אנו מתחילים את הנוסחאות לכמות החום. "כמות חום

כפי שאנו כבר יודעים, האנרגיה הפנימית של הגוף יכולה להשתנות הן בעת ​​ביצוע עבודה והן על ידי העברת חום (בלי לעשות עבודה). ההבדל העיקרי בין עבודה לכמות החום הוא שהעבודה קובעת את תהליך המרת האנרגיה הפנימית של המערכת, המלווה בהפיכת אנרגיה מסוג אחד לאחר.

במקרה שהשינוי באנרגיה הפנימית ממשיך בעזרת העברת חום, העברת האנרגיה מגוף אחד למשנהו מתבצעת עקב מוליכות תרמית, קרינה, או הולכת חום.

האנרגיה שגוף מאבד או צובר במהלך העברת חום נקראת כמות החום.

כשמחשבים את כמות החום, צריך לדעת אילו כמויות משפיעות עליו.

משני מבערים זהים נחמם שני כלים. בכלי אחד 1 ק"ג מים, בשני - 2 ק"ג. טמפרטורת המים בשני הכלים היא בתחילה זהה. אנו יכולים לראות שבאותו זמן המים באחד הכלים מתחממים מהר יותר, למרות ששני הכלים מקבלים את אותה כמות חום.

לפיכך, אנו מסיקים: ככל שהמסה של גוף נתון גדולה יותר, כך יש להשקיע כמות חום גדולה יותר כדי להוריד או להעלות את הטמפרטורה שלו באותו מספר מעלות.

כאשר הגוף מתקרר, הוא פולט לחפצים שכנים ככל שכמות החום גדולה יותר, כך מסתו גדולה יותר.

כולנו יודעים שאם אנחנו צריכים לחמם קומקום מלא של מים לטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס, נקדיש פחות זמן בפעולה הזו מאשר לחמם קומקום עם אותו נפח מים, אבל רק עד 100 מעלות צלזיוס. במקרה מספר אחת, פחות חום יינתן למים מאשר בשני.

לפיכך, כמות החום הנדרשת לחימום תלויה ישירות כמה מעלותהגוף יכול להתחמם. אנחנו יכולים להסיק: כמות החום תלויה ישירות בהפרש הטמפרטורה של הגוף.

אבל האם ניתן לקבוע את כמות החום הנדרשת לא לחימום מים, אלא לחומר אחר, למשל, שמן, עופרת או ברזל.

ממלאים כלי אחד במים והשני בשמן צמחי. מסות המים והשמן שוות. שני הכלים יתחממו באופן שווה על אותם מבערים. בואו נתחיל את הניסוי בטמפרטורה התחלתית שווה של שמן צמחי ומים. חמש דקות לאחר מכן, על ידי מדידת טמפרטורות השמן והמים המחוממים, נבחין שטמפרטורת השמן גבוהה בהרבה מטמפרטורת המים, למרות ששני הנוזלים קיבלו את אותה כמות חום.

המסקנה המתבקשת היא: כאשר מחממים מסות שוות של שמן ומים באותה טמפרטורה, יש צורך בכמויות שונות של חום.

ומיד נסיק מסקנה נוספת: כמות החום הנדרשת לחימום הגוף תלויה ישירות בחומר ממנו מורכב הגוף עצמו (סוג החומר).

לפיכך, כמות החום הדרושה לחימום הגוף (או משתחררת במהלך הקירור) תלויה ישירות במסה של הגוף הנתון, בשונות הטמפרטורה שלו ובסוג החומר.

כמות החום מסומנת בסמל Q. כמו סוגים שונים של אנרגיה אחרים, כמות החום נמדדת בג'אול (J) או בקילו ג'אול (kJ).

1 קילו-ג'יי = 1000 J

עם זאת, ההיסטוריה מראה שמדענים החלו למדוד את כמות החום הרבה לפני שמושג כמו אנרגיה הופיע בפיזיקה. באותה תקופה פותחה יחידה מיוחדת למדידת כמות החום - קלוריה (קלורית) או קילוקלוריה (קק"ל). למילה יש שורשים לטיניים, קלורוס - חום.

