Теплоемкость уравнение теплового баланса удельная теплоемкость молярная теплоемкость

Теплоёмкость. Уравнение теплового баланса

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

«ЗЕРНОГРАДСКИЙ ТЕХНИКУМ АГРОТЕХНОЛОГИЙ»

Методическая разработка урока по физике

для студентов, обучающихся по программам

среднего специального образования

Теплоёмкость. Уравнение теплового баланса

Преподаватель: Сидорцова О.В.

Конспект урока 3

В процессе познания мира человечество сталкивается с рядом проблем, решение которых требует знаний в различных областях науки. Решение этих проблем является движущим фактором науки и образования

Цель данной методической разработки повысить эффективность проведения уроков по физике в старших классах общеобразовательной школы, а также предприятий СПО.

Представленный урок является составляющей темы: «Основы термодинамики». При составлении конспекта данного урока используется несколько типов памяти, так применяется диалог, презентация и практические занятия, связанные с будущей профессией, эвристичность. Поэтому, понимание и запоминание темы происходит более надежно и прочно, а значит, уменьшается энергозатратность урока, экономится время при проведении урока.

Такая форма обучения помогает более эффективно формировать общие и пофессиональные компетенции, подготовить базу. для успешной сдачи Единого Государственного экзамена.

Данный урок позволяет воспитать всесторонне развитого, грамотного и творческого человека и специалиста.

Структура урока способствует активации учащихся, развитию их познавательных способностей, у будущих специалистов возникает потребность в дальнейшем пополнении знаний.

Тема Основы термодинамики.

Тема урока Теплоёмкость. Уравнение теплового баланса.

образовательные О знакомить учащихся с понятием теплоёмкости, уравнением теплового баланса.

развивающие З акрепить полученный материал в ходе решения задач.

воспитательные Воспитание чёткой формулировки понятий, культура речи.

Тип урока : передачи-усвоения знаний .

Методы обучения : комбинированный .

Межпредметные связи. Роль теплоёмкости и теплового баланса в устройстве и эксплуатации автомобиля, комбайна и т.д. .

Материально-техническое оснащение урока : презентация по теплоёмкости, уравнения теплового баланса.

Литература:Физика, В.Ф.Дмитриева. Сборник задач по физике А.П. Рымкевич, П.А. Рымкевич.

1. Организационный момент: приветствие, перекличка.(2мин)

2.Письменный опрос учащихся по пройденному материалу.(3 мин)

3.Актуализации опорных знаний. Показать актуальность применения понятия теплоёмкости, теплового баланса.(презентация)

4. Формирование умений и навыков Научить учащихся применять на практике рассматриваемые в теме урока понятия и законы.(15 мин)

5. Решение качественных задач.( 7 мин)

6. Итог урока Фронтальный опрос учащихся по теме урока с целью закрепления пройденного материала.(2 мин)

6.Задание на дом: Записи в рабочей тетради, параграф 5.4 Физика В.Ф.Дмитриева, Сборник задач по физике А.П. Рымкевич, П.А. Рымкевич.

Какое охлаждение автомобиля предпочтительнее в тёплом климате: водяное, масляное, с прменением антифриза (судя по теплоёмкости)? Смотрите таблицу теплоёмкостей.

Почему в системах охлаждения двигателя внутреннего сгорания чаще применяют смеси на основе воды, а не масло или керосин? (Смотрите таблицу теплоёмкостей)

1) Дайте определение количества теплоты.

2) Каким путём можно передать количество теплоты от одного тела к другому?

3) Что называют теплоёмкостью тела?

4) От чего зависит теплоёмкость тела?

5) В каких единицах в СИ измеряется теплоёмкость тела?

6) Что называют удельной теплоёмкостью тела?

7) От чего зависит удельная теплоёмкость тела?

8) В каких единицах в СИ измеряется удельная теплоёмкость тела?

9) На основе какого закона составляется уравнение теплового баланса?

10) Какие виды теплопередачи вы знаете?

3. Каким способом теплопередачи передаётся тепло от горячего утюга холодной металлической подставке на которой он стоит?

а) Преимущественно теплопроводностью

б) Преимущественно конвекцией

в) Преимущественно излучением

г) Всеми тремя способами

4. Из какого материала предпочтительней изготовить ручку крана с горячей водой?

