«Удельная теплоёмкость. Расчёт количества теплоты»

«Удельная теплоёмкость. Расчёт количества теплоты». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое удельная теплоёмкость. Как вычислить количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении.

Удельная теплоёмкость. Расчёт количества теплоты

Как показывает опыт, чтобы изменить на одну и ту же величину температуру тел одинаковой массы, но состоящих из разного вещества, требуется разное количество теплоты. Например, чтобы увеличить на 1 °С температуру воды массой 1 кг, требуется количество теплоты, равное 4200 Дж, а для нагревания такой же массы подсолнечного масла требуется 1700 Дж.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды большей массы, например 2 кг? Для этого необходимо количество теплоты, равное 8400 Дж. Соответственно для нагревания на 1 °С 2 кг подсолнечного масла также потребуется вдвое большее количество теплоты — 3400 Дж.

Этот вывод справедлив не только для жидкостей. Например, для нагревания 1 кг железа на 1 °С необходимо затратить количество теплоты, равное 460 Дж, а для нагревания 2 кг железа — вдвое большее, т. е. 920 Дж.

Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела до определённой температуры, пропорционально массе этого тела.

Вместе с тем количество теплоты, сообщаемое телу при его нагревании, зависит от того, на сколько градусов мы увеличиваем температуру тела.

Например, если 2 кг воды надо нагреть не на 1 °С, а на 10 °С, то, как показывает опыт, для этого потребуется количество теплоты, в 10 раз большее, т. е. 84 000 Дж. Следовательно, количество теплоты пропорционально также разности между конечной и начальной температурами тела: Δt = t₂ — t₁.

С учётом сказанного выражение для количества теплоты, необходимого для нагревания тела массой т на Δt, следует записать в виде Q = cmΔt, (1) где с — некоторая величина, характеризующая тепловые свойства тела.

Выясним физический смысл величины с. Если массу тела принять равной единице и изменение температуры тела также равно единице, то по формуле (1) величина с численно равна количеству теплоты: с = Q / mΔt

Эту величину называют удельной теплоёмкостью вещества. Единица удельной теплоёмкости в СИ — джоуль на килограмм • градус Цельсия (Дж/(кг • °С)).

Например, удельная теплоёмкость серебра равна 250 Дж/(кг • °С). Это означает, что для нагревания серебра массой 1 кг на 1 °С необходимо количество теплоты, равное 250 Дж. Точно такое же (по модулю) количество теплоты будет выделено этой массой серебра при его охлаждении на 1 °С.

Опыты показывают, что удельная теплоёмкость одного и того же вещества может считаться постоянной в широком интервале температур. Однако удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, разная. Например, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг • °С), а удельная теплоёмкость льда 2100 Дж/(кг • °С).

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

В алюминиевой кастрюле, имеющей массу 400 г, находится 2 л воды при температуре 20 °С. Какое количество теплоты необходимо для нагревания воды в кастрюле до 100 °С?

Запишем условие задачи и решим её.

Ответ: Q = 701,44 кДж.