1 קק"ל = 1000 קלוריות

קָלוֹרִיָההיא כמות החום הנדרשת להעלאת הטמפרטורה של 1 גרם מים ב-1°C

1 cal = 4.19 J ≈ 4.2 J

1 קק"ל = 4190 J ≈ 4200 J ≈ 4.2 kJ

יש לך שאלות? לא יודעים איך להכין שיעורי בית?
לקבלת עזרת מורה דרך - הירשמו.
השיעור הראשון חינם!

אתר, עם העתקה מלאה או חלקית של החומר, נדרש קישור למקור.

כאשר אנו דנים בדרכים לחימום בית, אפשרויות להפחתת נזילת חום, עלינו להבין מהו חום, באילו יחידות הוא נמדד, כיצד הוא מועבר וכיצד הוא הולך לאיבוד. דף זה יספק את המידע הבסיסי מהקורס של הפיזיקה הדרוש כדי לשקול את כל הנושאים לעיל.

חום הוא דרך אחת להעביר אנרגיה

האנרגיה שגוף מקבל או מאבד בתהליך חילופי החום עם הסביבה נקראת כמות החום או פשוט חום.

במובן המחמיר, חום הוא אחת הדרכים להעברת אנרגיה, ורק לכמות האנרגיה המועברת למערכת יש משמעות פיזיקלית, אבל המילה "חום" כלולה במושגים מדעיים מבוססים כמו שטף חום, קיבולת חום. , חום מעבר פאזה, חום תגובה כימית, מוליכות תרמית וכו'. לכן, כאשר שימוש כזה במילה אינו מטעה, המושגים "חום" ו"כמות חום" הם שם נרדף. עם זאת, ניתן להשתמש במונחים אלו רק בתנאי שהם מוגדרים במדויק, ובשום מקרה לא ניתן לייחס "כמות חום" למספר המושגים המקוריים שאינם דורשים הגדרה. כדי למנוע טעויות, יש להבין את המושג "חום" בדיוק כשיטת העברת האנרגיה, וכמות האנרגיה המועברת בשיטה זו מסומנת במושג "כמות החום". מומלץ להימנע מהמונח "אנרגיה תרמית".

חום הוא החלק הקינטי של האנרגיה הפנימית של חומר, הנקבע על ידי התנועה הכאוטית האינטנסיבית של המולקולות והאטומים המרכיבים את החומר הזה. טמפרטורה היא מדד לעוצמת התנועה המולקולרית. כמות החום שיש לגוף בטמפרטורה נתונה תלויה במסה שלו; לדוגמה, באותה טמפרטורה, יותר חום כלול בכוס מים גדולה מאשר בכוס קטנה, ובדלי מים קרים הוא יכול להיות יותר מאשר בכוס מים חמים (אם כי טמפרטורת המים ב הדלי נמוך יותר).

חום הוא סוג של אנרגיה ולכן יש למדוד אותו ביחידות אנרגיה. במערכת ה-SI הבינלאומית, יחידת האנרגיה היא ג'אול (J). מותר גם להשתמש ביחידה מחוץ למערכת של כמות החום - קלוריות: קלוריה בינלאומית היא 4.1868 J.

העברת חום והעברת חום

העברת חום היא תהליך של העברת חום בתוך גוף או מגוף אחד למשנהו, עקב הפרשי טמפרטורה. עוצמת העברת החום תלויה בתכונות החומר, בהפרש הטמפרטורה ומצייתת לחוקי הטבע שנקבעו בניסוי. כדי ליצור מערכות חימום או קירור יעילות, מנועים שונים, תחנות כוח, מערכות בידוד תרמי, אתה צריך לדעת את העקרונות של העברת חום. במקרים מסוימים, חילופי חום אינם רצויים (בידוד תרמי של תנורי התכה, חלליות וכו'), בעוד שבאחרים הוא צריך להיות גדול ככל האפשר (דודי קיטור, מחליפי חום, כלי מטבח). ישנם שלושה סוגים עיקריים של העברת חום: הולכה, הסעה והעברת חום קורנת.

