Урок 2. Внутренняя энергия тела. Теплопроводность. Конвекция. Излучение. Количество теплоты. Удельная теплоёмкость.

Кинетическая и потенциальная энергии всех молекул, из которых состоит тело, составляют внутреннюю энергию тела. Внутренняя энергия обозначается буквой U и выражается в джоулях (1 Дж).

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы называют теплопередачей.

Энергию, которую тело получает или теряет при теплопередаче, называют количеством теплоты. Количество теплоты обозначают буквой Q и выражают в джоулях (1 Дж).

Теплопроводность — процесс передачи внутренней энергии от одного тела другому или от более нагретой части тела менее нагретой благодаря тепловому движению и взаимодействию частиц.

Конвекция — это процесс переноса энергии потоками жидкости или газа. Процесс нагрева жидкости сопровождается переносом вещества. Нижние нагретые слои поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз.

Теплота (энергия) может передаваться в результате теплопроводности или конвекции. В обоих случаях необходимо вещество: при теплопроводности теплота передаётся

в результате движения и взаимодействия молекул, а при конвекции переносится струями жидкости или газа.

Излучение — процесс переноса энергии невидимыми лучами

Чем больше разность между конечной и начальной температурой тела, тем большее количество теплоты надо затратить для его нагрева.

Количество теплоты, поглощаемое телом при нагревании, зависит от массы тела и разности между конечной и начальной температурой тела (прямо пропорционально, т.е. график зависимости Q от ∆t – прямая)

Q ~ m ∆t.

Выделившееся количество теплоты зависит от рода вещества.

Q = сm ∆t.

(1 калория ≈ 4,2 Дж)

1. Количество теплоты — это энергия, которую получает или отдаёт тело в результате теплопередачи.

2. При теплопередаче полученное телом количество теплоты идёт на изменение его внутренней энергии.

Q = ∆U.

3. Количество теплоты, поглощённое или выделенное телом, зависит от массы тела, разности между конечной и начальной температурой тела и рода вещества.

Q = сm ∆t.

4. Количество теплоты, поглощённое телом при нагревании, равно количеству теплоты, выделенному этим телом при охлаждении на столько же градусов.

Дополнительно

Расчет массы тела, если известен объем, производится через плотность вещества.

Плотность — это физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму:  ρ = m/ V , единица плотности в СИ: кг/м3 .

Тогда масса тела:  m = ρ V

Тест

Тест 2 вариант

Агрегатные состояние вещества. Плавление и отвердевание кристаллических тел

Плавление.

При нагревании вся энергия идет на повышение внутренней энергии тела, и температура тела повышается до температуры плавления.

Три основных положения

Кристаллизация

Удельная теплота плавления

Задачи

1. Какое количество теплоты выделится в окружающую среду при кристаллизации 200 г. олова?

2. Какое количество теплоты необходимо для плавления 0,5 кг льда? Начальная температура льда -10^оС.

Примечание к решению задачи

Процесс плавления льда начнется только при достижении температуры плавления. Это количество теплоты, затраченное на нагрев льда.

При решении контрольной работы необходимо использовать справочные таблицы Учебника!!!

"Удельная теплоемкость"

"Удельная теплота сгорания"

Вариант 1

1. Почему батареи отопления ставят обычно внизу под окнами, а не вверху? (Батарея внизу нагревает воздух, он поднимается вверх, а холодный воздух занимает его место, снова нагревается. За счёт конвекции прогревается весь воздух в комнате.)
2. Продукты положили в холодильник. Как изменилась их внутренняя энергия? (Уменьшилась, так как скорость теплового движения молекул (температура) стала меньше.)
3. Сколько энергии выделилось при охлаждении куска меди массой 600 г на 250⁰С? (60 кДж.)
4. Какое количество теплоты выделиться при сжигании 3,5 кг торфа (49 МДж.)
5. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы в алюминиевом чайнике массой 700 г. Вскипятить 2 кг. воды? Начальная температура воды 20 ⁰С. (723250 Дж.)
6. На сколько градусов нагреется 4 кг воды при сжигании 30 г каменного угля, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании угля, пойдёт на нагревание воды? (48,2⁰С.)

Вариант 2

1. Почему кондиционеры обычно располагают под потолком, а не вблизи пола? (Кондиционер охлаждает теплый воздух, поднимающийся вверх, он опускается вниз, поднимается следующая порция теплого воздуха, за счёт конвекции весь воздух в комнате охлаждается.)
2. Как изменится внутренняя энергия чашки с горячим чаем с течением времени? (Уменьшается, так как скорость теплового движения молекул (температура) чая и чашки уменьшается.)
3. Сколько энергии выделится при охлаждении на 80⁰С свинцовой детали массой 400 г? (4,48 КДж.)
4. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 0,02 кг водорода? (2,4 МДж.)
5. Алюминиевая кастрюля массой 250 г вмещает 2 кг молока. Какое количество теплоты требуется для нагревания в этой кастрюле молока от 15⁰С до100⁰С? Удельная теплоёмкость молока 3900 Дж/кг⁰С. (682550 Дж.)
6. Рассчитайте массу керосина, который потребуется сжечь для того, чтобы нагреть 10 кг воды от 10 до 80⁰С, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании керосина, пойдёт на нагрев воды. (0,064 кг.)

Использованные материалы (в свободном доступе):

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССАХ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ТИПИЧНЫЕ ЗАДАЧИ

Использованные материалы (в свободном доступе):

тест вариант 1

тест вариант 2

Удельная теплота сгорания топлива

Пример решения задач:

1. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании 10 кг древесного угля?

2. Масса заряда пороха в патроне пулемета равна 3,2 г. Какое количество теплоты выделяется при каждом выстреле?

3. Какое количество теплоты выделится при полном сгорании керосина объемом 4 л?