Разделы сайта
Выбор редакции:
- Крейсер "красный крым" черноморского флота
- «31 спорный вопрос» русской истории: житие императора Николая II
- Лечебные свойства корня лопуха и его широкое применение в домашних условиях
- Природные ресурсы западной сибири
- Совместимость петуха и змеи в любовных отношениях и браке Он петух она змея совместимость
- Чемерица черная: прекрасная и опасная Противопоказания и побочные действия
- Чем интересна Свято-Михайло-Афонская Закубанская пустынь?
- Порционная сельдь под шубой на праздничный стол
- К чему снится шить во сне
- Примета — разбить зеркало случайно: что делать, если оно треснуло
Реклама
Как узнать кол во теплоты. Количество теплоты. Единицы количества теплоты. Удельная теплоемкость. Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении |
721. Почему для охлаждения некоторых механизмов применяют воду?
722. В каком случае нужно затратить больше энергии: для нагревания на 1 °С одного литра воды или для нагревания на 1 °С ста граммов воды?
723. Мельхиоровую и серебряную вилки одинаковой массы опустили в горячую воду. Одинаковое ли количество теплоты они получат воды?
724. По куску свинца и по куску чугуна одинаковой массы три раза ударили кувалдой. Какой кусок сильнее нагрелся?
725. В одной колбе находится вода, в другой – керосин той же массы и температуры. В каждую колбу бросили по одинаково нагретому железному кубику. Что нагреется до более высокой температуры – вода или керосин?
726. Почему в городах на берегу моря колебания температуры зимой и летом менее резки, чем в городах, расположенных в глубине материка?
727. Удельная теплоемкость алюминия равна 920 Дж/кг °С. Что это означает?
728. Алюминиевый и медный бруски одинаковой массы 1 кг охлаждают на 1 °С. На сколько изменится внутренняя энергия каждого бруска? У какого бруска она изменится больше и на сколько? 729. Какое количество теплоты необходимо для нагрева килограммовой железной заготовки на 45 °С? 730. Какое количество теплоты требуется, чтобы нагреть 0,25 кг воды с 30 °С до 50 °С? 731. Как изменится внутренняя энергия двух литров воды при нагревании на 5 °С? 732. Какое количество теплоты необходимо для нагрева 5 г воды от 20 °С до 30 °С? 733. Какое количество теплоты необходимо для нагревания алюминиевого шарика массой 0,03 кг на 72 °С? 734. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагрева 15 кг меди на 80 °С. 735. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагрева 5 кг меди от 10 °С до 200 °С. 736. Какое количество теплоты требуется для нагрева 0,2 кг воды от 15 °С до 20 °С? 737. Вода массой 0,3 кг остыла на 20 °С. На сколько уменьшилась внутренняя энергия воды? 738. Какое количество теплоты нужно, чтобы 0,4 кг воды при температуре 20 °С нагреть до температуры 30 °С? 739. Какое количество теплоты затрачено на нагрев 2,5 кг воды на 20 °С? 740. Какое количество теплоты выделилось при остывании 250 г воды от 90 °С до 40 °С? 741. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы 0,015 л воды нагреть на 1 °С? 742. Рассчитайте количество теплоты, необходимое, чтобы нагреть пруд объемом 300 м3 на 10 °С? 743. Какое количество теплоты нужно сообщить 1 кг воды, чтобы повысить ее температуру от 30 °С до 40 °С? 744. Вода объемом 10 л остыла от температуры 100 °С до температуры 40 °С. Какое количество теплоты выделилось при этом? 745. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагрева 1 м3 песка на 60 °С. 746. Объем воздуха 60 м3, удельная теплоемкость 1000 Дж/кг °С, плотность воздуха 1,29 кг/м3. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть его на 22 °С? 747. Воду нагрели на 10 °С, затратив 4,20 103 Дж теплоты. Определите количество воды. 748. Воде массой 0,5 кг сообщили 20,95 кДж теплоты. Какой стала температура воды, если первоначальная температура воды была 20 °С? 749. В медную кастрюлю массой 2,5 кг налито 8 кг воды при 10 °С. Какое количество теплоты необходимо, чтобы воду в кастрюле нагреть до кипения? 750. Литр воды при температуре 15 °С налит в медный ковшик массой 300 г. Какое количество теплоты необходимо, чтобы нагреть воду в ковшике на 85 °С? 751. Кусок нагретого гранита массой 3 кг помещают в воду. Гранит передает воде 12,6 кДж теплоты, охлаждаясь на 10 °С. Какова удельная теплоемкость камня? 752. К 5 кг воды при 12 °С долили горячую воду при 50 °С, получив смесь температурой 30 °С. Сколько воды долили? 753. В 3 л воды при 60 °С долили воду при 20 °С, получив воду при 40 °С. Сколько воды долили? 754. Какова будет температура смеси, если смешать 600 г воды при 80 °С с 200 г воды при 20 °С? 755. Литр воды при 90 °С влили в воду при 10 °С, причем температура воды стала 60 °С. Сколько было холодной воды? 756. Определите, сколько надо налить в сосуд горячей воды, нагретой до 60 °С, если в сосуде уже находится 20 л холодной воды при температуре 15 °С; температура смеси должна быть 40 °С. 757. Определите, какое количество теплоты требуется для нагревания 425 г воды на 20 °С. 758. На сколько градусов нагреются 5 кг воды, если вода получит 167,2 кДж? 759. Сколько потребуется тепла, чтобы m граммов воды при температуре t1, нагреть до температуры t2? 