מוליכות תרמית

אם יש הבדל טמפרטורה בתוך הגוף, אז האנרגיה התרמית עוברת מהחלק החם יותר שלו לקר יותר. סוג זה של העברת חום, עקב תנועות תרמיות והתנגשויות של מולקולות, נקרא מוליכות תרמית. המוליכות התרמית של המוט מוערכת לפי הערך זרימת חום, התלוי במקדם המוליכות התרמית, בשטח החתך שדרכו מועבר חום ובשיפוע הטמפרטורה (היחס בין הפרש הטמפרטורה בקצוות המוט למרחק ביניהם). יחידת זרימת החום היא וואט.

מוליכות תרמית של חלק מהחומרים והחומרים
חומרים וחומרים מוליכות תרמית, W/(m^2*K)
מתכות
אלומיניום ___________________205
ברונזה _____________________105
טונגסטן ____________________159
ברזל __________________________________67
נחושת _________________________389
ניקל __________________________58
מוביל ____________________35
אבץ ____________________113
חומרים אחרים
אסבסט _______________________0.08
בטון ____________________0.59
אוויר ____________________0.024
פוך אידר (רופף) ______0.008
עץ (אגוז) ________________0.209
נסורת ____________________0.059
גומי (ספוג) ____________0.038
זכוכית _______________________0.75

הולכת חום

הסעה היא העברת חום עקב תנועה של המוני אוויר או נוזל. כאשר חום מופעל על נוזל או גז, עוצמת התנועה של מולקולות עולה, וכתוצאה מכך, הלחץ עולה. אם נוזל או גז אינם מוגבלים בנפח, אז הם מתרחבים; הצפיפות המקומית של הנוזל (הגז) הולכת ופוחתת, ובשל כוחות הציפה (הארכימדיים), החלק המחומם של המדיום נע למעלה (בגלל זה האוויר החם בחדר עולה מהסוללות לתקרה). במקרים פשוטים של זרימת נוזל דרך צינור או זרימה סביב משטח שטוח, ניתן לחשב באופן תיאורטי את מקדם העברת החום ההסעה. עם זאת, טרם ניתן היה למצוא פתרון אנליטי לבעיית הסעה לזרימה סוערת של תווך.

קרינה תרמית

הסוג השלישי של העברת חום - העברת חום קורנת - שונה מהולכת חום והסעה בכך שניתן להעביר חום במקרה זה באמצעות ואקום. הדמיון שלו לשיטות אחרות של העברת חום הוא שזה נובע גם מהפרש הטמפרטורה. קרינה תרמית היא אחד מסוגי הקרינה האלקטרומגנטית.

השמש היא פולטת עוצמה של אנרגיה תרמית; הוא מחמם את כדור הארץ אפילו במרחק של 150 מיליון ק"מ. עוצמת קרינת השמש היא כ-1.37 W/m2.

קצב העברת החום על ידי הולכה והסעה הוא פרופורציונלי לטמפרטורה, ושטף החום הקרין הוא פרופורציונלי לחזק הרביעי של הטמפרטורה.

קיבולת חום

לחומרים שונים יש יכולת שונה לאגור חום; זה תלוי במבנה המולקולרי שלהם ובצפיפותם. כמות החום הנדרשת להעלאת הטמפרטורה של יחידת מסה של חומר במעלה אחת (1 מעלות צלזיוס או 1 K) נקראת קיבולת החום הספציפית שלו. קיבולת החום נמדדת ב-J/(ק"ג K).

בדרך כלל להבחין בקיבולת החום בנפח קבוע ( קו"ח) וקיבולת חום בלחץ קבוע ( C P), אם במהלך תהליך החימום נפח הגוף או הלחץ נשמרים קבועים, בהתאמה. לדוגמה, כדי לחמם גרם אחד של אוויר בבלון ב-1 K, נדרש יותר חום מאשר לחמם אותו באותו אופן בכלי אטום בעל קירות קשיחים, מכיוון שחלק מהאנרגיה המוענקת לבלון מושקעת על הרחבת אוויר, ולא על חימום שלו. כאשר מחומם בלחץ קבוע, חלק מהחום הולך לייצור עבודת התרחבות של הגוף, וחלק - להגברת האנרגיה הפנימית שלו, בעוד כאשר מחומם בנפח קבוע, כל החום מושקע בהגדלת האנרגיה הפנימית; בעקבות זאת C Rתמיד יותר מ קו"ח. עבור נוזלים ומוצקים, ההבדל בין C Rו קו"חקטן יחסית.