5. Происходит ли изменение внутренней энергии тел в указанных ниже примерах?

а ) В чайнике греют воду. б ) Сжимают пружину. в ) Ведро воды поднимают на второй этаж здания.

Количество теплоты

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: количество теплоты, удельная теплоёмкость вещества, уравнение теплового баланса.

Как мы знаем, одним из способов изменения внутренней энергии является теплопередача (теплообмен). Предположим, что тело участвует в теплообмене с другими телами, и при этом не совершается механическая работа — ни самим телом, ни другими телами над этим телом.

Если в процессе теплообмена внутренняя энергия тела изменилась на величину , то говорят, что тело получило соответствующее количество теплоты: .

Если при этом величина отрицательна, т.е. тело отдавало энергию, то говорят также, что тело отдавало тепло. Например, вместо формально верной, но несколько нелепой фразы «тело получило —5 Дж тепла» мы скажем: «тело отдало 5 Дж тепла».

Удельная теплоёмкость вещества

Предположим, что в процессе теплообмена агрегатное состояние вещества тела не изменяется (не происходит плавление, кристаллизация, парообразование или конденсация). Начальную температуру тела обозначим , конечную температуру — .

Опыт показывает, что количество теплоты, полученное телом, прямо пропорционально массе тела и разности конечной и начальной температур:

Коэффициент пропорциональности c называется удельной теплоёмкостью вещества тела. Удельная теплоёмкость не зависит от формы и размеров тела. Удельные теплоёмкости различных веществ можно найти в таблицах.

Введя обозначение , получим также:

Чтобы понять физический смысл удельной теплоёмкости, выразим её из последней формулы:

Мы видим, что удельная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо для нагревания 1кг данного вещества на (или, что то же самое, на ). Измеряется удельная теплоёмкость в Дж/(кг· C) или в Дж/(кг·K).

Чем больше удельная теплоёмкость вещества, тем большее количество теплоты требуется для нагревания тела данной массы на заданное количество градусов.

В задачах часто фигурируют вода и лёд. Их удельные теплоёмкости желательно помнить.

Вода: Дж/(кг· C).
Лёд: Дж/(кг· C).

Произведение удельной теплоёмкости вещества на массу тела называется теплоёмкостью тела и обозначается :

Соответственно, для количества теплоты имеем:

Уравнение теплового баланса

Рассмотрим два тела (обозначим их 1 и 2), которые образуют замкнутую систему. Это означает, что данные тела могут обмениваться энергией только друг с другом, но не с другими телами. Считаем также, что механическая работа не совершается — внутренняя энергия тел меняется только в процессе теплообмена.

Имеется фундаментальный закон природы, подтверждаемый всевозможными экспериментами — закон сохранения энергии. Он гласит, что полная энергия замкнутой системы тел не меняется со временем.

В данном случае закон сохранения энергии утверждает, что внутренняя энергия нашей системы будет оставаться одной и той же: . Если изменение внутренней энергии первого тела равно , а изменение внутренней энергии второго тела равно , то суммарное изменение внутренней энергии будет равно нулю:

Но — количество теплоты, полученное первым телом в процессе теплообмена; аналогично — количество теплоты, полученное вторым телом в процессе теплообмена. Стало быть,

Попросту говоря, сколько джоулей тепла отдало одно тело, ровно столько же джоулей получило второе тело. Так как система замкнута, ни один джоуль наружу не вышел. Соотношение (1) называется уравнением теплового баланса. В общем случае, когда тел образуют замкнутую систему и обмениваются энергией только с помощью теплопередачи, из закона сохранения энергии с помощью тех же рассуждений получаем общее уравнение теплового баланса:

В качестве простого примера применения уравнения теплового баланса рассмотрим следующую задачу.

Смешали г воды при температуре и г воды при температуре . Найти установившуюся температуру смеси.

Обозначим искомую установившуюся температуру через . Запишем уравнение теплового баланса (1):

где — удельная теплоёмкость воды. Раскрываем скобки и находим:

Теплоемкость уравнение теплового баланса удельная теплоемкость молярная теплоемкость

Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.

Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы. Количество теплоты обозначают буквой Q.

Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.

В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Удельная теплоёмкость

Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой с . Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг °К.

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t₁°С до температуры t₂°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

Q = c ∙ m (t₂ — t₁)

По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.

Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия: