Завдання 81.
Обчисліть кількість теплоти, яка виділиться при відновленні Fe 2 O 3 металевим алюмінієм, якщо отримано 335,1 р заліза. Відповідь: 2543,1 кДж.
Рішення:
Рівняння реакції:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 кДж

Обчислення кількості теплоти, що виділяється при отриманні 335,1 г заліза, виробляємо з пропорції:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : х; х = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 кДж,

де 55,85 атомна маса заліза.

Відповідь: 2543,1 кДж.

Тепловий ефект реакції

Завдання 82.
Газоподібний етиловий спирт С2Н5ОН можна отримати при взаємодії етилену З 2 Н 4 (г) та водяної пари. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисливши її тепловий ефект. Відповідь: -45,76 кДж.
Рішення:
Рівняння реакції має вигляд:

З 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С2Н 5 ВІН (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. Враховуючи, що теплоти освіти простих речовинумовно прийняті рівними нулю. Розрахуємо тепловий ефект реакції, використовуючи слідство із закону Гесса, отримаємо:

= (З 2 Н 5 ВІН) - [(С 2 Н 4) + (Н 2 О)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 кДж

Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполуквказуються їх агрегатні стани або кристалічна модифікація, а також числове значеннятеплових ефектів називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не обумовлено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи . Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г- газоподібне, ж- Рідке, до

Якщо результаті реакції виділяється теплота, то< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

З 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = З 2 Н 5 ВІН (г); = - 45,76 кДж.

Відповідь:- 45,76 кДж.

Завдання 83.
Обчисліть тепловий ефект реакції відновлення оксиду заліза (II) воднем виходячи з наступних термохімічних рівнянь:

а) ЕеО (к) + СО (г) = Fe (к) + СО 2 (г); = -13,18 кДж;
б) СО (г) + 1/2O 2 (г) = СО 2 (г); = -283,0 кДж;
в) Н2(г) + 1/2O2(г) = Н2O(г); = -241,83 кДж.
Відповідь: +27,99 кДж.

Рішення:
Рівняння реакції відновлення оксиду заліза (II) воднем має вигляд:

ЕеО (к) + Н 2 (г) = Fe (к) + Н 2 О (г); =?

= (Н2О) – [(FeO)

Теплота утворення води визначається рівнянням

Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 O (г); = -241,83 кДж,

а теплоту утворення оксиду заліза (II) можна обчислити, якщо від рівняння (б) відняти рівняння (а).

=(в) - (б) - (а) = -241,83 - [-283,o - (-13,18)] = +27,99 кДж.

Відповідь:+27,99 кДж.

Завдання 84.
При взаємодії газоподібних сірководню та діоксиду вуглецю утворюються пари води та сірковуглець СS 2 (г) . Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисліть її тепловий ефект. Відповідь: +65,43 кДж.
Рішення:
г- газоподібне, ж- Рідке, до- Кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

2H 2 S(г) + CO 2 (г) = 2Н 2 Про (г) + СS 2 (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (Н 2 Про) +(СS 2) – [(Н 2 S) + (СO 2)];
= 2 (-241,83) + 115,28 - = +65,43 кДж.

2H 2 S(г) + CO 2 (г) = 2Н 2 Про (г) + СS 2 (г); = +65,43 кДж.

Відповідь:+65,43 кДж.

Термохімічне рівняння реакції

Завдання 85.
Напишіть термохімічне рівняння реакції між СО(г) та воднем, у результаті якої утворюються СН4(г) та Н2О(г). Скільки теплоти виділиться за цієї реакції, якщо було отримано 67,2 л метану у перерахунку на нормальні умови? Відповідь: 618,48 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не зазначено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи. Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийнято такі скорочені позначення агрегатного стану речовини: г- газоподібне, ж- дещо, до- Кристальний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

СО (г) + 3Н 2 (г) = СН 4 (г) + Н 2 О (г); =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (Н 2 О) + (СН 4) - (СO)];
= (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) = -206,16 кДж.

Термохімічне рівняння матиме вигляд:

22,4 : -206,16 = 67,2 : х; х = 67,2 (-206,16) / 22? 4 = -618,48 кДж; Q = 618,48 кДж.