מכונות תרמיות

מנועי חום הם מכשירים הממירים חום לעבודה שימושית. דוגמאות למכונות כאלה הן מדחסים, טורבינות, קיטור, בנזין ומנועי סילון. אחד ממנועי החום המפורסמים ביותר הוא טורבינת הקיטור המשמשת בתחנות כוח תרמיות מודרניות. תרשים מפושט של תחנת כוח כזו מוצג באיור 1.

אורז. 1. תרשים מפושט של תחנת כוח של טורבינת קיטור הפועלת על דלקים מאובנים.

נוזל העבודה - מים - הופך לקיטור מחומם בדוד קיטור המחומם על ידי שריפת דלקים מאובנים (פחם, נפט או גז טבעי). הקיטור בלחץ גבוה הופך את הציר של טורבינת קיטור, המניעה גנרטור המייצר חשמל. אדי הפליטה מתעבים כאשר מתקררים במים זורמים, הסופגים חלק מהחום. לאחר מכן, המים מוזנים למגדל הקירור (מגדל קירור), משם משתחרר חלק מהחום לאטמוספירה. הקונדנסט נשאב בחזרה לדוד הקיטור וכל המחזור חוזר על עצמו.

דוגמה נוספת למנוע חום היא מקרר ביתי, שהתרשים שלו מוצג באיור. 2.

במקררים ובמזגנים ביתיים מסופקת אנרגיה מבחוץ כדי לספק אותה. המדחס מגביר את הטמפרטורה והלחץ של חומר העבודה של המקרר - פריאון, אמוניה או פחמן דו חמצני. הגז המחומם-על מוזרם למעבה, שם הוא מקורר ומתעבה, ומפיץ חום לסביבה. הנוזל היוצא מחרירי המעבה עובר דרך שסתום המצערת לתוך המאייד, וחלק ממנו מתאדה, המלווה בירידה חדה בטמפרטורה. המאייד לוקח חום מתא המקרר, המחמם את נוזל העבודה בחרירים; הנוזל הזה מסופק על ידי המדחס למעבה, והמחזור חוזר על עצמו.

המוקד של המאמר שלנו הוא כמות החום. נשקול את המושג של אנרגיה פנימית, אשר משתנה כאשר ערך זה משתנה. כמו כן, נראה כמה דוגמאות ליישום חישובים בפעילות אנושית.

חוֹם

עם כל מילה בשפת האם, לכל אדם יש אסוציאציות משלו. הם נקבעים על ידי ניסיון אישי ורגשות לא רציונליים. מה מיוצג בדרך כלל על ידי המילה "חום"? שמיכה רכה, סוללת הסקה מרכזית עובדת בחורף, אור השמש הראשון באביב, חתול. או מבט של אמא, מילה מנחמת מחברה, תשומת לב בזמן.

פיזיקאים מתכוונים בכך למונח מאוד ספציפי. וחשוב מאוד, במיוחד בחלקים מסוימים של המדע המורכב אך המרתק הזה.

תֶרמוֹדִינָמִיקָה

לא כדאי להתייחס לכמות החום במנותק מהתהליכים הפשוטים ביותר שעליהם מבוסס חוק שימור האנרגיה – שום דבר לא יהיה ברור. לכן, מלכתחילה, אנו מזכירים לקוראים שלנו.

התרמודינמיקה מחשיבה כל דבר או עצם כשילוב של מספר גדול מאוד של חלקים יסודיים - אטומים, יונים, מולקולות. המשוואות שלו מתארות כל שינוי במצב הקולקטיבי של המערכת כולה וכחלק מהמכלול בעת שינוי פרמטרי מאקרו. אלה האחרונים מובנים כטמפרטורה (מסומנת כ-T), לחץ (P), ריכוז רכיבים (בדרך כלל C).

אנרגיה פנימית

אנרגיה פנימית היא מונח מסובך למדי, שצריך להבין את משמעותו לפני שמדברים על כמות החום. הוא מציין את האנרגיה המשתנה עם עלייה או ירידה בערך פרמטרי המאקרו של האובייקט ואינה תלויה במערכת הייחוס. זה חלק מהאנרגיה הכוללת. הוא חופף לו בתנאים שבהם מרכז המסה של הדבר הנחקר נמצא במנוחה (כלומר, אין מרכיב קינטי).

