Мощность и количество теплоты: характеристики, формулы потерь, предназначение, факторы

Подготовка к олимпиадам: мощность теплопередачи, 8 класс.

Продолжаем подготовку к олимпиадам. Сегодня рассматриваем тему “мощность теплопередачи”. Задачи интересные, и в школе эту тему не дают, заимствованы на «Фоксфорде» – спасибо составителям за удовольствие от решения.

Мощность теплопередачи – количество теплоты, отданное системой за время \tau.

    \[N=\frac{Q}{\tau}\]

Эта мощность зависит от разности температур (если горячее тело вынести на мороз, остывает быстрее, чем если такое же тело вынести на жару), от площади поверхности тела (чем она больше, тем быстрее остынет), от расстояния, на которое тепло передают:

    \[Q=\frac{2S(t_1-t_2)}{l}\]

Задача

1. Ведро воды удалось нагреть кипятильником мощностью 800 Вт лишь до 95^{\circ} С. За какое время ведро остынет до 94^{\circ} С после выключения кипятильника? Масса воды 10 кг.

Задача на прямое применение данной выше формулы. Ведро остывает на 1 градус, следовательно,

    \[\tau =\frac{Q}{ N }=\frac{cm\Delta t}{N}=\frac{4200\cdot 10\cdot 1}{800}=52,5\]

Ответ: 52,5 с.

Задача 2. Петя заметил, что на морозе вода в стакане остывает от 91^{\circ} С до 89^{\circ} С за 3 мин, а от 31^{\circ} С до 29^{\circ} С за 6 мин. Чему равна температура окружающей среды t_0? Считайте, что мощность теплопередачи пропорциональна разности температур стакана и окружающей среды.

Вода и в первом, и во втором случае отдает одно и то же количество теплоты, так как остывает в обоих случаях на три градуса. Тогда

    \[N_1\frac{Q}{\tau_1}\]

    \[N_2\frac{Q}{\tau_2}\]

    \[\frac{ N_2}{ N_1}=\frac{\tau_1}{\tau_2}=\frac{1}{2}\]

Но, с другой стороны,

    \[N_1=k(t_1-t_0)\]

    \[N_2=k(t_2-t_0)\]

t_1 и t_2  -средняя температура воды в первом и во втором случаях. Коэффициент k учитывает все остальные параметры: длины, площади и пр.

Поделим уравнения друг на друга

    \[\frac{ N_2}{ N_1}=\frac{ t_2-t_0}{ t_1-t_0}\]

Или

    \[t_1-t_0= 2t_2-2t_0\]

    \[t_0=2t_2-t_1=2\cdot30-90=-30\]

Ответ: t_0=-30^{\circ}

Задача 3. На плите стоит кастрюля с водой. При нагревании температура воды увеличилась от 90^{\circ} C до 92^{\circ} C за одну минуту. Какая доля теплоты, получаемой водой при нагревании, рассеивается в окружающем пространстве, если время остывания той же воды от 92^{\circ} C до 90^{\circ} C равно 9,0 минутам?

Кастрюлю подогревают – но это не значит, что она не остывает! Вот такой парадокс. Тепло кастрюля все равно отдает, всегда, когда она теплее, чем окружающие предметы. Просто, если кастрюля нагревается, то это означает, что тепло, которое она получает от плитки, больше, чем то, которое она рассеивает.

Поэтому при нагреве

    \[\tau_1(N-N_{rass})=c m \Delta t\]

А при пассивном остывании

    \[\tau_2 N_{rass}=c m \Delta t\]

Тогда

    \[\tau_1(N-N_{rass})=\tau_2 N_{rass}\]

    \[N_{rass}(\tau_1+\tau_2)=\tau_1N\]

Искомая величина:

    \[\frac{ N_{rass}}{N}=\frac{\tau_1}{\tau_1+\tau_2}=\frac{1}{10}\]

Задача 4. В палатке, покрытой сверху шерстяными одеялами, пол застелен толстым теплонепроницаемым войлоком. Одинокий спящий индеец начинает мерзнуть в такой палатке при уличной температуре воздуха 10^{\circ} С. Два спящих индейца начинают мерзнуть в такой палатке при уличной температуре воздуха 4^{\circ} С. При какой температуре воздуха индейцы начинают пользоваться палатками? При какой температуре в той же палате будет холодно трем индейцам? Какому количеству индейцев никогда не будет холодно в палатке? Считайте, что тепловая мощность, передаваемая через тент палатки, пропорциональна разности температур внутри и снаружи.