Відповідь: 618,48 кДж.

Теплота освіти

Завдання 86.
Тепловий ефект якої реакції дорівнює теплоті освіти. Обчисліть теплоту освіти NO, виходячи з наступних термохімічних рівнянь:
а) 4NH 3 (г) + 5О 2 (г) = 4NO (г) + 6Н 2 O (ж); = -1168,80 кДж;
б) 4NH 3 (г) + 3О 2 (г) = 2N 2 (г) + 6Н 2 O (ж); = -1530,28 кДж
Відповідь: 90,37 кДж.
Рішення:
Стандартна теплота освіти дорівнює теплоті реакції утворення 1 моль цієї речовини з простих речовин за стандартних умов (Т = 298 К; р = 1,0325. 105 Па). Утворення NO з простих речовин можна так:

1/2N 2 + 1/2O 2 = NO

Дана реакція (а), у якій утворюється 4 моль NO і дана реакція (б), у якій утворюється 2 моль N2. В обох реакціях бере участь кисень. Отже, для визначення стандартної теплоти освіти NO складемо наступний цикл Гесса, тобто потрібно вирахувати рівняння (а) з рівняння (б):

Отже, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = 90,37 кДж.

Відповідь: 618,48 кДж.

Завдання 87.
Кристалічний хлорид амонію утворюється при взаємодії газоподібних аміаку та хлороводню. Напишіть термохімічне рівняння цієї реакції, попередньо обчисливши її тепловий ефект. Скільки теплоти виділиться, якщо реакції було витрачено 10 л аміаку в перерахунку на нормальні умови? Відповідь: 78,97 кДж.
Рішення:
Рівняння реакцій, у яких близько символів хімічних сполук вказуються їх агрегатні стани чи кристалічна модифікація, і навіть числове значення теплових ефектів, називають термохімічними. У термохімічних рівняннях, якщо це спеціально не зазначено, вказуються значення теплових ефектів при постійному тиску Q p рівні зміни ентальпії системи. Значення наводять зазвичай у правій частині рівняння, відокремлюючи його комою або крапкою з комою. Прийняті такі дещо, до- Кристалічний. Ці символи опускаються, якщо агрегатний стан речовин очевидний, наприклад, Про 2 , Н 2 та ін.
Рівняння реакції має вигляд:

NH 3 (г) + НCl (г) = NH 4 Cl (к). ; =?

Значення стандартних теплот утворення речовин наведено у спеціальних таблицях. З огляду на те, що теплоти утворення простих речовин умовно прийняті рівними нулю. Тепловий ефект реакції можна обчислити, використовуючи слідство з закону Гесса:

= (NH4Cl) - [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 - [-46,19 + (-92,31) = -176,85 кДж.

Термохімічне рівняння матиме вигляд:

Теплоту, що виділилася при реакції 10 л аміаку за цією реакцією, визначимо з пропорції:

22,4 : -176,85 = 10 : х; х = 10 (-176,85) / 22,4 = -78,97 кДж; Q = 78,97 кДж.

Відповідь: 78,97 кДж.

1. Зміна внутрішньої енергії шляхом роботи характеризується величиною роботи, тобто. робота є мірою зміни внутрішньої енергії у цьому процесі. Зміна внутрішньої енергії тіла при теплопередачі характеризується величиною, яка називається кількістю теплоти.

Кількість теплоти називається зміна внутрішньої енергії тіла в процесі теплопередачі без виконання роботи.

Кількість теплоти позначають буквою (Q). Оскільки кількість теплоти є мірою зміни внутрішньої енергії, його одиницею є джоуль (1 Дж).

При передачі тілу деякої кількості теплоти без роботи його внутрішня енергіязбільшується, якщо тіло віддає певну кількість теплоти, його внутрішня енергія зменшується.

2. Якщо в дві однакові судини налити в один 100 г води, а в іншій 400 г при одній і тій же температурі і поставити їх на однакові пальники, то раніше закипить вода в першій посудині. Таким чином, що більша маса тіла, то більша кількість теплоти потрібна йому для нагрівання. Те саме і з охолодженням: тіло більшої маси при охолодженні віддає більшу кількість теплоти. Ці тіла зроблені з однієї і тієї ж речовини і нагріваються вони або охолоджуються на те саме число градусів.

​3. Якщо тепер нагрівати 100 р води від 30 до 60 °З, тобто. на 30 °С, та був до 100 °З, тобто. на 70 °С, то в першому випадку на нагрівання піде менше часу, ніж у другому, і, відповідно, на нагрівання води на 30 °С, буде витрачено менше теплоти, ніж на нагрівання води на 70 °С. Таким чином, кількість теплоти прямо пропорційно різниці кінцевої ((t_2\,^\circ C) \) і початкової \((t_1\,^\circ C) \) температур: (Q\sim(t_2- t_1) \) .

4. Якщо тепер в один посуд налити 100 г води, а в інший такий самий посуд налити трохи води і покласти в неї таке металеве тіло, щоб його маса і маса води становили 100 г, і нагрівати судини на однакових плитках, то можна помітити, що в посудині, в якій знаходиться тільки вода, температура буде нижчою, ніж у тій, у якій знаходяться вода та металеве тіло. Отже, щоб температура вмісту в обох судинах була однаковою, потрібно воді передати більшу кількість теплоти, ніж воді та металевому тілу. Таким чином, кількість теплоти, необхідне для нагрівання тіла, залежить від роду речовини, з якої це тіло зроблено.

5. Залежність кількості теплоти, необхідної для нагрівання тіла від роду речовини характеризується фізичною величиноюзваної питомою теплоємністюречовини.

Фізична величина, що дорівнює кількості теплоти, яку необхідно повідомити 1 кг речовини для нагрівання його на 1 ° С (або на 1 К), називається питомою теплоємністю речовини.

Таку кількість теплоти 1 кг речовини віддає при охолодженні на 1 °С.

Питома теплоємність позначається буквою (c). Одиницею питомої теплоємностіє 1 Дж/кг С або 1 Дж/кг К.

Значення питомої теплоємності речовин визначають експериментально. Рідини мають більшу питому теплоємність, ніж метали; найбільшу питому теплоємність має вода, дуже маленьку питому теплоємність має золото.

Питома теплоємність свинцю 140 Дж/кг. Це означає, що для нагрівання 1 кг свинцю на 1 °С необхідно витратити кількість теплоти 140 Дж. Така сама кількість теплоти виділиться при охолодженні 1 кг води на 1 °С.

Оскільки кількість теплоти дорівнює зміні внутрішньої енергії тіла, можна сказати, що питома теплоємність показує, наскільки змінюється внутрішня енергія 1 кг речовини за зміни її температури на 1 °З. Зокрема, внутрішня енергія 1 кг свинцю при нагріванні на 1 °С збільшується на 140 Дж, а при охолодженні зменшується на 140 Дж.

Кількість теплоти \(Q \) , необхідне для нагрівання тіла масою \(m \) від температури \((t_1\,^\circ C) \) до температури \((t_2\,^\circ C) \) , дорівнює добутку питомої теплоємності речовини, маси тіла та різниці кінцевої та початкової температур, тобто.

\[ Q=cm(t_2()^\circ-t_1()^\circ) \]

По цій же формулі обчислюється і кількість теплоти, яку тіло віддає при охолодженні. Тільки цьому випадку від початкової температури слід відібрати кінцеву, тобто. від більшого значеннятемператури відібрати менше.

6. Приклад розв'язання задачі. У склянку, що містить 200 г води за температури 80 °С, налили 100 г води при температурі 20 °С. Після цього в посудині встановилася температура 60 °С. Яку кількість теплоти одержала холодна вода та віддала гаряча вода?

При розв'язанні задачі необхідно виконувати таку послідовність дій:

1. записати коротко умову завдання;
2. перевести значення величин у СІ;
3. проаналізувати завдання, встановити, які тіла беруть участь у теплообміні, які тіла віддають енергію, а які одержують;
4. вирішити задачу в загальному вигляді;
5. виконати обчислення;
6. проаналізувати отриману відповідь.

1. Умова задачі.

Дано:
(m_1 \) = 200 г
(m_2 \) = 100 г
(t_1 \) = 80 ° С
(t_2 \) = 20 ° С
? (t \) = 60 ° С
______________

? (Q_1 \) -? ? (Q_2 \) -?
(c_1 \) = 4200 Дж / кг · ° С

2. СІ:? (m_1 \) = 0,2 кг; (m_2 \) = 0,1 кг.

3. Аналіз завдання. У задачі описаний процес теплообміну між гарячою та холодною водою. Гаряча водавіддає кількість теплоти \ (Q_1 \) і охолоджується від температури \ (t_1 \) до температури \ (t \). Холодна водаотримує кількість теплоти \ (Q_2 \) і нагрівається від температури \ (t_2 \) до температури \ (t \).

4. Розв'язання задачі у загальному вигляді. Кількість теплоти, віддана гарячою водою, обчислюється за формулою: (Q_1 = c_1m_1 (t_1-t) \).

Кількість теплоти, одержане холодною водою, обчислюється за формулою: (Q_2=c_2m_2(t-t_2)).

5. Обчислення.
(Q_1 \) = 4200 Дж / кг · ° С · 0,2 кг · 20 ° С = 16800 Дж
\(Q_2 \) = 4200 Дж/кг · ° С · 0,1 кг · 40 ° С = 16800 Дж

6. У відповіді отримано, що кількість теплоти, віддана гарячою водою, дорівнює кількості теплоти, отриманої холодною водою. При цьому розглядалася ідеалізована ситуація і не враховувалося, що деяка кількість теплоти пішла на нагрівання склянки, в якій знаходилася вода, та навколишнього повітря. Насправді кількість теплоти, віддане гарячою водою, більше, ніж кількість теплоти, отримане холодною водою.

Частина 1

1. Питома теплоємність срібла 250 Дж/(кг · °С). Що це означає?

1) при охолодженні 1 кг срібла на 250 °С виділяється кількість теплоти 1 Дж
2) при остиганні 250 кг срібла на 1 °С виділяється кількість теплоти 1 Дж
3) при остиганні 250 кг срібла на 1 °С поглинається кількість теплоти 1 Дж
4) при охолодженні 1 кг срібла на 1 °С виділяється кількість теплоти 250 Дж

2. Питома теплоємність цинку 400 Дж/(кг · °С). Це означає, що

1) при нагріванні 1 кг цинку на 400 ° С його внутрішня енергія збільшується на 1 Дж
2) при нагріванні 400 кг цинку на 1 °С його внутрішня енергія збільшується на 1 Дж
3) для нагрівання 400 кг цинку на 1 ° С його необхідно витратити 1 Дж енергії
4) при нагріванні 1 кг цинку на 1 °С його внутрішня енергія збільшується на 400 Дж

3. При передачі твердому тілумасою кількості теплоти (Q) температура тіла підвищилася на (Delta t ^ circ). Який із наведених нижче виразів визначає питому теплоємність речовини цього тіла?

1) ​\(\frac(m\Delta t^\circ)(Q) \)​
2) \(\frac(Q)(m\Delta t^\circ) \)​
3) \(\frac(Q)(\Delta t^\circ) \)
4) \ (Qm \ Delta t ^ \ circ \)

4. На малюнку наведено графік залежності кількості теплоти, необхідної для нагрівання двох тіл (1 та 2) однакової маси, від температури. Порівняйте значення питомої теплоємності (\(c_1 \) і (c_2 \)) речовин, з яких виготовлені ці тіла.

1) (c_1 = c_2 \)
2) (c_1> c_2 \)
3) \(c_1 4) відповідь залежить від значення маси тіл

5. На діаграмі представлені значення кількості теплоти, переданого двом тілам рівної маси при зміні їхньої температури на те саме число градусів. Яке співвідношення для питомих теплоємностей речовин, з яких виготовлені тіла, є вірним?

1) \(c_1 = c_2 \)
2) \(c_1 = 3c_2 \)
3) \(c_2 = 3c_1 \)
4) \(c_2=2c_1 \)

6. На малюнку представлений графік залежності температури твердого тіла від відданої кількості теплоти. Маса тіла – 4 кг. Чому дорівнює питома теплоємність речовини цього тіла?

1) 500 Дж/(кг · °С)
2) 250 Дж/(кг · °С)
3) 125 Дж/(кг · °С)
4) 100 Дж/(кг · °С)

7. При нагріванні кристалічної речовини масою 100 г вимірювали температуру речовини та кількість теплоти, повідомлену речовину. Дані вимірів подали у вигляді таблиці. Вважаючи, що втрати енергії можна знехтувати, визначте питому теплоємність речовини в твердому стані.

1) 192 Дж/(кг · °С)
2) 240 Дж/(кг · °С)
3) 576 Дж/(кг · °С)
4) 480 Дж/(кг · °С)

8. Щоб нагріти 192 г молібдену на 1 К, потрібно передати йому кількість теплоти 48 Дж. Чому дорівнює питома теплоємність цієї речовини?

1) 250 Дж/(кг · К)
2) 24 Дж/(кг · К)
3) 4·10 -3 Дж/(кг · К)
4) 0,92 Дж/(кг · К)

9. Яка кількість теплоти потрібна для нагрівання 100 г свинцю від 27 до 47 °С?

1) 390 Дж
2) 26 кДж
3) 260 Дж
4) 390 кДж

10. На нагрівання цеглини від 20 до 85 °С витрачено таку ж кількість теплоти, як для нагрівання води такої ж маси на 13 °С. Питома теплоємність цегли дорівнює

1) 840 Дж/(кг · К)
2) 21000 Дж/(кг · К)
3) 2100 Дж/(кг · К)
4) 1680 Дж/(кг · К)

11. З переліку наведених нижче висловлювань виберіть два правильні та запишіть їх номери в таблицю.

1) Кількість теплоти, яке тіло отримує при підвищенні його температури на деяке число градусів, дорівнює кількості теплоти, яку це тіло віддає при зниженні температури на таке ж число градусів.
2) При охолодженні речовини її внутрішня енергія збільшується.
3) Кількість теплоти, яку речовина отримує при нагріванні, йде головним чином збільшення кінетичної енергії його молекул.
4) Кількість теплоти, яку речовину отримує при нагріванні, йде головним чином на збільшення потенційної енергії взаємодії його молекул
5) Внутрішню енергію тіла можна змінити, лише повідомивши йому деяку кількість теплоти

12. У таблиці представлені результати вимірювань маси (m), зміни температури (Delta t) і кількості теплоти (Q), що виділяється при охолодженні циліндрів, виготовлених з міді або алюмінію.

Які твердження відповідають результатам проведеного експерименту? Із запропонованого переліку оберіть два правильні. Вкажіть їхні номери. На підставі проведених вимірювань можна стверджувати, що кількість теплоти, що виділяється при охолодженні,

1) залежить від речовини, з якої виготовлений циліндр.
2) не залежить від речовини, з якої виготовлений циліндр.
3) збільшується зі збільшенням маси циліндра.
4) збільшується зі збільшенням різниці температур.
5) питома теплоємність алюмінію в 4 рази більша, ніж питома теплоємність олова.

Частина 2

C1.Тверде тіло масою 2 кг поміщають у піч потужністю 2 кВт та починають нагрівати. На малюнку зображено залежність температури цього тіла від часу нагрівання (tau). Чому дорівнює питома теплоємність речовини?

1) 400 Дж/(кг · °С)
2) 200 Дж/(кг · °С)
3) 40 Дж/(кг · °С)
4) 20 Дж/(кг · °С)

Відповіді

Як ми знаємо, внутрішня енергія тіла може змінюватися як із виконанні роботи, і з допомогою теплопередачі (не виконуючи роботу). Головна різниця між роботою та кількістю теплоти полягає в тому, що робота визначає процес перетворення внутрішньої енергії системи, що супроводжується трансформацією енергії з одного виду в інший.

У тому випадку, якщо зміна внутрішньої енергії протікає за допомогою теплопередачі, перехід енергії з одного тіла до іншого здійснюється за рахунок теплопровідності, випромінювання, або конвекції.

