Специфичен топлинен капацитет: за какво е и какво е неговото значение?

Физиката и термичните явления са доста обширна част, която е добре изучена в училищния курс. Не последното място в тази теория е дадено на конкретни количества. Първият е специфичният топлинен капацитет.

Тълкуването на думата „специфичен“ обаче обикновено не се обръща достатъчно внимание. Учениците просто го помнят като дадено. Какво означава това?

Ако погледнете в речника на Ожегов, можете да прочетете, че такава стойност се дефинира като съотношение. Освен това, тя може да бъде изпълнена до маса, обем или енергия. Всички тези стойности трябва да се приемат за равни. Отношение към това, което се дава в специфичната топлина?

Към продукта на масата и температурата. Освен това техните стойности задължително трябва да са равни на единица. Това означава, че номер 1 ще бъде в разделителя, но неговото измерение ще комбинира килограма и градус Целзий. Това задължително се взема предвид при формулирането на определението за специфична топлина, което е дадено малко по-долу. Има и формула, от която може да се види, че тези две ценности стоят в знаменателя.

Какво е това?

Специфичната топлина на веществото се въвежда в момента, в който се разглежда ситуацията с неговото нагряване. Без него е невъзможно да се знае кой количество топлина (или енергия) ще трябва да похарчат за този процес. И също така да изчисли стойността му при охлаждане на тялото. Между другото, тези две количества топлина са еднакви в абсолютна стойност. Но те имат различни знаци. Така че, в първия случай, той е положителен, защото енергията трябва да се изразходва и тя се прехвърля в тялото. Втората охлаждаща ситуация дава отрицателно число, тъй като се отделя топлина и вътрешна енергия тялото намалява.

Тази физическа величина се обозначава с латинската буква c. Той се определя като определено количество топлина, необходимо за нагряване на един килограм вещество с една степен. В хода на училищната физика, тъй като тази степен е тази, която е взета по Целзий скалата.

Как да го преброим?

Ако искате да знаете какъв е специфичният топлинен капацитет, формулата изглежда така:

c = Q / (m * (t ₂ - t ₁ )), където Q е количеството топлина, m е масата на веществото, t ₂ е температурата, която тялото е придобило в резултат на топлообмен, t ₁ е началната температура на веществото. Това е формула номер 1.

Въз основа на тази формула единицата за измерване на това количество в международната система от единици (SI) е J / (kg * ºС).

Как да намерим други стойности от това уравнение?

Първо, количеството топлина. Формулата ще изглежда така: Q = c * m * (t ₂ - t ₁ ). Само е необходимо да се заменят стойностите в единиците, включени в СИ. Това означава, че масата в килограми, температурата - в градуси по Целзий. Това е формула номер 2.

Второ, масата на вещество, което се охлажда или загрява. Формулата за нея ще бъде: m = Q / (c * (t ₂ - t ₁ )). Това е формула номер 3.

Трето, температурната промяна Δt = t ₂ - t ₁ = (Q / c * m). Знакът "Δ" се чете като "делта" и означава промяна в величината, в този случай температура. Формула номер 4.

Четвърто, началната и крайната температура на веществото. Формулите, валидни за нагряване на вещество, изглеждат така: t ₁ = t ₂ - (Q / c * m), t ₂ = t ₁ + (Q / c * m). Тези формули имат № 5 и 6. Ако проблемът се отнася до охлаждането на дадено вещество, тогава формулите са: t ₁ = t ₂ + (Q / c * m), t ₂ = t ₁ - (Q / c * m). Тези формули са № 7 и 8.

Какви ценности може да има?

Експериментално беше установено какви стойности има за всяка конкретна субстанция. Затова беше създадена специална таблица за специфичната топлина. Най-често той дава данни, които са валидни при нормални условия.

Каква е лабораторната работа по измерването на специфичната топлина?

В курс по физика в училище, той е определен за солидна. Освен това, неговата топлинна мощност се изчислява поради сравнението с това, което е известно. Това най-лесно се прави с вода.

В процеса на извършване на работата е необходимо да се измерват началните температури на водата и нагрятата твърда маса. След това го спуснете в течност и изчакайте термично равновесие. Целият експеримент се извършва в калориметър, така че загубата на енергия може да бъде пренебрегната.

След това трябва да напишете формулата за количеството топлина, което водата получава, когато се нагрява от твърдо вещество. Вторият израз описва енергията, която тялото дава, когато се охлади. Тези две стойности са еднакви. Чрез математически изчисления остава да се определи специфичният топлинен капацитет на веществото, което съставлява твърдо вещество.