Индеец теплый, теплее окружающей среды. Он отдает тепло наружному холодному воздуху. Если температура воздуха t_0, мощность теплоотдачи индейца N. Потому что если на улице другая температура, то и мощность уже другая, индеец остывает или быстрее, или медленнее. Пусть температура вокруг индейца, при которой индеец начинает замерзать, t_0. Это может быть и температура наружного воздуха, и температура в палатке. Тогда двое индейцев имеют мощность теплоотдачи 2N, трое – 3N и так далее. Пусть коэффициент k учитывает площадь поверхности индейца, рост, материал, из которого индеец состоит… Тогда

    \[N=k

    \[2N=k

    \[3N=k

    \[nN=k

Разделим второе на первое:

    \[2=\frac{ t_0-t_2}{ t_0-t_1}\]

    \[t_0=2t_1-t_2=2\cdot10-4=16\]

Разделим третье на первое:

    \[3=\frac{ t_0-t_3}{ t_0-t_1}\]

    \[t_0=3t_1-2t_0=3\cdot10-2\cdot16=-2\]

Разделим четвертое на первое:

    \[n=\frac{ t_0-t_n}{ t_0-t_1}\]

Тогда, если температура на улице t_n=-273, то

    \[n=\frac{ 16+273}{ 16-10}=48,17\]

Таким образом, 48-49 индейцев не должны замерзнуть даже при абсолютном нуле.

Задача 5. Система охлаждения нагревателя состоит из нескольких одинаковых теплопроводящих стержней, соединенных небольшими шариками. Температура нагревателя T_n=100^{\circ}С, температура холодильника T_x=30^{\circ} С.  Чему равна разность температур шарика K и шарика B  (T_K-T_B) в установившемся режиме? Приток тепла в системе осуществляется только от нагревателя, а отвод только через холодильник. Мощность теплопередачи через стержень пропорциональна разности температур на его концах.

теплопередача

Рисунок 1

Расставим направления потоков тепла. В центре все понятно: все стрелки направлены от горячего к холодному «очагу» – холодильнику. А что по верхним правому и левому углам?

теплопередача

Рисунок 2

Точка A ближе к холодильнику, чем B, поэтому направление потока логично будет выбрать от B к A.

теплопередача

Рисунок 3

Точка B дальше от нагревателя, чем C, поэтому ставим стрелку от C к B.

теплопередача

Рисунок 4

Теперь определим величины этих потоков. Если от B к A направлен поток N, то от C к B – тоже N. Но тогда от A к холодильнику – 2N, так как в силу симметрии в левой части расстановка потоков такая же.

теплопередача

Рисунок 5

Если теперь пройти от точки C к холодильнику по красной стрелке, наберется 4N, следовательно, поток от точки C

к холодильнику тоже 4N. Тогда от нагревателя к точке C будет течь поток 5N, и в левой части аналогично.

теплопередача

Рисунок 6

Следовательно, если пройти от нагревателя к холодильнику через точку C по стрелке, поток будет равен 14N

. Тогда и “напрямки” тоже 14N.

Но температура холодильника и нагревателя отличается на 70^{\circ}, поэтому

    \[14N=70\]

    \[N=5\]

Тогда расставляем температуры узлов: в точке C и симметричной ей слева 30^{\circ}+4\cdot5=50^{\circ}, в точке B 50^{\circ}-N=45^{\circ}, в точке K 100^{\circ} -5N=75^{\circ}.

Определяем искомое:

    \[T_K-T_B=75^{\circ}-45^{\circ}=30^{\circ}\]

Ответ: T_K-T_B=30^{\circ}.

