Способы задания удельной теплоемкости

Удельная теплоемкость вещества

О чем эта статья:

Нагревание и охлаждение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

• Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

• Теплопередача — это физический процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому.

Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.

Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Охлаждение

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

t_{конечная} — конечная температура [˚C]

t_{начальная} — начальная температура [˚C]

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Источник

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА » ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ВЕЩЕСТВА «

Ф.И. уч-ся ______________________________________

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЁМКОСТИ ВЕЩЕСТВА

— научиться понимать физическую сущность процесса теплообмена между горячими и холодными телами;

— научиться определять удельную теплоёмкость вещества для тел, участвующих в процессе теплообмена;

— научиться оценивать погрешность полученных результатов.

ОБОРУДОВАНИЕ: горячая и холодная вода, термометр, калориметр, измерительные стаканы, металлические цилиндры разной массы и из разных веществ.

В процессе теплообмена между телами происходит передача энергии от горячих тел к холодным телам. Между остывающим горячим телом и нагревающимся от его энергии холодным телом через некоторое время устанавливается тепловое равновесие (баланс). Если система тел полностью теплоизолирована от окружающей среды, то по абсолютной величине

Таким образом, с помощью уравнения теплового баланса (на основании закона сохранения тепловой энергии) можно определять неизвестные физические параметры, характеризующие процесс теплообмена между различными телами.

ЗАДАНИЕ 1 (первый способ).

Определите температуру в помещении, которую показывает термометр. Эта температура является начальной для всех металлических цилиндров (холодных тел).

Налейте в измерительный стакан из калориметра 80-150мл горячей воды, поместите его обратно в калориметр, накройте крышкой и измерьте температуру воды.

Поместите в калориметр металлический цилиндр (из алюминия, массой 100 граммов или из стали – массой 300 граммов) и определите установившуюся температуру.

Вычислите количество теплоты, которое отдала горячая вода при нагревании металлического цилиндра в калориметре.

Используя уравнение теплового баланса, рассчитайте удельную теплоёмкость металла. Округлите полученное значение до целых единиц. Потери энергии не учитывать.

Внесите результаты измерений и вычислений в таблицу.

Удельная теплоёмкость вещества

ЗАДАНИЕ 2 (второй способ).

Налейте в измерительный стакан из калориметра 100-150мл холодной воды, поместите его обратно в калориметр, накройте крышкой и измерьте температуру холодной воды.

Возьмите другой измерительный стакан, налейте в него не менее 100 мл горячей воды и опустите в него тот же металлический цилиндр, как в задании 1. Измерьте температуру в стакане (показания термометра в данном случае являются температурой горячего тела).

Достаньте нагретый цилиндр из стакана с горячей водой и быстро поместите его в калориметр с холодной водой, накройте его крышкой и измерьте температуру, которая установится в калориметре.

Вычислите по известной формуле количество теплоты, полученное холодной водой в калориметре при нагревании от горячего цилиндра.

Используя уравнение теплового баланса, рассчитайте удельную теплоёмкость металла. Округлите полученное значение до целых единиц. Потери энергии не учитывать.

Внесите результаты измерений и вычислений в сводную таблицу.

Удельная теплоёмкость вещества

Сравните полученное значение удельной теплоёмкости металла с данными из таблицы в учебнике и оцените погрешность результатов эксперимента на основе закона сохранения энергии в процессах теплообмена.

Определите аналогичным путём удельную теплоёмкость для цилиндра из неизвестного металла (массой 400г или 500г).

Удельная теплоёмкость вещества

Используя табличные данные из учебника, по полученному результату сделайте предположение – какой это металл?

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

• Сейчас обучается 832 человека из 77 регионов

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

• Сейчас обучается 359 человек из 70 регионов

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

• Курс добавлен 23.09.2021
• Сейчас обучается 47 человек из 23 регионов

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Номер материала: ДБ-173714

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Безлимитный доступ к занятиям с онлайн-репетиторами

Выгоднее, чем оплачивать каждое занятие отдельно

Минпросвещения будет стремиться к унификации школьных учебников в России

Время чтения: 1 минута

В Москве запустили онлайн-проект по борьбе со школьным буллингом

Время чтения: 2 минуты

В Тюменской области продлили на неделю дистанционный режим для школьников

Время чтения: 1 минута

В Северной Осетии организовали бесплатные онлайн-курсы по подготовке к ЕГЭ

Время чтения: 1 минута

Путин попросил привлекать родителей к капремонту школ на всех этапах

Время чтения: 1 минута

В Минпросвещения предложили организовать телемосты для школьников России и Узбекистана

