Концепція температури
Ми спостерігаємо зміни в тілах при зміні їх температури, наприклад, розширення, яке відчуває тіло при підвищенні температури. Ця властивість використовується для вимірювання температури системи. Давайте подумаємо про термометри, які складаються з невеликого осаду ртуті, який піднімається через капіляр з підвищенням температури.
Концепція тепла
Припустимо, температура тіла А вища за температуру тіла В, TA> TB.
Ми спостерігатимемо, що температура В підвищується, поки не стане майже рівною температурі А. У зворотному процесі, якщо об'єкт В має температуру TB> TA, ванна А трохи підвищує температуру, поки обидва не зрівняються.
Коли систему великих мас вводять у контакт із системою малих мас, яка знаходиться при іншій температурі, отримана рівноважна температура близька до температури великої системи.
Ми говоримо, що кількість теплоти ΔПитання переходить із системи з більш високою температурою на систему з нижчою температурою.
- Кількість переданого тепла пропорційна зміні температури ΔТ.
- Константа пропорційності C. називається теплоємністю системи.
ΔQ = CΔТ
Якщо тіла А і В є двома складовими ізольованої системи, тіло, що перебуває при більш високій температурі, передає тепло тілу, що знаходиться при нижчій температурі, доки обидва не зрівняються.
- Тіло А віддає тепло: ΔQA = CA(Т-ТА), тоді ΔQA 0
Температура рівноваги отримується за середньозваженою
T = C A T A + C B T B C A + C B
Теплоємність одиничної маси називається питомою теплоємністю c. C = mc
Формула тепловіддачі між тілами виражається через масу m, питому теплоємність c та зміну температури.
де Tf - кінцева температура і ви - початкова температура.
Питома теплота - це кількість тепла, яке потрібно подавати на грам речовини, щоб підвищити його температуру на один градус Цельсія.
Джоуль продемонстрував еквівалентність між теплом і роботою 1кал = 4,186 Дж. З історичних причин одиниця тепла не є такою, як робоча, тепло зазвичай виражається в калоріях.
Питома теплоємність води становить c= 1 кал/(г ° С). Ви повинні подати калорію на грам води, щоб підвищити її температуру на градус Цельсія.
Опис
Коли кілька тіл при різних температурах знаходяться в адіабатичному просторі, між ними відбувається теплообмін, який досягає рівноважної температури через певний час. Коли ця рівновага досягнута, необхідно переконатись, що сума обмінюваних теплоти дорівнює нулю.
Визначається питома теплоємність c як кількість тепла, яке повинно подаватися на грам речовини, щоб підвищити його температуру на один градус Цельсія. У приватному випадку вода c становить 1 кал/(г ºC) або 4186 Дж (кг ºK).
Найбільш використовуваною одиницею питомої теплоти є кал/(г ºC), однак ми повинні звикнути до використання Міжнародної системи вимірювальних одиниць і виразити питому теплоту в Дж/(кг · К). Коефіцієнт перерахунку 4186.
| Речовина | Питома теплоємність (Дж/кг К) |
| Сталь | 460 |
| Алюміній | 880 |
| Мідь | 390 |
| Олово | 230 |
| Залізо | 450 |
| Меркурій | 138 |
| Золото | 130 |
| Срібло | 235 |
| Вести | 130 |
| Натрію | 1300 |
Джерело: Кошкін Н. І., Ширкевич М. Г. Посібник з елементарної фізики. Редакція Mir 1975, сторінки 74-75
Кількість теплоти, яку отримує або передає тіло, обчислюється за такою формулою
Де м це маса, c - питома теплоємність, ви - початкова температура і Tf остаточна температура
- Так Ti> Tf тіло віддає тепло Питання 0
Експеримент проводять на калориметрі, що складається зі склянки (Дьюара) або, якщо цього не вдається, зручно ізолювати. Скло закривається кришкою з ізоляційного матеріалу, з двома отворами, через які виходять термометр і мішалка.
Припустимо, калориметр має початкову температуру Т0, і будь-який
- mv - маса калориметричного скла і Резюме його питома теплоємність.