Единицы теплоты

 

“…- Сколько попугаев в тебе поместится, такой у тебя рост.
– Очень надо! Я не стану глотать столько попугаев!…”

Из м/ф “38 попугаев”

В соответствии с международными правилами СИ (международная система единиц измерения) количество тепловой энергии или количество тепла измеряется в Джоулях [Дж], также существуют кратные единицы килоДжоуль [кДж] = 1000 Дж., МегаДжоуль [МДж] = 1 000 000 Дж, ГигаДжоуль [ГДж] = 1 000 000 000 Дж. и пр. Эта единица измерения тепловой энергии является основной международной единицей и наиболее часто используется при проведении научных и научно-технических расчётов.

Однако, все из нас знают или хотя бы раз слышали и другую единицу измерения количества теплоты (или просто тепла) это калория, а также килокалория, Мегакалория и Гигакалория, что означают приставки кило, Гига и Мега, смотреть пример с Джоулями выше. В нашей стране исторически сложилось так, что при расчёте тарифов за отопление,  будь то отопление электроэнергией, газовыми или пеллетными котлами принято считать стоимость именно одной Гигакалории тепловой энергии.

Так что же такое Гигакалория, килоВатт, килоВатт*час или килоВатт/час и Джоули и как они связаны между собой?, вы узнаете в этой статье.

Итак, основная единица тепловой энергии это, как уже было сказано, Джоуль. Но прежде чем говорить об единицах измерения необходимо в принципе на бытовом уровне разъяснить что такое тепловая энергия и как и для чего её измерять.

Всем нам с детства известно, чтобы согреться (получить тепловую энергию) нужно что-то поджечь, поэтому все мы жгли костры, традиционное топливо для костра – это дрова.  Таким образом, очевидно, при горении топлива (любого: дрова, уголь, пеллеты, природный газ, солярка) выделяется тепловая энергия (тепло).  Но, чтобы нагреть, к примеру, различные объёмы воды требуется разное количество дров (или иного топлива). Ясно, что для нагрева двух литров воды достаточно нескольких пален в костре, а чтобы приготовить полведра супа на весь лагерь, нужно запастись несколькими вязанками дров. Чтобы не измерять такие строгие технические величины, как количество теплоты и теплота сгорания топлива вязанками дров и вёдрами с супом, теплотехники решили внести ясность и порядок и договорились выдумать единицу количества теплоты. Чтобы эта единица была везде одинаковая её определили так: для нагрева одного килограмма воды на один градус при нормальных условиях (атмосферном давлении) требуется 4 190 калорий, или 4,19 килокалории, следовательно, чтобы нагреть один грамм воды будет достаточно в тысячу раз меньше теплоты – 4,19 калории.

Калория связана с международной единицей тепловой энергии – Джоулем следующим соотношением:

1 калория = 4,19 Джоуля.

Таким образом, для нагрева 1 грамма воды на один градус потребуется 4,19 Джоуля тепловой энергии, а для нагрева одного килограмма воды 4 190 Джоулей тепла.

В технике, наряду с единицей измерения тепловой (и всякой другой) энергии существует единица мощности и, в соответствии с международной системой (СИ) это Ватт. Понятие мощности также применимо и к нагревательным приборам. Если нагревательный прибор способен отдать за 1 секунду 1 Джоуль тепловой энергии, то его мощность равна 1 Ватт.  Мощность, это способность прибора производить (создавать) определённое количество энергии (в нашем случае тепловой энергии) в единицу времени. Вернёмся к нашему примеру с водой, чтобы нагреть один килограмм (или один литр, в случае с водой килограмм равен литру) воды на один градус Цельсия (или Кельвина, без разницы) нам потребуется мощность  1 килокалория или 4 190 Дж. тепловой энергии. Чтобы нагреть один килограмм воды за 1 секунду времени на 1 грдус нам нужен прибор следующей мощности:

4190 Дж./1 с. = 4 190 Вт. или 4,19 кВт.