760. В калориметр налито 2 кг воды при температуре 15 °С. До какой температуры нагреется вода калориметра, если в нее опустить латунную гирю в 500 г, нагретую до 100 °С? Удельная теплоемкость латуни 0,37 кДж/(кг °С). 761. Имеются одинакового объема куски меди, олова и алюминия. Какой из этих кусков обладает наибольшей и какой наименьшей теплоемкостью? 762. В калориметр было налито 450 г воды, температура которой 20 °С. Когда в эту воду погрузили 200 г железных опилок, нагретых до 100 °С, температура воды стала 24 °С. Определите удельную теплоемкость опилок. 763. Медный калориметр весом 100 г вмещает 738 г воды, температура которой 15 °С. В этот калориметр опустили 200 г меди при температуре 100 °С, после чего температура калориметра поднялась до 17 °С. Какова удельная теплоемкость меди? 764. Стальной шарик массой 10 г вынут из печи и опущен в воду с температурой 10 °С. Температура воды поднялась до 25 °С. Какова была температура шарика в печи, если масса воды 50 г? Удельная теплоемкость стали 0,5 кДж/(кг °С). 770. Стальной резец массой 2 кг был нагрет до температуры 800 °С и затем опущен в сосуд, содержащий 15 л воды при температуре 10 °С. До какой температуры нагреется вода в сосуде? (Указание. Для решения данной задачи необходимо составить уравнение, в котором за неизвестное принять искомую температуру воды в сосуде после опускания резца.) 771. Какой температуры получится вода, если смешать 0,02 кг воды при 15 °С, 0,03 кг воды при 25 °С и 0,01 кг воды при 60 °С? 772. Для отопления хорошо вентилируемого класса требуется количество теплоты 4,19 МДж в час. Вода поступает в радиаторы отопления при 80 °С, а выходит из них при 72 °С. Сколько воды нужно подавать каждый час в радиаторы? 773. Свинец массой 0,1 кг при температуре 100 °С погрузили в алюминиевый калориметр массой 0,04 кг, содержащий 0,24 кг воды при температуре 15 °С. После чего в калориметре установилась температура 16 °С. Какова удельная теплоемкость свинца?
Как известно, при различных механических процессах происходит изменение механической энергии W meh . Мерой изменения механической энергии является работа сил, приложенных к системе: \(~\Delta W_{meh} = A.\) При теплообмене происходит изменение внутренней энергии тела. Мерой изменения внутренней энергии при теплообмене является количество теплоты. Количество теплоты - это мера изменения внутренней энергии, которую тело получает (или отдает) в процессе теплообмена. Таким образом, и работа, и количество теплоты характеризуют изменение энергии, но не тождественны энергии. Они не характеризуют само состояние системы, а определяют процесс перехода энергии из одного вида в другой (от одного тела к другому) при изменении состояния и существенно зависят от характера процесса. Основное различие между работой и количеством теплоты состоит в том, что работа характеризует процесс изменения внутренней энергии системы, сопровождающийся превращением энергии из одного вида в другой (из механической во внутреннюю). Количество теплоты характеризует процесс передачи внутренней энергии от одних тел к другим (от более нагретых к менее нагретым), не сопровождающийся превращениями энергии. Опыт показывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m от температуры T 1 до температуры T 2 , рассчитывается по формуле \(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\) где c - удельная теплоемкость вещества; \(~c = \frac{Q}{m (T_2 - T_1)}.\) Единицей удельной теплоемкости в СИ является джоуль на килограмм-Кельвин (Дж/(кг·К)). Удельная теплоемкость c численно равна количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1 К. Теплоемкость тела C T численно равна количеству теплоты, необходимому для изменения температуры тела на 1 К: \(~C_T = \frac{Q}{T_2 - T_1} = cm.\) Единицей теплоемкости тела в СИ является джоуль на Кельвин (Дж/К). Для превращения жидкости в пар при неизменной температуре необходимо затратить количество теплоты \(~Q = Lm, \qquad (2)\) где L - удельная теплота парообразования. При конденсации пара выделяется такое же количество теплоты. Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m при температуре плавления, необходимо телу сообщить количество теплоты \(~Q = \lambda m, \qquad (3)\) где λ - удельная теплота плавления. При кристаллизации тела такое же количество теплоты выделяется. Количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании топлива массой m , \(~Q = qm, \qquad (4)\) где q - удельная теплота сгорания. Единица удельных теплот парообразования, плавления и сгорания в СИ - джоуль на килограмм (Дж/кг). ЛитератураАксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. - Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. - C. 154-155. Задание
81.
= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 кДж Вычисление количества теплоты, которое выделяется при получении 335,1 г железа, про-изводим из пропорции: (2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : х; х = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 кДж, где 55,85 атомная масс железа. Ответ: 2543,1 кДж. Тепловой эффект реакцииЗадание 82. С 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С2Н 5 ОН (г) ; = ? Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Рассчитаем тепловой эффект реакции, используя следствие из закона Гесса, получим: = (С 2 Н 5 ОН) – [ (С 2 Н 4) + (Н 2 О)] = Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также числовое значение тепловых эффектов, называют термохимическими. В термохимических уравнениях, если это специально не оговорено, указываются значения тепловых эффектов при постоянном давлении Q p равные изменению энтальпии системы . Значение приводят обычно в правой части уравнения, отделяя его запятой или точкой c запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния вещества: г - газообразное, ж - жидкое, к Если в результате реакции выделяется теплота, то < О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции: С 2 Н 4 (г) + Н 2 О (г) = С 2 Н 5 ОН (г) ; = - 45,76 кДж. Ответ: - 45,76 кДж. Задание 83.
а) ЕеО (к) + СО (г) = Fe (к) + СO 2 (г); = -13,18 кДж; Решение:
ЕеО (к) + Н 2 (г) = Fe (к) + Н 2 О (г) ; = ? = (Н2О) – [ (FeO) Теплота образования воды определяется уравнением Н 2 (г) + 1/2O 2 (г) = Н 2 O (г) ; = -241,83 кДж, а теплоту образования оксида железа (II) можно вычислить, если из уравнения (б) вычесть уравнение (а). =(в) - (б) - (а) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 кДж. Ответ: +27,99 кДж. Задание 84.
2H 2 S (г) + CO 2 (г) = 2Н 2 О (г) + СS 2 (г); = ? Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса: = (Н 2 О) +(СS 2) – [(Н 2 S) + (СO 2)]; 2H 2 S (г) + CO 2 (г) = 2Н 2 О (г) + СS 2 (г) ; = +65,43 кДж. Ответ: +65,43 кДж. Tермохимическое уравнение реакцииЗадание 85.
СО (г) + 3Н 2 (г) = СН 4 (г) + Н 2 О (г) ; = ? Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса: = (Н 2 О) + (СН 4) – (СO)]; Термохимическое уравнение будет иметь вид: 22,4 : -206,16 = 67,2 : х; х = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 кДж; Q = 618,48 кДж. Ответ: 618,48 кДж. Теплота образованияЗадание 86.
1/2N 2 + 1/2O 2 = NO Дана реакция (а), в которой образуется 4 моль NO и дана реакция (б), в которой образуется 2 моль N2. В обеих реакциях участвует кислород. Следовательно, для определения стандартной теплоты образования NO составим следующий цикл Гесса, т. е. нужно вы-честь уравнение (а) из уравнения (б): Таким образом, 1/2N 2 + 1/2O 2 = NO; = +90,37 кДж. Ответ: 618,48 кДж. Задание 87.