Время чтения: 1 минута

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник

Лабораторная работа «Измерение удельной теплоемкости твердого тела»

Тема: «Измерение удельной теплоемкости твердого тела» Лабораторная работа

Цели урока: Помочь учащимся в работе по овладению методами измерения физических величин, развитие умений использования измерительных приборов. Продолжить работу по активизации мыслительной деятельности учеников, способствовать самостоятельному поиску ответа на поставленную задачу. Развивать способность учащихся к оценке результатов своей деятельности.

Оборудование: на рабочих столах учащихся: стакан с водой; масса которой 0,1 кг; калориметр; термометр; весы с разновесами; металлический цилиндр на нити.

Тип урока: урок применения новых ЗУНов.

Методы преподавания: информационный.

Методы учения: репродуктивный.

Должны знать\уметь: знать понятия количества теплоты и от чего зависит данная величина, физический смысл понятия удельной теплоемкости вещества, научится определять удельную теплоемкость твердого тела

Актуализация опорных знаний. Повторение ранее изученного материала.

Что такое температура?

Что такое внутрення энергия?

От чего зависит внутрення энергия?

Одинаковы ли понятия механическая и внутреняя энергия?

Как можно изменить внутреннюю энергию? – совершением работы и теплопередачей.

Что такое теплопередача? Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Указанные процессы делятся на три вида, на какие?

Что такое теплопроводность? Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания? — В пористых кирпичах есть поры, заполненные воздухом.

Что такое количество теплоты? Количество теплоты – это физическая велична, значение которой рано энергии получаемой или отдаваемой телом в процессе теплопередачи.

Обозначается Q, [Q]=[Дж]. Кроме Джоуля, который является единицей СИ, используется ещё одна единица измерения количества теплоты – калория (переводится как «жар», «тепло»).

Формула Q= cm △ t

Что такое с? Удельная теплоемкость показывает сколько количества тепла необходимо передать веществу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1°С.

Уравнение теплового баланса? Если мы говорим о системе тел, одно из которых отдает тепло, а другое получает, то вводится уравнение теплового баланса.

Суммарное количество теплоты, отданное более нагретыми теломи системе равно суммарному количеству теплоты, полученное менее нагретыми телами этой системы или Q ₁ = Q ₂

Изучение новых ЗУНов

Тема сегодняшнего занятия посвящена тому, каким образом можно определить удельную теплоемкость вещества опытным путем, т. е. на практике. Конкретно, мы рассмотрим определение теплоемкости на примере твердого тела – металлического цилиндра.

Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического цилиндра.

Приборы и материалы: металлический цилиндр на нити, стакан с горячей и стакан с холодной водой, термометр, весы, калориметр.

Рис. 1. Металлический цилиндр Рис. 2. Стакан с водой Рис. 3. Термометр

Рис. 4. Весы Рис. 5. Калориметр

Во многих опытах по изучению тепловых явлений применяют калориметр – устройство, состоящее из двух сосудов (стаканов), размещенных один в другом и разделенных воздушной прослойкой.

Из-за слабой теплопроводности воздуха и благодаря небольшому расстоянию между внутренним и внешним сосудами, что обеспечивает отсутствие конвекционных потоков, в калориметре теплообмен с окружающей средой значительно уменьшается.

1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру, она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температура воды и цилиндра сравняются.

2. Затем наливаем в калориметр холодную воду и измеряем ее температуру.

3. После этого помещаем привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измеряем установившуюся в результате теплообмена температуру.

Обработка данных и вычисление результата:

Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен.

Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды количество теплоты:

, где:

удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;

масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .

Для остывания металлического цилиндра количество теплоты:

, где:

удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;

масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .

Замечание . В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

Как было указано ранее, из-за процесса теплообмена между холодной водой и металлическим цилиндром их количества теплоты равны:

.

Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем, проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

с, ,

Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .

Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

III. Закрепление изученных ЗУНОв

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?

2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?

3. Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.

Источник