Енергія, яку тіло втрачає або отримує під час теплопередачі, називається кількістю теплоти.

При обчисленні кількості теплоти необхідно знати, які величини впливають на нього.

Від двох однакових пальників будемо нагрівати дві судини. В одній посудині 1 кг води, в іншій – 2 кг. Температура води у двох судинах спочатку однакова. Ми можемо бачити, що за один і той же час вода в одній із судин нагрівається швидше, хоча обидві судини отримують однакову кількість теплоти.

Таким чином, робимо висновок: чим більша маса даного тіла, тим більше теплоти слід витратити, щоб знизити, або підвищити його температуру на таку ж кількість градусів.

Коли тіло остигає, воно віддає сусіднім предметам тим більше теплоти, чим більше його маса.

Ми всі знаємо, що якщо потрібно нагріти повний чайник води до температури 50°C, ми витратимо менше часу на цю дію, ніж для нагрівання чайника з тим самим об'ємом води, але лише до 100°C. У разі номер один воді буде віддано менше теплоти, ніж у другому.

Таким чином, кількість теплоти, потрібна для нагрівання, безпосередньо залежить від того, на скільки градусівзможе нагрітися тіло. Можна зробити висновок: кількість теплоти залежить від різниці температур тіла.

Але чи можна визначити кількість теплоти, необхідної не для нагрівання води, а якоїсь іншої речовини, припустимо, олії, свинцю чи заліза.

Наповнимо один посуд водою, а інший наповнимо рослинним маслом. Маси води та олії рівні. Обидві судини будемо рівномірно підігрівати на однакових пальниках. Почнемо досвід при рівній початковій температурі олії та води. Через п'ять хвилин, вимірявши температури олії та води, що нагрілися, ми помітимо, що температура олії набагато вище температури води, хоча обидві рідини отримували однакову кількість тепла.

Напрошується очевидний висновок: при нагріванні рівних мас олії та води при однаковій температурі потрібна різна кількість теплоти.

І ми відразу робимо ще один висновок: кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла, безпосередньо залежить від речовини, з якої складається саме тіло (роду речовини).

Отже, кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла (чи що виділяється при охолодженні), безпосередньо залежить від маси даного тіла, варіативності його температури, і навіть роду речовини.

Кількість теплоти позначають символом Q. Як і інші різні види енергії, кількість теплоти вимірюється в джоулях (Дж) або кілоджоулях (кДж).

1 кДж = 1000 Дж

Проте історія показує, що вчені стали вимірювати кількість теплоти задовго до того, як у фізиці з'явилося таке поняття як енергія. У той час була виведена спеціальна одиниця для вимірювання кількості теплоти - калорія (кал) або кілокалорія (ккал). Слово має латинське коріння, калор – спека.

1 ккал = 1000 кал

Калорія– це та кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 г води на 1°C

1 кал = 4,19 Дж ≈ 4,2 Дж

1 ккал = 4190 Дж ≈ 4200 Дж ≈ 4,2 кДж

Залишились питання? Чи не знаєте, як зробити домашнє завдання?
Щоб отримати допомогу репетитора – .
Перший урок – безкоштовно!

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Процес передачі енергії від одного тіла до іншого без виконання роботи називається теплообміномабо теплопередачею. Теплообмін відбувається між тілами, що мають різну температуру. При встановленні контакту між тілами з різними температурами відбувається передача частини внутрішньої енергії від тіла з вищою температурою тілу, у якого температура нижче. Енергія, передана тілу внаслідок теплообміну, називається кількістю теплоти.

Питома теплоємність речовини:

Якщо процес теплопередачі не супроводжується роботою, то на підставі першого закону термодинаміки кількість теплоти дорівнює зміні внутрішньої енергії тіла: .

Середня енергія безладного поступального руху молекул пропорційна до абсолютної температури. Зміна внутрішньої енергії тіла дорівнює сумі алгебри змін енергії всіх атомів або молекул, число яких пропорційно масі тіла, тому зміна внутрішньої енергії і, отже, кількість теплоти пропорційно масі і зміні температури:

Коефіцієнт пропорційності у цьому рівнянні називається питомою теплоємністю речовини. Питома теплоємність показує, скільки теплоти необхідне нагрівання 1 кг речовини на 1 До.

