Статистична та термодинамічна фізика

Концепція температури

Концепція тепла

Припустимо, температура тіла А вища за температуру тіла В, TA> TB.

визначення

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 D Питання переходить із системи з більш високою температурою на систему з нижчою температурою.

  • Кількість переданого тепла пропорційна зміні температури D Т.
  • Константа пропорційності C. називається теплоємністю системи.

D Q = C D Т

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.

Температура рівноваги отримується за середньозваженою

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 довів 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 єС). Ви повинні подати калорію на грам води, щоб підвищити її температуру на градус Цельсія.

Фізичні основи

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 дорівнює 1 кал/(г єС) і 4186 Дж (кг єК).

Найбільш використовуваною одиницею питомої теплоти є cal/(g єC), однак ми повинні звикнути використовувати Міжнародну систему вимірювальних одиниць та виражати питому теплоту в Дж/(кг · К). Коефіцієнт перерахунку 4186.

Речовина Питома теплоємність (Дж/кг К)
Сталь 460
Алюміній 880
Мідь 390
Це 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, сторінка 74-75

Кількість теплоти, яку отримує або передає тіло, обчислюється за такою формулою

Де м це маса, c - питома теплоємність, ви - початкова температура і Tfостаточна температура

  • Так Ti> Tf тіло віддає тепло Питання 0

Експеримент проводять на калориметрі, що складається зі склянки (Дьюара) або, якщо цього не вдається, правильно 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, що міститься в склі, її питома теплоємність - одиниця виміру

Шон м Y c маса і питома теплоємність проблемного тіла при початковій температурі Т.

У рівновазі при температурі Чай будуть такі зв’язки.

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.

Тому буде невідома питома теплоємність

У цій формулі ми маємо невідому величину k, що ми повинні визначити експериментально.

Визначення водного еквівалента калориметра

Розміщуються М грам води в калориметрі, розмішайте і через трохи часу виміряйте її температуру Т0. Потім виливають м грам води при температурі Т. Суміш перемішують і через трохи часу вимірюють рівноважну температуру. Чай.

Оскільки калориметр є адибітично ізольованою системою, нам доведеться

Визначення питомої теплоємності твердої речовини

  1. Шматок твердого матеріалу питомої теплоти зважують на вагах c невідомо, в результаті м його маса. Шматок кладуть у воду майже киплячу при температурі Т.
  2. Розміщуються М грам води в калориметрі, струсіть і через короткий час виміряйте її температуру Т0.
  3. 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.

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

  1. Вимірювання водного еквівалента калориметра

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

Натисніть кнопку з назвою Підготуйся, термометри та градуйовані ваги для вимірювання об’єму води відображають введені значення.

Якщо ми задоволені введеними даними, натисніть кнопку з назвою Обчислити. Маса м води наливається в калориметр, і в термометрі ми можемо зчитувати остаточну рівноважну температуру Чай.

Приклад:

  • Будьте М= 150 г., Т0= 18єС
  • Будьте м= 70 г, і Т= 80єС
  • Температура рівноваги становить Чай= 34єC

Водний еквівалент калориметра буде

  1. 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 твердий матеріал у контролі відбору під назвою Тверді: Алюміній, мідь, олово, залізо, золото, срібло, свинець, натрій.

Натисніть кнопку 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.

Приклад:

  • Вода: М= 150 г., Т0= 18єС
  • Твердий: алюміній, м= 70 г, і Т= 80єС
  • Кінцева температура рівноваги становить Чай= 22єC

Ми порівнюємо отриманий результат із результатом, наданим інтерактивною програмою при натисканні на кнопку із заголовком Відповідь.