כאשר אדם מרגיש שאובייקט כלשהו (נגיד, אופניים) התחמם או התקרר, זה מראה שכל המולקולות והאטומים המרכיבים את המערכת הזו חוו שינוי באנרגיה הפנימית. עם זאת, קביעות הטמפרטורה אינה אומרת שימור אינדיקטור זה.

עבודה וחום

ניתן לשנות את האנרגיה הפנימית של כל מערכת תרמודינמית בשתי דרכים:

• על ידי ביצוע עבודה עליו;
• במהלך חילופי חום עם הסביבה.

הנוסחה לתהליך זה נראית כך:

dU=Q-A, כאשר U היא אנרגיה פנימית, Q היא חום, A היא עבודה.

אל הקורא יתעתע בפשטות הביטוי. התמורה מראה ש-Q=dU+A, אבל הכנסת האנטרופיה (S) מביאה את הנוסחה לצורה dQ=dSxT.

מכיוון שבמקרה זה המשוואה לובשת צורה של משוואה דיפרנציאלית, הביטוי הראשון דורש אותו דבר. יתרה מכך, בהתאם לכוחות הפועלים באובייקט הנחקר ולפרמטר שמחושב, נגזר היחס הדרוש.

הבה ניקח כדור מתכת כדוגמה למערכת תרמודינמית. אם תפעילו עליו לחץ, זורקים אותו למעלה, זורקים אותו לבאר עמוקה, זה אומר שתעבוד עליו. כלפי חוץ, כל הפעולות הלא מזיקות הללו לא יגרמו נזק לכדור, אבל האנרגיה הפנימית שלו תשתנה, אם כי מעט מאוד.

הדרך השנייה היא העברת חום. כעת הגענו למטרה העיקרית של מאמר זה: תיאור מהי כמות החום. זהו שינוי כזה באנרגיה הפנימית של מערכת תרמודינמית המתרחש במהלך העברת חום (ראה את הנוסחה לעיל). זה נמדד בג'אול או קלוריות. ברור שאם מחזיקים את הכדור מעל מצית, בשמש או פשוט ביד חמה, הוא יתחמם. ואז, על ידי שינוי הטמפרטורה, אתה יכול למצוא את כמות החום שהועברה אליו באותו הזמן.

מדוע גז הוא הדוגמה הטובה ביותר לשינוי באנרגיה הפנימית, ולמה תלמידים לא אוהבים פיזיקה בגלל זה

לעיל, תיארנו שינויים בפרמטרים התרמודינמיים של כדור מתכת. הם לא בולטים במיוחד ללא מכשירים מיוחדים, ולקורא נותר לקחת מילה על התהליכים המתרחשים עם האובייקט. דבר נוסף הוא אם המערכת היא גז. לחץ עליו - זה יהיה גלוי, תחמם אותו - הלחץ יעלה, יוריד מתחת לאדמה - ואת זה ניתן לתקן בקלות. לכן, בספרי לימוד, גז הוא שנלקח לרוב כמערכת תרמודינמית ויזואלית.

אבל, אבוי, לא הרבה תשומת לב מוקדשת לניסויים אמיתיים בחינוך המודרני. מדען שכותב מדריך מתודולוגי מבין היטב מה עומד על הפרק. נראה לו שבדוגמה של מולקולות גז, כל הפרמטרים התרמודינמיים יודגמו בצורה מספקת. אבל לסטודנט שרק מגלה את העולם הזה, משעמם לשמוע על בקבוק אידיאלי עם בוכנה תיאורטית. אילו היו לבית הספר מעבדות מחקר אמיתיות ושעות מוקדשות לעבוד בהן, הכל היה שונה. עד כה, למרבה הצער, הניסויים הם רק על הנייר. וסביר להניח שזה בדיוק מה שגורם לאנשים לראות בענף הפיזיקה הזה כמשהו תיאורטי בלבד, רחוק מהחיים ומיותר.