NH 3 (г) + НCl (г) = NH 4 Cl (к). ; = ? Значения стандартных теплот образования веществ приведены в специальных таблицах. Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю. Тепловой эффект реакции можно вычислить, используя следствии е из закона Гесса: = (NH4Cl) – [(NH 3) + (HCl)]; Термохимическое уравнение будет иметь вид: Теплоту, выделившуюся при реакции 10 л аммиака по этой реакции, определим из про-порции: 22,4 : -176,85 = 10 : х; х = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 кДж; Q = 78,97 кДж. Ответ: 78,97 кДж. Чтобы научиться рассчитывать количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела, установим сначала, от каких величин оно зависит. Из предыдущего параграфа мы уже знаем, что это количество теплоты зависит от рода вещества, из которого состоит тело (т. е. его удельной теплоемкости): Q зависит от c . Но это еще не все. Если мы хотим подогреть воду в чайнике так, чтобы она стала лишь теплой, то мы недолго будем нагревать ее. А для того чтобы вода стала горячей, мы будем нагревать ее дольше. Но чем дольше чайник будет соприкасаться с нагревателем, тем большее количество теплоты он от него получит. Следовательно, чем сильнее при нагревании изменяется температура тела, тем большее количество теплоты необходимо ему передать. Пусть начальная температура тела равна t нач, а конечная температура - t кон. Тогда изменение температуры тела будет выражаться разностью Δt = t кон – t нач, и количество теплоты будет зависеть от этой величины: Q зависит от Δt. Наконец, всем известно, что для нагревания, например, 2 кг воды требуется большее время (и, следовательно, большее количество теплоты), чем для нагревания 1 кг воды. Это означает, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от массы этого тела: Q зависит от m. Итак, для расчета количества теплоты нужно знать удельную теплоемкость вещества, из которого изготовлено тело, массу этого тела и разность между его конечной и начальной температурами. Пусть, например, требуется определить, какое количество теплоты необходимо для нагревания железной детали массой 5 кг при условии, что ее начальная температура равна 20 °С, а конечная должна стать равной 620 °С. Из таблицы 8 находим, что удельная теплоемкость железа с = 460 Дж/(кг*°С). Это означает, что для нагревания 1 кг железа на 1 °С требуется 460 Дж. Для нагревания 5 кг железа на 1 °С потребуется в 5 раз больше количества теплоты, т. е. 460 Дж*5 = 2300 Дж. Для нагревания железа не на 1 °С, а на Δt = 600 °С потребуется еще в 600 раз больше количества теплоты, т. е. 2300 Дж * 600 = 1 380 000 Дж. Точно такое же (по модулю) количество теплоты выделится и при остывании этого железа от 620 до 20 °С. Итак, чтобы найти количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость тела умножить на его массу и на разность между его конечной и начальной температурами : При нагревании тела tкон> tнач и, следовательно, Q > 0. При охлаждении тела t кон < t нач и, следовательно, Q < 0. 1. Приведите примеры, показывающие, что количество теплоты, получаемое телом при нагревании, зависит от его массы и изменения температуры. 2. По какой формуле рассчитывается количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении? Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:
Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем, что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии, которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому. Определение Теплотой называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой). Обозначается теплота, обычно буквой Q. Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики. Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения. Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно. Формула расчета теплоты при изменении температурыЭлементарное количество теплоты обозначим как . Обратим внимание, что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом. Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы. Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно: где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как: где – удельная теплоемкость тела, m – масса тела, - молярная теплоемкость, – молярная масса вещества, – число молей вещества. Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты (), которое получает тело при увеличении его температуры на величину можно вычислить как: где t 2 , t 1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности () в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах. Формула количества теплоты при фазовых переходахПереход от одной фазы вещества в другую сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты, которая носит название теплоты фазового перехода. Так, для перевода элемента вещества из состояния твердого тела в жидкость ему следует сообщить количество теплоты () равное: где – удельная теплота плавления, dm – элемент массы тела. При этом следует учесть, что тело должно иметь температуру, равную температуре плавления рассматриваемого вещества. При кристаллизации происходит выделение тепла равного (4). Количество теплоты (теплота испарения), которое необходимо для перевода жидкости в пар можно найти как: где r – удельная теплота испарения. При конденсации пара теплота выделяется. Теплота испарения равна теплоте конденсации одинаковых масс вещества. Единицы измерения количества теплотыОсновной единицей измерения количества теплоты в системе СИ является: [Q]=Дж Внесистемная единица теплоты, которая часто встречается в технических расчетах. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 Дж. Примеры решения задачПример Задание. Какие объемы воды следует смешать, чтобы получить 200 л воды при температуре t=40С, если температура одной массы воды t 1 =10С, второй массы воды t 2 =60С? Решение. Запишем уравнение теплового баланса в виде: где Q=cmt – количество теплоты приготовленной после смешивания воды; Q 1 =cm 1 t 1 - количество теплоты части воды температурой t 1 и массой m 1 ; Q 2 =cm 2 t 2 - количество теплоты части воды температурой t 2 и массой m 2 . Из уравнения (1.1) следует: При объединении холодной (V 1) и горячей (V 2) частей воды в единый объем (V) можно принять то, что: Так, мы получаем систему уравнений: Решив ее получим: |
Читайте: |
---|
Новое
- «31 спорный вопрос» русской истории: житие императора Николая II
- Лечебные свойства корня лопуха и его широкое применение в домашних условиях
- Природные ресурсы западной сибири
- Совместимость петуха и змеи в любовных отношениях и браке Он петух она змея совместимость
- Чемерица черная: прекрасная и опасная Противопоказания и побочные действия
- Чем интересна Свято-Михайло-Афонская Закубанская пустынь?
- Порционная сельдь под шубой на праздничный стол
- К чему снится шить во сне
- Примета — разбить зеркало случайно: что делать, если оно треснуло
- Самостоятельные заговоры на удачу и деньги