Фізика 10 клас (Остапенко Т.М.)

КІЛЬКІСТЬ ТЕПЛОТИ. ОДИНИЦІ КІЛЬКОСТІ ТЕПЛОТИ 

Під час теплопередачі енергія передається  від одних тіл до інших теплопровідністю, випромінюванням або конвек­цією.

Енергію, яку тіло дістає або втрачає при теплопередачі, називають кількістю теплоти.

Назву «кількість теплоти» прийнято відносити до зміни внутрішньої енергії тільки внаслідок теплопередачі. Цю назву не застосовують до зміни внутрішньої енергії, яку тіло дістає або віддає в процесі роботи.

Щоб навчитися обчислювати кількість теплоти, з'ясуємо, від яких величин вона залежить.

Якщо ми хочемо підігріти воду в чайнику так, щоб вона стала теплою, то ми недовго нагріваємо її, надаючи їй невели­ку кількість теплоти. А щоб вода стала гарячою, передаємо їй більшу кількість теплоти. Отже, чим більше при нагріванні змінюється температура води, тим більшу кількість теплоти треба передати їй. Звичайно, і остигаючи, вода віддасть навко­лишнім тілам тим більшу кількість теплоти, чим більше змінилася її температура при охолодженні.

Але знати зміну температури недостатньо, щоб мати уяв­лення про кількість теплоти, яку дістає тіло під час нагрі­вання або віддає під час охолодження. Розжарена праска, до якої не можна доторкнутися, кімнату не зігріє, а тепла піч або радіатор водяного опалення, температура яких близько 60 °С, передадуть таку кількість теплоти, за рахунок якої температура повітря в кімнаті помітно підвищиться.

Усім нам доводилося нагрівати воду, і ми добре знаємо, що для нагрівання чайника, вщерть заповненого водою, потрібна більша кількість теплоти, ніж для того самого чайника, напов­неного до половини. Отже, кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання тіла, залежить від маси цього тіла: чим біль­ша маса тіла, тим більшу кількість теплоти треба затратити, щоб змінити його температуру на одне й те саме число гра­дусів.

Остигаючи, тіло передає навколишнім предметам тим більше теплоти, чим більша його маса. Так, чим більше секцій має радіатор опалення, тим краще він обігріває кімнату.

Нагріватимемо на двох однакових пальниках дві посудини, які містять: перша - воду масою 400 г, друга - олію також масою 400 г. Отже, маси рідин, які нагріваються, однакові (мал. 19). Однакові й умови їхнього нагрівання, бо посудини дістають енергію від однакових пальників. Відмінність тільки в тому, що в другій посудині замість 400 г води є 400 г олії.

Термометри покажуть, що посудина з олією нагрівається швидше. Щоб температура води зрівнялася з температурою олії, воді треба передати додаткову кількість теплоти.

Очевидно, для нагрівання однакових мас води й олії на ту саму кількість градусів потрібна різна кількість теплоти: для води вона більша, для олії менша. Значить, кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла, залежить і від того, з якої речовини це тіло.

Отже, кількість теплоти, потрібна для нагрівання тіла (або виділена ним про охолодженні), залежить від роду речо­вини, з якої складається це тіло, від маси цього тіла і від зміни його температури.

Кількістю теплоти, як було вже зазначено, називають енергію, яку дістає або втрачає тіло при теплопередачі. Значить, одиницею кількості теплоти, як і будь-якої енергій є джоуль. Застосовують також і кілоджоуль.

1 кДж = 1 000 Дж

Подекуди (в техніці, в медецині) використовується застаріла одиниця кількості теплоти, а, отже, і енергії    - калорія.

За означенням 1 калорія - це кількість теплоти, необхідна для того, щоб 1 грам води нагівся на 1 ^оС

1 кал=4.19 Дж

  Як зрозуміло з попереднього кількість теплоти яку тіло отримує (чи віддає) при теплопередачі, прямо пропорційна масі тіла та зміні його температури, тобто

Q~m(T₂-T₁)

Перейдемо до рівності, використавши коєфіцієнт пропорційності

Q=сm(T₂-T₁)=сmΔT

Знайдемо фізичний зміст цього коефіцієнта, розв'язавши  рівняння відносно с

тобто

с=Q  при умові m=1 та ΔT=1

і вимірюватися ця величина буде

Називається ця фізична величина питома теплоємінсть і залежить лише від роду та  агрегатного стану речовини (ми вважаємо, що на різних температурних інтервалах на нагрівання одиниці маси речовини витрачається однакова кількість теплоти, хоча це не зовсім так, насправді ця питома теплоємність ще залежить від початкової та кінцевої температури, але в шкільному курсі фізики цим фактом нехтують). Таблиці питомих теплоємностей для твердих та рідких тіл можна знайти в довідниках, а ось про теплоємність речовин в газоподібному стані ми поговорим пізніше....

Інколи користуються величиною С=сm , називаючи її  теплоємністю тіла. Зрозуміло, що [C]=Дж/кг і вказує на те, яку кількість теплоти слід надати (або забрати) від даного тіла для зміни його температури на 1К. Звичайно, ні про які таблиці не йдеться. (Чому?)

Можна ще згадати й про молярну теплоємність. Спробуйте самі дати означення цій фізичній велечині.