לכן, החלטנו לתת את האופניים שכבר הוזכרו לעיל כדוגמה. אדם לוחץ על הדוושות - אכן עובד עליהם. בנוסף להעברת מומנט למנגנון כולו (שבגללו נעים האופניים בחלל), משתנה האנרגיה הפנימית של החומרים מהם עשויים המנופים. רוכב האופניים דוחף את הידיות כדי להסתובב, ושוב עושה את העבודה.

האנרגיה הפנימית של הציפוי החיצוני (פלסטיק או מתכת) מוגברת. אדם הולך לקרחת יער תחת השמש הבהירה - האופניים מתחממים, כמות החום שלו משתנה. עוצר לנוח בצל עץ אלון ותיק והמערכת מתקררת, מבזבזת קלוריות או ג'אול. מגביר מהירות - מגביר את חילופי האנרגיה. עם זאת, חישוב כמות החום בכל המקרים הללו יראה ערך קטן מאוד, בלתי מורגש. לכן, נראה כי אין ביטויים של פיזיקה תרמודינמית בחיים האמיתיים.

יישום חישובים לשינויים בכמות החום

כנראה, הקורא יגיד שכל זה מאוד אינפורמטיבי, אבל למה אנחנו כל כך מעונים בבית הספר עם הנוסחאות האלה. וכעת ניתן דוגמאות באילו תחומי פעילות אנושיים הם נחוצים באופן ישיר וכיצד זה חל על כל אחד בחיי היומיום שלו.

מלכתחילה, הביטו סביבכם וספרו: כמה חפצי מתכת מקיפים אתכם? כנראה יותר מעשרה. אבל לפני שהופכים לאטב נייר, עגלה, טבעת או כונן הבזק, כל מתכת מותכת. כל מפעל שמעבד, למשל, עפרות ברזל חייב להבין כמה דלק נדרש כדי לייעל את העלויות. ובחישוב זה יש צורך לדעת את כושר החום של חומרי הגלם המכילים מתכת ואת כמות החום שיש להקנות לו על מנת שיתרחשו כל התהליכים הטכנולוגיים. מכיוון שהאנרגיה המשתחררת מיחידת דלק מחושבת בג'אול או קלוריות, יש צורך בנוסחאות ישירות.

או דוגמה אחרת: ברוב הסופרמרקטים יש מחלקה עם מוצרים קפואים - דגים, בשר, פירות. כאשר חומרי גלם מבשר בעלי חיים או פירות ים מומרים למוצרים מוגמרים למחצה, עליהם לדעת כמה חשמל ישתמשו יחידות קירור והקפאה לטון או יחידת מוצר מוגמר. כדי לעשות זאת, עליך לחשב כמה חום מאבד קילוגרם של תותים או דיונונים בקירור מעלה אחת צלזיוס. ובסופו של דבר, זה יראה כמה חשמל יוציא מקפיא בקיבולת מסוימת.

מטוסים, ספינות, רכבות

למעלה, הראינו דוגמאות של עצמים סטטיים ונטילים יחסית שנלקחים מהם מידע או להיפך, כמות מסוימת של חום נלקחת מהם. עבור עצמים הנעים בתהליך הפעולה בתנאים של טמפרטורה משתנה כל הזמן, חישובים של כמות החום חשובים מסיבה אחרת.

יש דבר כזה "עייפות מתכת". זה כולל גם את העומסים המרביים המותרים בקצב מסוים של שינוי טמפרטורה. דמיינו מטוס ממריא מהאזורים הטרופיים הלחים אל האטמוספירה העליונה הקפואה. מהנדסים צריכים לעבוד קשה כדי שלא יתפרק בגלל סדקים במתכת המופיעים בשינוי הטמפרטורה. הם מחפשים הרכב סגסוגת שיכול לעמוד בעומסים אמיתיים ויהיה בעל מרווח בטיחות גדול. וכדי לא לחפש בצורה עיוורת, בתקווה להיתקל בטעות בהרכב הרצוי, צריך לעשות הרבה חישובים, כולל כאלה הכוללים שינויים בכמות החום.

בשיעור זה נלמד כיצד לחשב את כמות החום הדרושה לחימום גוף או לשחררו כשהוא מתקרר. לשם כך נסכם את הידע שהושג בשיעורים קודמים.

