °F. Какая это температура по шкале Цельсия? По абсолютной шкале?

Ответ: По формуле находим . В абсолютной шкале мы просто прибавляем 273 К к °C, так что получается .

2) В жаркий день на улице 90 °F. Что это в градусах Цельсия?

Ответ:

9) Если газ сжать до одной пятой своего первоначального объема, но при этом поддерживать постоянную температуру, что произойдет с давлением?

Ответ: Из закона Бойля мы знаем, что . Если объем составляет одну пятую от первоначального, то давление должно быть в пять раз больше. Это связано с тем, что пять умножить на одну пятую равно единице, или , сохраняя значение PV продукта постоянным.

11) Если давление газа увеличить втрое, что произойдет с его объемом, если поддерживать постоянную температуру?

Ответ: Как и в предыдущей задаче, чтобы объем PV оставался постоянным, объем должен составлять одну треть его первоначального объема.

12) Температура газа в стеклянном сосуде увеличена с 300К до 600К. Как меняется давление?

Ответ: Поскольку температуры уже выражены в градусах Кельвина, мы можем напрямую рассчитать коэффициент, на который увеличилась температура. Мы легко можем видеть, что температура удвоилась. В таком случае, по закону Шарля, давление тоже удвоится.

Глава 14

Вопросы:

3) Почему вы ожидаете, что температура воды внизу водопада будет немного выше, чем наверху?

Ответ: Вода в водопаде теряет гравитационную потенциальную энергию и приобретает кинетическую энергию при падении. Когда он достигает дна, он сталкивается (неупруго) с водой под водопадом. При неупругом ударе механическая энергия переходит в тепловую, которая должна слегка нагревать воду.

5) Охлаждает ли воздух электрический вентилятор? Почему или почему нет? Если нет, то зачем его использовать?

Ответ: Электрический вентилятор использует электричество, а двигатель вентилятора имеет сопротивление, поэтому он фактически вырабатывает тепловую энергию, нагревая воздух вокруг себя. Причина, по которой вентилятор может охладить нас, заключается в том, что он приносит более сухой воздух к нашим телам, который затем может уносить влагу, испарившуюся с наших тел. Влага уносит тепловую энергию от наших тел, когда испаряется, охлаждая нас.

7) Удельная теплоемкость воды достаточно велика. Объясните, почему этот факт делает воду особенно подходящей для систем отопления (т. е. радиаторов горячего водоснабжения).

Ответ: Поскольку вода имеет большую удельную теплоемкость, вода может нести большое количество тепла. Это тепло может быть использовано для обогрева большого количества воздуха и обогрева помещений.

8) Почему вода в фляге остается прохладнее, если тканевая куртка вокруг фляги остается влажной?

Ответ: Вода, испаряющаяся из фляги, требует тепловой энергии, чтобы превратиться в газ, и часть этой энергии она получает от фляги, поддерживая ее прохладной.

10) Почему вам становится прохладно, когда вы выходите из бассейна на теплый ветерок?

Ответ:  Воде, испаряющейся из наших тел, требуется тепловая энергия, чтобы стать газом, поэтому она получает часть этой энергии от нас, охлаждая нас.

12) Когда ваше тело перегревается, оно потеет. В чем ценность процесса?

Ответ: Чтобы испариться, поту требуется большое количество тепловой энергии. Эта тепловая энергия берется из наших тел и охлаждает нас. Пока в вашем теле достаточно жидкости, этот процесс может продолжаться и поддерживать температуру вашего тела.

15) Объясните, почему ожоги кожи паром часто бывают такими сильными.

Ответ: Чтобы стать паром, каждый грамм воды должен был поглотить 540 калорий тепловой энергии. Когда пар соприкасается с вашей кожей (при относительно прохладной температуре 37°C), он конденсируется и отдает тепловую энергию вашей коже. Чем больше пара коснется вашей кожи, тем серьезнее будет ожог.

16) Картошка сварится быстрее, если вода закипит быстрее?

Ответ: Нет. Температура кипящей воды не может подняться выше 100°C, а температура определяет скорость приготовления пищи. Дополнительная энергия от сильного пламени идет на создание пара, а не на приготовление картофеля.

21) Почему при той же температуре кафельный пол кажется вашим босым ногам намного прохладнее, чем ковер?

Ответ: Плитка намного лучше проводит тепло, чем ковер. Когда ваша кожа соприкасается с плиткой, тепло будет легко отводиться от вас; ты чувствуешь себя круто. Когда ваши ноги соприкасаются с ковром, который является плохим проводником тепла, от вас уходит очень мало тепла; вы чувствуете тепло.

25) Почему бедуины носят несколько слоев одежды в пустыне, даже когда температура достигает 50°C (122°F)?

Ответ: Слои одежды задерживают воздух между собой, а воздух является очень хорошим теплоизолятором (плохой теплопроводник). Это сохраняет бедуинам прохладу даже в самый жаркий день.

28) Почему ночью при ясном небе земля остывает быстрее, чем при облачности?

Ответ: Облака действуют как изолирующий слой и отражают тепловое излучение обратно на землю, а также препятствуют свободной конвекции воздуха вверх.

30) Почему грязный снег тает быстрее чистого?

Ответ: Грязный снег, более темный, более эффективно поглощает солнечную радиацию, чем чистый снег. Затем эту энергию можно использовать для нагревания снега и его таяния.

Упражнения:

1) Какое количество теплоты (в джоулях) требуется для повышения температуры 2,0 кг воды с 0°C до 20°C? (например, когда двухлитровая бутылка воды нагревается до комнатной температуры из состояния, близкого к нулю)

Ответ: Тепловая энергия, необходимая для повышения температуры воды, равна .