Если мы хотим нагреть наш килограмм воды на 25 градусов за ту же секунду, то нам потребуется мощность в двадцать пять раз больше т.е.

4,19*25 =104,75 кВт.

Таким образом, можно сделать вывод, что пеллетный котёл мощностью 104,75 кВт. нагревает 1 литр воды на 25 градусов за одну секунду.

Раз мы добрались до Ватт и килоВатт, следует и о них словечко замолвить. Как уже было сказано Ватт – это единица мощности, в том числе и тепловой мощности котла, но ведь кроме пеллетных котлов и газовых котлов человечеству знакомы и электрокотлы, мощность которых измеряется, разумеется, в тех же килоВаттах и потребляют они не пеллеты и не газ, а электроэнергию,  количество которой измеряется в килоВатт часах. Правильное написание единицы энергии килоВатт*час (именно, килоВатт умножить на час, а не разделить), запись кВт/час – является ошибкой!

В электрокотлах электрическая энергия преобразуется в тепловую (так называемое, Джоулево тепло), и , если котёл потребил 1 кВт*час электроэнергии, то сколько же он выработал тепла? Чтобы ответить на это простой вопрос, нужно выполнить простой расчёт.

Преобразуем килоВатты  в  килоДжоули/секунды (килоДжоуль в секунду), а часы в секунды: в одном часе 3 600 секунд, получим:

1 кВт*час =[ 1 кДж/с]*3600 c.=1 000 Дж *3600 с = 3 600 000 Джоулей или 3,6 МДж.

Итак,

1 кВт*час = 3,6 МДж.

В свою очередь, 3,6 МДж/4,19 = 0,859 Мкал = 859 ккал = 859 000 кал. Энергии (тепловой).

Теперь перейдём к Гигакалории, цену которой на различных видах топлива любят считать теплотехники.

1 Гкал = 1 000 000 000 кал.

1 000 000 000 кал. = 4,19*1 000 000 000 = 4 190 000 000 Дж.= 4 190 МДж. = 4,19 ГДж.

Или зная, что 1 кВт*час = 3,6 МДж пересчитаем 1 Гигакалорию на килоВатт*часы:

1 Гкал =  4190 МДж/3,6 МДж = 1 163 кВт*часов!

 

Если прочитав данную статью вы решили, проконсультироваться со специалистом нашей компании по любому вопросу, связанному с теплоснабжением, то вам Сюда!

 

 

 

 

ФИЗИКА: ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца

Задачи на Закон Джоуля-Ленца с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на Закон Джоуля-Ленца»

Название величины
Обозначение
Единица измерения
Формула
Сила тока
I
А
I = U / R
Напряжение
U
В
U = IR
Время
t
с
t = Q / I2R
Количество теплоты
Q
Дж
Q = I2Rt

1 мин = 60 с;    1 ч = 60 мин;   1 ч = 3600 с.


ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ


Задача № 1.  Какое количество теплоты выделит за 20 мин спираль электроплитки сопротивлением 25 Ом, если сила тока в цепи 1,2 А?


Задача № 2.  Какое количество теплоты выделит за 30 мин спираль электроплитки, если сила тока в цепи 2 А, а напряжение 220 В?


Задача № 3.  Сколько времени нагревалась проволока сопротивлением 20 Ом, если при силе тока 1 А в ней выделилось 6 кДж теплоты.


Задача № 4.  Электрическая плитка при силе тока 5 А за 30 мин потребляет 1080 кДж энергии. Рассчитайте сопротивление плитки.


Задача № 5.  Какое количество теплоты выделится за 25 мин в обмотке электродвигателя, если ее активное сопротивление равно 125 Ом, а сила тока, протекающего в ней, равна 1,2 А?

 


Краткая теория для решения Задачи на Закон Джоуля-Ленца.

ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца

 


Это конспект по теме «ЗАДАЧИ на Закон Джоуля-Ленца». Выберите дальнейшие действия:

 

Закон Джоуля-Ленца: определение, формула, применение

Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

Тепловые приборыРис. 1. Тепловые приборы

Определение и формула

Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I2*R*Δt

Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U2/R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

Дифференциальная форма

Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax)2 и в начале пробега (mu2)/2 , то есть

формула приращение энергии электрона

Здесь uскорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение

2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

Формула полной энергии

Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент,  E – напряжённость поля.