בנוסף, נלמד כיצד להשתמש בנוסחה של כמות החום כדי לבטא את הכמויות הנותרות מנוסחה זו ולחשב אותן תוך ידיעת כמויות אחרות. כמו כן תישקל דוגמה לבעיה בפתרון לחישוב כמות החום.

שיעור זה מוקדש לחישוב כמות החום כאשר גוף מחומם או משתחרר על ידו בעת קירור.

היכולת לחשב את כמות החום הנדרשת חשובה מאוד. זה עשוי להיות נחוץ, למשל, בעת חישוב כמות החום שיש להקנות למים כדי לחמם חדר.

אורז. 1. כמות החום שיש לדווח למים לחימום החדר

או כדי לחשב את כמות החום שמשתחררת כאשר שורפים דלק במנועים שונים:

אורז. 2. כמות החום המשתחררת בעת שריפת הדלק במנוע

כמו כן, ידע זה נחוץ, למשל, כדי לקבוע את כמות החום שמשחררת השמש ופוגעת בכדור הארץ:

אורז. 3. כמות החום שמשחררת השמש ויורדת על כדור הארץ

כדי לחשב את כמות החום, אתה צריך לדעת שלושה דברים (איור 4):

• משקל גוף (שניתן למדוד בדרך כלל עם סולם);
• הפרש הטמפרטורה שבו יש צורך לחמם את הגוף או לקרר אותו (בדרך כלל נמדד עם מדחום);
• קיבולת חום ספציפית של הגוף (אשר ניתן לקבוע מהטבלה).

אורז. 4. מה שאתה צריך לדעת כדי לקבוע

הנוסחה לחישוב כמות החום היא כדלקמן:

נוסחה זו מכילה את הכמויות הבאות:

כמות החום, נמדדת בג'אול (J);

קיבולת החום הסגולית של חומר, נמדדת ב;

- הפרש טמפרטורה, נמדד במעלות צלזיוס ().

שקול את הבעיה של חישוב כמות החום.

מְשִׁימָה

כוס נחושת במסה של גרם מכילה מים בנפח של ליטר אחד בטמפרטורה של . כמה חום יש להעביר לכוס מים כדי שהטמפרטורה שלה תהיה שווה ל?

אורז. 5. המחשה של מצב הבעיה

ראשית, נכתוב תנאי קצר ( נָתוּן) ולהמיר את כל הכמויות למערכת הבינלאומית (SI).

נָתוּן:	סִי
למצוא:

פִּתָרוֹן:

ראשית, קבע אילו כמויות נוספות אנחנו צריכים כדי לפתור בעיה זו. לפי טבלת קיבולת החום הסגולית (טבלה 1), אנו מוצאים (יכולת חום ספציפית של נחושת, שכן לפי תנאי הזכוכית היא נחושת), (יכולת חום ספציפית של מים, שכן לפי מצב יש מים בזכוכית). בנוסף, אנו יודעים שכדי לחשב את כמות החום, אנו זקוקים למסה של מים. לפי תנאי, ניתן לנו רק את הנפח. לכן, אנו לוקחים את צפיפות המים מהשולחן: (טבלה 2).

כרטיסייה. 1. קיבולת חום סגולית של חומרים מסוימים,

כרטיסייה. 2. צפיפות של כמה נוזלים

עכשיו יש לנו את כל מה שאנחנו צריכים כדי לפתור את הבעיה הזו.

שימו לב שכמות החום הכוללת תהיה מורכבת מסכום כמות החום הנדרשת לחימום זכוכית הנחושת וכמות החום הנדרשת לחימום המים בה:

ראשית אנו מחשבים את כמות החום הנדרשת לחימום זכוכית הנחושת:

לפני חישוב כמות החום הנדרשת לחימום מים, אנו מחשבים את מסת המים באמצעות הנוסחה המוכרת לנו מדרגה 7:

כעת נוכל לחשב:

אז נוכל לחשב:

תזכרו מה זה אומר: קילוג'אול. משמעות הקידומת "קילו". .

תשובה:.

לנוחות של פתרון בעיות של מציאת כמות החום (מה שנקרא בעיות ישירות) והכמויות הקשורות למושג זה, אתה יכול להשתמש בטבלה הבאה.

ערך רצוי	יִעוּד	יחידות	נוסחה בסיסית	נוסחה לכמות
כמות חום

(או העברת חום).