- м маса зануреної частини градусника і ct його питома теплоємність
- ма маса зануреної частини мішалки і Змінного струму його питома теплоємність
- М маса води, яку містить скло, її питома теплоємність - одиниця виміру
Шон м Y c маса і питома теплоємність проблемного тіла при початковій температурі Т.
У рівновазі при температурі Чай наступне відношення буде.
Теплоємність калориметра становить
Його називають водним еквівалентом калориметра, і він виражається в грамах води.
Отже, він представляє кількість води, яка має ту саму теплоємність, що і посудина калориметра, занурена частина мішалки та термометр, і є постійною для кожного калориметра.
Отже, невідома питома теплоємність буде
c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)
У цій формулі ми маємо невідому величину k, що ми повинні визначити експериментально.
Визначення водного еквівалента калориметра
Розміщуються М грам води в калориметрі, перемішують, і через деякий час вимірюють її температуру Т0. Потім налив м грам води при температурі Т. Суміш перемішують і через короткий час вимірюють рівноважну температуру. Чай.
Оскільки калориметр є адіабатичною ізольованою системою, нам доведеться
k = m (T - T e) T e - T 0 - M
Визначення питомої теплоємності твердої речовини
- Шматок твердого матеріалу питомої теплоти зважують на вагах c невідомо, в результаті м його маса. Шматок кладуть у воду майже киплячу при температурі Т.
- Розміщуються М грам води в калориметрі, його перемішують і через короткий час вимірюють її температуру Т0.
- Шматок твердої речовини швидко осідає в калориметрі. Його перемішують, і через певний час досягається рівноважна температура Чай.
Дані занотуються та очищаються c з формули, яку ми вивели в першому розділі.
c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)
Фактичний досвід слід робити дуже обережно, щоб вимірювання питомого тепла було достатньо точним. Ми повинні взяти до уваги теплообмін між калориметром та атмосферою, що виражається так званим законом охолодження Ньютона.
Діяльність
- Вимірювання калориметричного водного еквівалента
Інтерактивна програма генерує випадкове число, яке представляє водний еквівалент калориметра.
Вводимо такі дані:
- Маса М води в грамах в калориметрі,
- Температура Т0 початковий калориметр
- Маса м води в грамах у мірному циліндрі
- Температура Т води
Кнопка з назвою Підготуйся, термометри та градуйовані шкали об'єму води відображають введені значення.
Якщо ми задоволені введеними даними, натисніть кнопку з заголовком Обчислити. Маса м води наливається в калориметр, і в термометрі ми можемо зчитувати остаточну рівноважну температуру Чай.
Приклад:
- Будьте М= 150 г., Т0= 18ºC
- Будьте м= 70 г, і Т= 80ºC
- Температура рівноваги становить Чай= 34ºC
Водний еквівалент калориметра буде
k = 70 (80 - 34) 34 - 18 - 150 = 51 г.
- Вимірювання питомої теплоємності твердої речовини
Вводимо такі дані:
- Маса М води в грамах в калориметрі,
- Температура Т0 початковий калориметр
- Маса м твердого речовини в грамах
- Температура Т від твердого у ванній
- Ми обираємо матеріал твердої речовини в контролі відбору під назвою Тверді: Алюміній, мідь, олово, залізо, золото, срібло, свинець, натрій.
Кнопка з назвою Підготуйся.
Якщо ми задоволені введеними даними, натисніть кнопку з заголовком Обчислити. Тверда речовина вводиться в калориметр, і в термометрі ми можемо зчитувати остаточну температуру рівноваги Чай.
- Вода: М= 150 г., Т0= 18ºC
- Твердий: алюміній, м= 70 г, і Т= 80ºC
- Кінцева температура рівноваги становить Чай= 22ºC
c = (150 + 51) · (22 - 18) 70 (80 - 22) = 0,198 кал/(г · ºC) = 0,198 · 4186 = 830 Дж/(кг · K)
Ми порівнюємо отриманий результат із результатом, наданим інтерактивною програмою при натисканні на кнопку із заголовком Відповідь.