Интегральная форма

Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

Формула мощности P  выделяемой в объеме

гдеR – полное сопротивление проводника.

Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:

  • P = U×I;
  • P = I2R;
  • P = U2
    /R.

Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:

Формула количества теплоты

Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.

Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.

Физический смысл

Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.

На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.

На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.

Тепловое действие токаРис. 2. Тепловое действие тока

Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон  Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.

Практическая польза закона Джоуля-Ленца

При сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим, но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.

Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.

Проанализировав выражение U2/R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.

В борьбе с короткими замыканиями используют:

  • автоматические выключатели:
  • электронные защитные блоки;
  • плавкие предохранители;
  • другие защитные устройства.

Применение и практический смысл

Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

Перечислим некоторые из них:

  • электрочайники;
  • утюги;
  • фены;
  • варочные плиты;
  • паяльники;
  • сварочные аппараты и многое другое.

На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

Бытовые нагревательные приборыРис. 3. Бытовые нагревательные приборы

Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

ФИЗИКА: Задачи на количество теплоты - Ответы и решения

Задачи на количество теплоты с решениями

Формулы, используемые на уроках «Задачи на количество теплоты,
удельную теплоемкость».

Название величины
Обозначение
Единица измерения
Формула
Масса
m
кг
Температура
t
°С
Удельная теплоемкость
c
Дж/кг•°С
Количество теплоты
Q
Дж

1 г = 0,001 кг;     1 т = 1000 кг;    1 кДж = 1000 Дж;    1 МДж = 1000000 Дж




ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ


Задача № 1.  В железный котёл массой 5 кг налита вода массой 10 кг. Какое количество теплоты нужно передать котлу с водой для изменения их температуры от 10 до 100 °С?

При решении задачи нужно учесть, что оба тела — и котёл, и вода — будут нагреваться вместе. Между ними происходит теплообмен. Их температуры можно считать одинаковыми, т. е. температура котла и воды изменяется на 100 °С — 10 °С = 90 °С. Но количества теплоты, полученные котлом и водой, не будут одинаковыми. Ведь их массы и удельные теплоёмкости различны.

Задача № 2.  Смешали воду массой 0,8 кг, имеющую температуру 25 °С, и воду при температуре 100 °С массой 0,2 кг. Температуру полученной смеси измерили, и она оказалась равной 40 °С. Вычислите, какое количество теплоты отдала горячая вода при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.

Задача № 3.  Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано?


Задача № 4.  В сосуде содержится 3 л воды при температуре 20 °С. Сколько воды при температуре 45 °С надо добавить в сосуд, чтобы в нём установилась температура 30 °С? Необходимый свободный объём в сосуде имеется. Теплообменом с окружающей средой пренебречь


Задача № 5.  На сколько градусов изменилась температура чугунной детали массой 12 кг, если при остывании она отдала 648000 Дж теплоты?


Задача № 6.  По графику определите удельную теплоёмкость образца, если его масса 50 г.


Задача № 7.  Для нагревания медного бруска массой 3 кг от 20 до 30 °С потребовалось 12000 Дж теплоты. Какова удельная теплоемкость меди?


Задача № 8.  Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1 °С, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?


Задача № 9.  Какое количество теплоты потребуется для нагревания на 1 °С воды объемом 0,5 л; олова массой 500 г; серебра объемом 2 см3; стали объемом 0,5 м3; латуни массой 0,2 т?


Задача № 10.  Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода объемом 1,5 л при нагревании от 20 °С до кипения при температуре 100 °С?


Задача № 11.  а) Воздух, заполняющий объем 0,5 л в цилиндре с легким поршнем, нагрели от 0 до 30 °С при постоянном атмосферном давлении. Какое количество теплоты получил воздух? 
б) В порожнем закрытом металлическом баке вместимостью 60 м3 под действием солнечного излучения воздух нагрелся от 0 до 20 °С. Как и на сколько изменилась внутренняя энергия воздуха в баке? (Удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме равна 720 Дж/кг-°С.)