Робота в термодинаміці:

У механіці робота визначається як добуток модулів сили та переміщення та косинуса кута між ними. Робота відбувається при дії сили на тіло, що рухається, і дорівнює зміні його кінетичної енергії.

У термодинаміці рух тіла як цілого не розглядається, йдеться про переміщення частин макроскопічного тіла щодо один одного. У результаті змінюється об'єм тіла, яке швидкість залишається рівної нулю. Робота в термодинаміці визначається так само, як і в механіці, але дорівнює зміні кінетичної енергії тіла, а його внутрішньої енергії.

При виконанні роботи (стисненні чи розширенні) змінюється внутрішня енергія газу. Причина цього полягає в наступному: при пружних зіткненнях молекул газу з поршнем, що рухається, змінюється їх кінетична енергія.

Обчислимо роботу газу під час розширення. Газ діє на поршень із силою
, де - тиск газу, а - площа поверхні поршня. При розширенні газу поршень зміщується у напрямку сили на малу відстань
. Якщо відстань мала, то тиск газу вважатимуться постійним. Робота газу дорівнює:

Де
- Зміна обсягу газу.

У процесі розширення газу здійснює позитивну роботу, оскільки напрям сили та переміщення збігаються. У процесі розширення газ віддає енергію оточуючим тілам.

Робота, що здійснюється зовнішніми тілами над газом, відрізняється від роботи газу тільки знаком
, оскільки сила , що діє на газ, протилежна силі , з якою газ діє поршень, і дорівнює їй по модулю (третій закон Ньютона); а переміщення залишається тим самим. Тому робота зовнішніх сил дорівнює:

.

Перший закон термодинаміки:

Перший закон термодинаміки є законом збереження енергії, поширеним на теплові явища. Закон збереження енергії: енергія в природі не виникає з нічого і не зникає: кількість енергії незмінна, вона лише переходить із однієї форми до іншої.

У термодинаміці розглядаються тіла, становище центру тяжкості яких мало змінюється. Механічна енергія таких тіл залишається постійною, а може змінюватися лише внутрішня енергія.

Внутрішня енергія може змінюватися двома способами: теплопередачею та виконанням роботи. У випадку внутрішня енергія змінюється як з допомогою теплопередачі, і з допомогою робіт. Перший закон термодинаміки формулюється саме для таких загальних випадків:

Зміна внутрішньої енергії системи при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил та кількості теплоти, переданої системі:

Якщо система ізольована, то над нею не відбувається робота і вона не обмінюється теплотою з оточуючими тілами. Відповідно до першого закону термодинаміки внутрішня енергія ізольованої системи залишається незмінною.

Враховуючи що
, Перший закон термодинаміки можна записати так:

Кількість теплоти, передане системі, йде зміну її внутрішньої енергії і здійснення системою роботи над зовнішніми тілами.

Другий закон термодинаміки: неможливо перевести теплоту від холоднішої до гарячішої за відсутності інших одночасних змін в обох системах або в навколишніх тілах.

ТЕПЛООБМІН.

1.Теплообмін.

Теплообмін або теплопередача– це процес передачі внутрішньої енергії одного тіла іншому без виконання роботи.

Існують три види теплообміну.

1) Теплопровідність- Це теплообмін між тілами при їх безпосередньому контакті.

2) Конвекція– це теплообмін, у якому перенесення тепла здійснюється потоками газу чи рідини.

3) Випромінювання- Це теплообмін за допомогою електромагнітного випромінювання.

2.Кількість теплоти.

Кількість теплоти – це міра зміни внутрішньої енергії тіла під час теплообміну. Позначається буквою Q.

Одиниця виміру кількості теплоти = 1 Дж.

Кількість теплоти, отримане тілом від іншого тіла в результаті теплообміну, може витрачатися на збільшення температури (збільшення кінетичної енергії молекул) або зміна агрегатного стану (збільшення потенційної енергії).