Най-често се предлага да се сравни с таблични стойности, за да се опита да отгатне от кое вещество е изработеното тяло.

Проблем номер 1

Състояние. Температурата на метала варира от 20 до 24 градуса по Целзий. В същото време нейната вътрешна енергия се увеличава с 152 J. Каква е специфичната топлинна мощност на метал, ако неговата маса е 100 грама?

Решението. За да намерите отговора, ще трябва да използвате формулата написана под номер 1. Всички стойности, необходими за изчисленията са. Само първо трябва да превърнете масата в килограми, в противен случай отговорът ще бъде погрешен. Защото всички количества трябва да бъдат такива, които са приети в СИ.

В един килограм от 1000 грама. Така че, 100 грама трябва да бъдат разделени на 1000, се оказва, 0.1 килограма.

Заместването на всички стойности дава следния израз: c = 152 / (0.1 * (24 - 20)). Изчисленията не са особено трудни. Резултатът от всички действия е числото 380.

Отговор: c = 380 J / (kg * ºС).

Проблем номер 2

Състояние. Определете крайната температура, до която водата от 5 литра ще се охлади, ако е била взета при 100 ºС и освободете 1680 kJ топлина в околната среда.

Решението. Трябва да започнем с факта, че енергията се дава в несистемна единица. Килоджалите трябва да бъдат преведени на джаули: 1680 kJ = 1680000 J.

За да търсите отговор, трябва да използвате формулата номер 8. Въпреки това, масата се появява в нея, но тя не е известна в проблема. Но като се има предвид количеството течност. Така че можете да използвате формулата, известна като m = ρ * V. Плътност на водата равно на 1000 kg / m ³ . Но тук обемът ще трябва да бъде заменен в кубични метри. За прехвърлянето им от литри е необходимо да се раздели на 1000. Така обемът на водата е 0,005 м ³ .

Заместването на стойностите в масовата формула дава следния израз: 1000 * 0.005 = 5 kg. Специфичната топлина ще трябва да погледне на масата. Сега можете да отидете на формулата 8: t ₂ = 100 + (1680000/4200 * 5).

Първото действие трябва да извърши умножение: 4200 * 5. Резултатът е 21000. Вторият е делението. 1680000: 21000 = 80. Последното е изваждането: 100 - 80 = 20.

Отговорът е. t ₂ = 20 ºС.

Проблем номер 3

Състояние. Има чаша с тегло 100 гр. В нея се изсипва 50 г вода. Началната температура на водата със стъкло е 0 градуса по Целзий. Колко топлина е необходима, за да накара водата да заври?

Решението. Трябва да започнете, като въведете подходящо обозначение. Нека данните, отнасящи се до стъклото, да бъдат индекс 1, а вода - индекс 2. Специфичните топлинни мощности трябва да бъдат намерени в таблицата. Чашата е изработена от лабораторно стъкло, така че нейната стойност е ₁ = 840 J / (kg * ºС). Данните за водата са следните: с ₂ = 4200 J / (kg * ºС).

Масите им са в грамове. Необходимо е да се преведат в килограми. Масите на тези вещества ще бъдат обозначени като: m ₁ = 0.1 kg, m ₂ = 0.05 kg.

Началната температура е дадена: t ₁ = 0 ºС. На финала се знае, че съответства на това, в което кипи водата. Това е t ₂ = 100 ºС.

Тъй като стъклото се нагрява с вода, необходимото количество топлина ще се състои от две. Първият, който е необходим за загряване на стъклото (Q ₁ ), а вторият - за загряване на вода (Q ₂ ). Тяхното изразяване ще изисква втора формула. То трябва да бъде записано два пъти с различни индекси и след това да се изчисли тяхната сума.

Оказва се, че Q = c ₁ * m ₁ * (t ₂ - t ₁ ) + c ₂ * m ₂ * (t ₂ - t ₁ ). Общият фактор (t ₂ - t ₁ ) може да бъде изваден от скобата, така че да се изчисли по-лесно. Тогава формулата, необходима за изчисляване на количеството топлина, ще изглежда така: Q = (с ₁ * m ₁ + с ₂ * m ₂ ) * (t ₂ - t ₁ ). Сега можете да замените познатите в проблема стойности и да преброите резултата.

Q = (840 * 0.1 + 4200 * 0.05) * (100-0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Отговорът е. Q = 29400 J = 29,4 kJ.