Задача № 12.   ОГЭ  Металлический цилиндр массой m = 60 г нагрели в кипятке до температуры t = 100 °С и опустили в воду, масса которой mв = 300 г, а температура tв = 24 °С. Температура воды и цилиндра стала равной Θ = 27 °С. Найти удельную теплоёмкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Удельная теплоёмкость воды св = 4200 Дж/(кг К).


Краткая теория для решения Задачи на количество теплоты.

Задачи на количество теплоты


Конспект урока «Задачи на количество теплоты».

Посмотреть конспект урока по теме «Количество теплоты. Удельная теплоемкость»

Следующая тема: «ЗАДАЧИ на сгорание топлива с решениями».

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца

      Рассмотрим произвольный участок цепи, к концам которого приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проводника проходит заряд

      При этом силы электрического поля, действующего на данном участке, совершают работу:

Разделив работу на время, получим выражение для мощности:

  (7.7.1) 

Полезно вспомнить и другие формулы для мощности и работы:

  (7.7.2) 
  (7.7.3) 

      В 1841 г. манчестерский пивовар Джеймс Джоуль и в 1843 г. петербургский академик Эмилий Ленц установили закон теплового действия электрического тока.

Джоуль Джеймс Пресскотт (1818 – 1889) – английский физик, один из первооткрывателей закона сохранения энергии. Первые уроки по физике ему давал Дж. Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои эксперименты. Работы посвящены электромагнетизму, кинетической теории газов.
Ленц Эмилий Христианович (1804 – 1865) – русский физик. Основные работы в области электромагнетизма. В 1833 г. установил правило определения электродвижущей силы индукции (закон Ленца), а в 1842 г. (независимо от Дж. Джоуля) – закон теплового действия электрического тока (закон Джоуля-Ленца). Открыл обратимость электрических машин. Изучал зависимость сопротивление металлов от температуры. Работы относятся также к геофизике.

      Независимо друг от друга Джоуль и Ленц показали, что при протекании тока, в проводнике выделяется количество теплоты:

  (7.7.4) 

Если ток изменяется со временем, то

.

Это закон Джоуля–Ленца в интегральной форме.

      Отсюда видно, что нагревание происходит за счет работы, совершаемой силами поля над зарядом.

      Соотношение (7.7.4) имеет интегральный характер и относится ко всему проводнику с сопротивлением R, по которому течет ток I. Получим закон Джоуля-Ленца в локальной-дифференциальной форме, характеризуя тепловыделение в произвольной точке.

      Тепловая мощность тока в элементе проводника Δl, сечением ΔS, объемом  равна:

.

      Удельная мощность тока

.

      Согласно закону Ома в дифференциальной форме . Отсюда закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме характеризующий плотность выделенной энергии:

  , (7.7.5) 

      Так как выделенная теплота равна работе сил электрического поля

,

      то мы можем записать для мощности тока:

  . (7.7.6) 

      Мощность, выделенная в единице объема проводника .

      Приведенные формулы справедливы для однородного участка цепи и для неоднородного.


Тепловая мощность - формула расчета

система отопления

С теплотехническими расчётами приходится сталкиваться владельцам частных домов, квартир или любых других объектов. Это основа основ проектирования зданий.

Понять суть этих расчётов в официальных бумагах, не так сложно, как кажется.

Для себя также можно научиться выполнять вычисления, чтобы решить, какой утеплитель применять, какой толщины он должен быть, какой мощности приобретать котёл и достаточно ли имеющихся радиаторов на данную площадь.

Ответы на эти и многие другие вопросы можно найти, если понять, что такое тепловая мощность. Формула, определение и сферы применения – читайте в статье.

Что такое тепловой расчет?

Если говорить просто, тепловой расчёт помогает точно узнать, сколько тепла хранит и теряет здание, и сколько энергии должно вырабатывать отопление, чтобы поддерживать в жилье комфортные условия.

