Количество Теплоты

Количество Теплоты

by Рябинина Ангелина

​Коровникова Валерия

​Хорошева Карина

​Хорошева Кристина

​Шапкина Елизавета

Multiple Choice

Мы хотим представить Вам нашу работу, но перед этим позвольте спросить...

Какой буквой обозначается количество теплоты?

• «Q»

• «L»

• «U»

• «A»

​Наблюдения показывают, что обмен энергией между термодинамическими системами может происходить следующими основными способами:

1. Путём совершения работы самой системой или внешними силами над системой.

2. В результате теплопередачи (теплообмена).

3. Путём обмена веществом

Теплопередачей (или теплообменом) называется процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения над телом работы.

​

Наблюдения показывают, что тепловая энергия может самопроизвольно передаваться только от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой и никогда наоборот.

Количеством теплоты Q (ку) называют энергию, которую тело отдает или получает в результате теплообмена.

А единицей её измерения в СИ является Дж (Джоуль)

​Рассмотрим вопрос: какой величиной мы будем выражать это количество теплоты?

​Количество теплоты связано с внутренней энергией тела, поэтому, когда тело получает энергию, его внутренняя энергия увеличивается, а когда отдает – уменьшается

​Взаимосвязь количества теплоты и внутренней энергии

​Аналогичные выводы можно сделать и о температуре тела

Multiple Choice

Знаете ли вы, сколько видов теплопередачи существует?

• Одна

• Две

• Три

• Четыре

​Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

​Теплопроводностью называется процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела менее нагретым в результате теплового движения молекул.

​

​

​

​

​

​

​

​

Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества. Теплопроводность у разных веществ различна. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум, так как в вакууме нет молекул вещества и теплопередача может происходить лишь в результате теплового излучения. Хорошей теплопроводностью обладают металлы, поэтому ручки сковородок покрывают обычно теплоизоляторами (деревом, пластмассой и т.п.)

​

​

​

​

​

​

​Конвекцией называется процесс переноса теплоты в жидкостях и газах потоками вещества, в основном в поле тяжести Земли, из-за различия в их плотностях (более плотные холодные части жидкости опускаются, вытесняя более лёгкие горячие части жидкости).

​Тепловым излучением называется электромагнитное излучение, обусловленное тепловым движением атомов или молекул вещества, и происходящее за счёт уменьшения внутренней энергии тела.

Open Ended

Как вы думаете, от чего зависит Q?

​Чтобы выяснить: от чего зависит , проведем 3 эксперимента.

​Эксперимент № 1

Возьмем два одинаковых тела, но разной массы. Например, возьмем две одинаковые кастрюли и нальем в них разное количество воды (одинаковой температуры).

Очевидно, что для того, чтобы вскипятить ту кастрюлю, в которой воды больше, потребуется больше времени. То есть ей необходимо будет сообщить большее количество теплоты.

Из этого можно сделать вывод, что количество теплоты зависит от массы (прямо пропорционально – чем больше масса, тем больше количество теплоты).

​Эксперимент № 2

Во втором эксперименте мы будем нагревать тела одинаковой массы до разной температуры. То есть возьмем две кастрюли с водой одинаковой массы и нагреем одну из них на , а вторую, к примеру, на .

Очевидно, что, для того чтобы нагреть кастрюлю до большей температуры, понадобится больше времени, то есть ей необходимо будет сообщить большее количество теплоты.

Из этого можно сделать вывод, что количество теплоты зависит от разности температур (прямо пропорционально – чем больше разность температур, тем больше количество теплоты).

​Эксперимент № 3

В третьем эксперименте рассмотрим зависимость количества теплоты от характеристик вещества. Для этого возьмем две кастрюли и нальем в одну из них воду, а в другую – подсолнечное масло. При этом температуры и массы воды и масла должны быть одинаковы. Будем нагревать обе кастрюли до одинаковой температуры. 

Для того чтобы нагреть кастрюлю с водой, потребуется больше времени, то есть ей необходимо будет сообщить большее количество теплоты.

Из этого можно сделать вывод, что количество теплоты зависит от рода вещества

​   После проведенных экспериментов можно сделать вывод, что  зависит:

• от массы тела;

• изменения его температуры;

• рода вещества.

Отметим, что во всех рассмотренных нами случаях речь не идет о фазовых переходах (то есть изменениях агрегатного состояния вещества).

Poll

Сейчас речь пойдет о калории.

Как вы думаете, для чего нам она?

• Просто так

• Для диет

• Вот вы сказали и я захотел(а) кушать

• это какая-то величина?

​При расчёте задач в современной физике единицей измерения энергии и теплоты является джоуль. Эта единица измерения введена в 1889 году.

Калорию как единицу измерения тепла предложил Йохан Карл Вильке (1732-1796) — шведский физик-экспериментатор. Он измерил удельную теплоёмкость твёрдых тел в 1772 году. Более века калория являлась единственной признанной наукой единицей измерения количества тепловой энергии.

​Калория — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 г воды на 1°С.

1 кал =4,19 Дж ≈4,2 Дж.

​Термин «калория» (от латинского «calor» — тепло) ввёл в научный оборот французский химик Николя Клеман-Дезорм (1779—1842).

​Его определение калории как единицы измерения тепла было впервые опубликовано в 1824 году в журнале «Le Producteur», а во французских словарях оно появилось в 1842 году.

Однако задолго до появления этого термина были сконструированы первые калориметры — приборы для измерения теплоты.

​Изобретением Д. Блэка воспользовались знаменитые французские учёные  Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794) и Пьер Симон Лаплас (1749—1827).

​В 1780 году они начали серию калориметрических экспериментов, которые позволили измерить тепловую энергию.

Это понятие встречается ещё в XVIII веке в трудах шведского физика  Иоганна Карла Вильке (1732—1796), который занимался исследованием электрических, магнитных и тепловых явлений и задумывался об эквивалентах, в которых можно измерять тепловую энергию.

​Устройство, которое впоследствии начали называть калориметром, Лавуазье и Лаплас использовали, чтобы измерять количество теплоты, выделяющееся в различных физических, химических и биологических процессах. Тогда ещё не было точных термометров, поэтому для измерения теплоты приходилось идти на ухищрения.

​Первый калориметр был ледяным. Внутренняя полая камера, куда помещали объект, излучающий тепло (например, мышку), была окружена рубашкой, заполненной льдом или снегом. А ледяная рубашка, в свою очередь, была окружена воздушной, чтобы лёд не плавился под действием внешнего нагрева. Тепло от объекта внутри калориметра нагревало и плавило лёд. Взвешивая талую воду, стекавшую из рубашки в специальный сосуд, исследователи определяли теплоту, выделенную объектом.

Этот прибор позволил Лавуазье и Лапласу измерить теплоту многих химических реакций: сгорания угля, водорода, фосфора, чёрного пороха.