3.Питома теплоємність речовини.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідне нагрівання тіла масою m від температури Т 1 до температури Т 2 пропорційно масі тіла m і різниці температур (Т 2 – Т 1), тобто.

Q = cm(Т 2 - Т 1 ) = сmΔ Т,

зназивається питомою теплоємністю речовини тіла, що нагрівається.

Питома теплоємність речовини дорівнює кількості теплоту, яку необхідно повідомити 1 кг речовини, щоб нагріти її на 1 К.

Одиниця виміру питомої теплоємності =.

Значення теплоємності різних речовин можна знайти у фізичних таблицях.

Така сама кількість теплоти Q виділятиметься при охолодженні тіла на ΔТ.

4.Питома теплота пароутворення.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідне перетворення рідини на пару, пропорційно масі рідини, тобто.

Q = Lm,

де коефіцієнт пропорційності Lназивається питомою теплотою пароутворення.

Питома теплота пароутворення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення на пару 1 кг рідини, що знаходиться при температурі кипіння.

Одиниця виміру питомої теплоти пароутворення.

При зворотному процесі конденсації пари теплота виділяється в тій же кількості, яка витрачена на пароутворення.

5.Питома теплота плавлення.

Досвід показує, що кількість теплоти, необхідне перетворення твердого тіла на рідину, пропорційно масі тіла, тобто.

Q = λ m,

де коефіцієнт пропорційності називається питомою теплотою плавлення.

Питома теплота плавлення дорівнює кількості теплоти, яка необхідна для перетворення на рідину твердого тіла масою 1 кг при температурі плавлення.

Одиниця виміру питомої теплоти плавлення.

При зворотному процесі кристалізації рідини теплота виділяється в тій же кількості, яка витрачена на плавлення.

6.Питома теплота згоряння.

Досвід показує, що кількість теплоти, що виділяється за повного згоряння палива, пропорційно масі палива, тобто.

Q = qm,

Де коефіцієнт пропорційності q називається питомою теплотою згоряння.

Питома теплота згоряння дорівнює кількості теплоти, що виділяється за повного згоряння 1 кг палива.

Одиниця виміру питомої теплоти згоряння.

7.Рівняння теплового балансу.

У теплообміні беруть участь два або більше тіла. Одні тіла віддають теплоту, інші приймають. Теплообмін відбувається до тих пір, поки температури тіл не стануть рівними. За законом збереження енергії, кількість теплоти, що віддається, дорівнює кількості, що приймається. На цій підставі записується рівняння теплового балансу.

Розглянемо приклад.

Тіло масою m 1 , теплоємність якого з 1 має температуру Т 1 , а тіло масою m 2 , теплоємність якого з 2 , має температуру Т 2 . Причому Т 1 більше за Т 2 . Ці тіла наведені у зіткнення. Досвід показує, що холодне тіло (m2) починає нагріватися, а гаряче тіло (m1) – охолоджуватися. Це говорить про те, що частина внутрішньої енергії гарячого тіла передається холодному і температури вирівнюються. Позначимо кінцеву загальну температуру θ.

Кількість теплоти, переданої гарячим тілом холодному

Q переданий. = c 1 m 1 (Т 1 – θ )

Кількість теплоти, одержаної холодним тілом від гарячого

Q отримано. = c 2 m 2 (θ – Т 2 )

За законом збереження енергії Q переданий. = Q отримано., тобто.

c 1 m 1 (Т 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – Т 2 )

Розкриємо дужки і виразимо значення загальної температури θ, що встановилася.

Значення температури θ у разі отримаємо в кельвинах.

Однак, оскільки у виразах для Q передано. і Q отримано. коштує різницю двох температур, а вона і в кельвінах, і в градусах Цельсія однакова, то розрахунок можна вести і в градусах Цельсія. Тоді

У цьому випадку значення температури отримаємо в градусах Цельсія.

Вирівнювання температур у результаті теплопровідності можна пояснити на підставі молекулярно-кінетичної теорії як обмін кінетичною енергією між молекулами під час зіштовхування в процесі теплового хаотичного руху.

Цей приклад можна проілюструвати графіком.