Оценивая теплопотери и степень теплоснабжения, учитываются следующие факторы:

  1. Какой это объект: сколько в нём этажей, наличие угловых комнат, жилой он или производственный и т. д.
  2. Сколько человек будет «обитать» в здании.
  3. Важная деталь – это площадь остекления. И размеры кровли, стен, пола, дверей, высота потолков и т. д.
  4. Какова продолжительность отопительного сезона, климатические характеристики региона.
  5. По СНиПам определяют нормы температур, которые должны быть в помещениях.
  6. Толщина стен, перекрытий, выбранные теплоизоляторы и их свойства.

Могут учитываться и другие условия и особенности, например, для производственных объектов считаются рабочие и выходные дни, мощность и тип вентиляции, ориентация жилья по сторонам света и др.

Для чего нужен тепловой расчет?

теплорасчет теплообменникаКак умудрялись обходиться без тепловых расчётов строители прошлого?

Сохранившиеся купеческие дома показывают, что всё делалось просто с запасом: окна поменьше, стены – потолще. Получалось тепло, но экономически не выгодно.

Теплотехнический расчёт позволяет строить наиболее оптимально. Материалов берётся ни больше – ни меньше, а ровно столько, сколько нужно. Сокращаются габариты строения и расходы на его возведение.

Вычисление точки росы позволяет строить так, чтобы материалы не портились как можно дольше.

Для определения необходимой мощности котла также не обойтись без расчётов. Суммарная мощность его складывается из затрат энергии на обогрев комнат, нагрев горячей воды для хозяйственных нужд, и способности перекрывать теплопотери от вентиляции и кондиционирования. Прибавляется запас мощности, на время пиковых холодов.

При газификации объекта требуется согласование со службами. Рассчитывается годовой расход газа на отопление и общая мощность тепловых источников в гигакалориях.

Нужны расчёты при подборе элементов отопительной системы. Обсчитывается система труб и радиаторов – можно узнать, какова должна быть их протяжённость, площадь поверхности. Учитывается потеря мощности при поворотах трубопровода, на стыках и прохождении арматуры.

затраты энергииПри расчетах затрат тепловой энергии могут пригодиться знания, как перевести Гкал в Квт и обратно. В следующей статье подробно рассмотрена эта тема с примерами расчета.

Полный расчет теплого водяного пола приведен в этом примере.

Знаете ли вы, что количество секций радиаторов отопления не берется “с потолка”? Слишком малое их количество приведет к тому, что в доме будет холодно, а чрезмерно больше создаст жару и приведет к чрезмерной сухости воздуха. По ссылке https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/raschet-sistem-otopleniya/kolichestva-sekcij-radiatorov.html приведены примеры правильного расчета радиаторов.

Расчет тепловой мощности: формула

Рассмотрим формулу и приведем примеры, как произвести расчет для зданий с разным коэффициентом рассеивания.

Vx(дельта)TxK= ккал/ч (тепловая мощность), где:

расчет теплопотерь

  • Первый показатель «V» – объем рассчитываемого помещения;
  • Дельта «Т» – разница температур – это та величина, которая показывает насколько градусов внутри помещения теплее, чем снаружи;
  • «К» – коэффициент рассеивания (его еще называют «коэффициент пропускания тепла»). Величина берется из таблицы. Обычно цифра колеблется от 4 до 0,6.

Примерные величины коэффициента рассеивания для упрощенного расчёта

  • Если это неутепленный металлопрофиль или доска то «К» будет = 3 – 4 единицы.
  • Одинарная кирпичная кладка и минимальное утепление – «К» = от 2 до 3-ёх.
  • Стена в два кирпича, стандартное перекрытие, окна и
  • двери – «К» = от 1 до 2.
  • Самый теплый вариант. Стеклопакеты, кирпичные стены с двойным утеплителем и т. п. – «К» = 0,6 – 0,9.

Более точный расчет можно произвести, высчитывая точные размеры отличающихся по свойствам поверхностей дома в м2 (окна, двери и т. д.), производя расчёт для них отдельно и складывая получившиеся показатели.

