Презентация к уроку физики в 10 классе на тему "Количество теплоты"

10 класс

ФИЗИКА Урок №42

Тема: Количество теплоты.

Автор презентации:

Попов Дмитрий Сергеевич

Увеличить внутреннюю энергию газа можно, совершив над ним положительную работу.

Если сам газ совершает положительную работу, то его внутренняя энергия уменьшается.

Изменить внутреннюю энергию газа в сосуде можно, не только совершая работу, но и нагревая газ.

Если закрепить поршень так, чтобы он не двигался в цилиндре, и нагреть его, например, в пламени спиртовки, то объем газа при нагревании не увеличивается и работа не совершается.

Но температура газа, а, значит, и его внутренняя энергия возрастают. Во время этого процесса энергия сгорающего спирта передается газу.

Теплообмен (теплопередача) — процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы .

Примером теплообмена может служить процесс нагревания воздуха в комнате от горячего радиатора отопления.

Радиатор передаёт часть своей внутренней энергии воздуху, при этом его внутренняя энергия уменьшается, температура падает.

Внутренняя энергия воздуха в комнате увеличивается, температура его поднимается.

Так же примерами теплообмена могут служить охлаждение продуктов в холодильнике, нагревание воды в электрическом чайнике, охлаждение двигателя автомобиля специальной жидкостью.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты . Количеством теплоты называют также энергию, которую тело отдает или получает в процессе теплообмена.

Количество теплоты — количественная мера изменения внутренней энергии при теплообмене.

При теплообмене происходит передача части внутренней энергии горячего тела холодному телу.

Энергия при теплообмене не переходит из одной формы в другую.

Для того чтобы нагреть тело, необходимо передать ему определенное количество теплоты. Оно прямо пропорционально массе тела, разнице температур, а также зависит от свойств нагреваемого вещества. При остывании тела его конечная температура    оказывается меньше начальной температуры   и количество теплоты, передаваемое телу, отрицательно. Это значит, что тело отдает теплоту.

Зависимость от свойств вещества необходимого для изменения температуры в формуле учитывается с помощью коэффициента   c (цэ).   Он называется удельной теплоемкостью   вещества.

Удельная теплоёмкость — это величина, численно равная количеству теплоты, которое получает или отдаёт вещество массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К (кельвин).

Удельная теплоёмкость газов зависит не только от свойств самого газа,

но и от того, при каком процессе осуществляется теплообмен.

1 кг

Если нагревать газ изобарно, то он будет расширяться и совершать работу, на которую будет потрачена часть полученной при теплопередаче энергии. Для нагревания газа на 1°С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме, когда газ будет только нагреваться и не будет совершать работы.

1 кг

Жидкие и твердые тела незначительно расширяются при нагревании. Их удельные теплоемкости при постоянном объеме и постоянном давлении мало различаются. Удельную теплоемкость вещества можно узнать по специальным таблицам.

Для превращения жидкости в пар в процессе кипения необходима передача ей определенного количества теплоты. Температура жидкости при   кипении   остается постоянной.

В процессе превращения жидкости в пар температура ее не изменяется, и кинетическая энергия молекул тоже остается постоянной. Но увеличивается потенциальная энергия взаимодействия молекул жидкости, так как среднее расстояние между молекулами газа значительно больше, чем между молекулами жидкости.

Конденсация — обратный переход вещества из пара в жидкость .

Удельная теплота парообразования — величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения при неизменной температуре жидкости массой 1 килограмм в пар .

Удельная теплота парообразования

некоторых веществ

Вещество

Удельная теплота парообразования, МДж/кг

Вода

2,256

Ртуть

0,29

Спирт

0,85

Удельная теплота парообразования различна для разных веществ. Очень велика она у воды. Для превращения в пар 1 килограмма воды, находящейся при температуре 100 градусов Цельсия, необходимо сообщить ей количество теплоты равное 2,256 (двум целым двумстам пятидесяти шести тысячным) мегаджоулей. При конденсации 1 килограмма водяного пара выделяется такое же количество теплоты.

У других жидкостей удельная теплота парообразования в несколько раз меньше.

При плавлении твердого тела вся подводимая к нему теплота идет на переход из твердого состояния в жидкое, температура тела не изменяется, так как кинетическая энергия молекул не изменяется. Зато увеличивается потенциальная энергия молекул.

Количество теплоты, необходимое для плавления тела, зависит от массы тела и свойств вещества.

Удельная теплота плавления — величина, численно равная количеству теплоты, необходимому для превращения твёрдого вещества массой 1 кг при температуре плавления в жидкость.

При кристаллизации того же вещества массой 1 килограмм выделяется точно такое же количество теплоты, какое поглощается при плавлении.

Удельная теплота плавления

некоторых веществ

Удельная теплота плавления разных веществ различна и определяется по таблице тепловых свойств веществ:

Вещество

Лёд

Удельная теплота плавления, кДж/кг

Медь

334

214

Олово

59

Свинец

Серебро

23

87

Сталь

82

Высокая удельная теплота плавления льда является важным фактором в обороте тепла на Земле. Так, чтобы растопить 1 кг льда или снега, нужно такое же количество теплоты, сколько требуется, чтобы нагреть литр воды на 80 градусов Цельсия.   

1 кг льда

1 л воды

t = 80°C

Английский ученый Р. Блэк, открывший существование теплоты плавления и парообразования, еще в XVIII веке писал: «Если бы лёд не обладал большой теплотой плавления, то тогда весной вся масса льда должна была бы растаять в несколько минут или секунд, так как теплота непрерывно передается льду из воздуха. Последствия этого были бы ужасны; ведь и при существующем положении возникают большие наводнения и сильные потоки воды при таянии больших масс льда или снега».

Джозеф Блэк

1728–1799 гг.

Внутренняя энергия тела изменяется при нагревании и охлаждении, при парообразовании и конденсации, при плавлении и кристаллизации.

Письменно ответьте на вопросы:

1. Что называют количеством теплоты?

2. От чего зависит удельная теплоёмкость вещества?

3. Что называют удельной теплотой парообразования?

4. Что называют удельной теплотой плавления?

5. В каких случаях количество теплоты — положительная величина, а в каких случаях отрицательная?

6. Как следует записать уравнение теплового баланса для изолированной системы из трёх тел, переходящей в равновесное состояние?