קיבולת חום ספציפית של חומר.

קיבולת חוםהיא כמות החום הנספגת בגוף בחימום במעלה אחת.

קיבולת החום של הגוף מסומנת באות לטינית גדולה עם.

מה קובע את יכולת החום של הגוף? קודם כל, מהמסה שלו. ברור שחימום, למשל, 1 ק"ג מים ידרוש יותר חום מחימום של 200 גרם.

מה לגבי סוג החומר? בואו נעשה ניסוי. ניקח שני כלים זהים, ונשפוך מים במשקל 400 גרם לאחד מהם, ושמן צמחי במשקל 400 גרם לשני, נתחיל לחמם אותם בעזרת מבערים זהים. על ידי התבוננות בקריאות של מדי חום, נראה שהשמן מתחמם במהירות. כדי לחמם מים ושמן לאותה טמפרטורה, יש לחמם את המים זמן רב יותר. אבל ככל שנחמם את המים זמן רב יותר, כך הם מקבלים יותר חום מהמבער.

לפיכך, כדי לחמם את אותה מסה של חומרים שונים לאותה טמפרטורה, נדרשות כמויות שונות של חום. כמות החום הנדרשת לחימום גוף, וכתוצאה מכך, יכולת החום שלו תלויים בסוג החומר שממנו מורכב גוף זה.

כך, למשל, כדי להעלות את הטמפרטורה של מים עם מסה של 1 ק"ג ב-1 מעלות צלזיוס, נדרשת כמות חום השווה ל-4200 J, וכדי לחמם את אותה מסה של שמן חמניות ב-1 מעלות צלזיוס, כמות של נדרש חום שווה ל-1700 J.

הכמות הפיזית שמראה כמה חום נדרש כדי לחמם 1 ק"ג של חומר ב-1 ºС נקראת חום ספציפיהחומר הזה.

לכל חומר קיבולת חום ספציפית משלו, המסומנת באות הלטינית c ונמדדת בג'אול לכל קילוגרם-מעלה (J / (ק"ג מעלות צלזיוס)).

קיבולת החום הסגולית של אותו חומר במצבי צבירה שונים (מוצק, נוזלי וגזי) שונה. לדוגמה, קיבולת החום הסגולית של מים היא 4200 J/(kg ºС), וקיבולת החום הסגולית של קרח היא 2100 J/(kg ºС); לאלומיניום במצב מוצק יש קיבולת חום ספציפית של 920 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס), ובמצב נוזלי הוא 1080 J/(ק"ג - מעלות צלזיוס).

שימו לב שלמים קיבולת חום סגולית גבוהה מאוד. לכן, המים בים ובאוקיינוסים, המתחממים בקיץ, סופגים כמות גדולה של חום מהאוויר. בשל כך, באותם מקומות הנמצאים ליד מקווי מים גדולים, הקיץ אינו חם כמו במקומות רחוקים ממים.

חישוב כמות החום הנדרשת לחימום הגוף או המשתחררת על ידו במהלך הקירור.

מהאמור לעיל ברור שכמות החום הדרושה לחימום הגוף תלויה בסוג החומר ממנו מורכב הגוף (כלומר, יכולת החום הסגולית שלו) ובמסת הגוף. ברור גם שכמות החום תלויה בכמה מעלות אנחנו הולכים להעלות את טמפרטורת הגוף.

לכן, כדי לקבוע את כמות החום הנדרשת לחימום הגוף או המשתחררת ממנו במהלך הקירור, עליך להכפיל את החום הספציפי של הגוף במסה שלו ובהפרש בין הטמפרטורות הסופית וההתחלתית שלו:

ש = ס"מ (ט 2 - ט 1 ) ,

איפה ש- כמות חום, גהיא קיבולת החום הספציפית, M- מסת גוף , ט 1 - טמפרטורה התחלתית, ט 2 היא הטמפרטורה הסופית.

כשהגוף מחומם t 2 > ט 1 ולכן ש > 0 . כשהגוף מתקרר t 2and< ט 1 ולכן ש< 0 .

אם ידועה יכולת החום של כל הגוף עם, שנקבע על ידי הנוסחה:

Q \u003d C (t 2 - ט 1 ) .