Пример расчета тепловой мощности

расчеты на бумагеВозьмем некое помещение 80 м2 с высотой потолков 2,5 м и посчитаем, какой мощности котел нам потребуется для его отопления.

Вначале высчитываем кубатуру: 80 х 2,5 = 200 м3. Дом у нас утеплен, но недостаточно – коэффициент рассеивания 1,2.

Морозы бывают до -40 °C, а в помещении хочется иметь комфортные +22 градуса, разница температур (дельта «Т») получается 62 °C.

Подставляем в формулу мощности тепловых потерь цифры и перемножаем:

200 х 62 х 1,2 = 14880 ккал/ч.

Полученные килокалории переводим в киловатты, пользуясь конвертером:

  • 1 кВт = 860 ккал;
  • 14880 ккал = 17302,3 Вт.

Округляем в большую сторону с запасом, и понимаем, что в самый сильный мороз -40 градусов нам потребуется 18 кВт энергии в час.

Можем посчитать теплопотери в Вт на каждый м2 стен и потолка. Высота потолков известна 2,5 м. Дом 80 м2 – это может быть 8 х 10 м.

Умножаем периметр дома на высоту стен:

(8 + 10) х 2 х 2,5 = 90 м2 поверхности стены + 80 м2 потолок = 170 м2 поверхности, контактирующей с холодом. Теплопотери, высчитанные нами выше, составили 18 кВт/ч, делим поверхность дома на расчетную израсходованную энергию получаем, что 1 м2 теряет примерно 0,1 кВт или 100 Вт ежечасно при температуре на улице -40 °C, а в помещении +22 °С.

Эти данные могут стать основой для расчёта требуемой толщины утеплителя на стены.

Приведем другой пример расчета, он в некоторых моментах сложнее, но более точный.

теплопотери домаФормула:

Q = S x (дельта)T / R:

  • Q– искомая величина теплопотерь дома в Вт;
  • S– площадь охлаждающих поверхностей в м2;
  • T– разница температур в градусах Цельсия;
  • R– тепловое сопротивление материала (м2 х К/Вт) (Метры квадратные умноженные на Кельвин и делёный на Ватт).

Итак, чтобы найти «Q» того же дома, что и в примере выше, подсчитаем площадь его поверхностей «S» (пол и окна считать не будем).

  • «S» в нашем случае = 170 м2, из них 80 м2 потолок и 90 м2 – стены;
  • T = 62 °С;
  • R– тепловое сопротивление.

Ищем «R» по таблице тепловых сопротивлений или по формуле. Формула для расчета по коэффициенту теплопроводности такая:

R= H/ К.Т. (Н – толщина материала в метрах, К.Т. – коэффициент теплопроводности).

В этом случае, дом у нас имеет стены в два кирпича обшитые пенопластом толщиной 10 см. Потолок засыпан опилками толщиной 30 см.

отопительный котелОтопительную систему частного дома нужно устраивать с учетом экономии средств на энергоносители. Расчет системы отопления частного дома, а также рекомендации по выбору котлов и радиаторов – читайте внимательно.

Чем и как утеплить деревянный дом изнутри, вы узнаете, прочитав эту информацию. Выбор утеплителя и технология утепления.

Из таблицы коэффициентов теплопроводности (измеряется Вт / (м2 х К) Ватт делёный на произведение метра квадратного на Кельвин). Находим значения для каждого материала, они будут:

  • кирпич – 0,67;
  • пенопласт – 0,037;
  • опилки – 0,065.
Подставляем данные в формулу (R= H/ К.Т.):
  • R (потолка 30 см толщиной) = 0,3 / 0,065 = 4,6 (м2 х К) / Вт;
  • R (кирпичной стены 50 см) = 0,5 / 0,67 = 0,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (пенопласт 10 см) = 0,1 / 0,037 = 2,7 (м2 х К) / Вт;
  • R (стен) = R(кирпич) + R(пенопласт) = 0,7 + 2,7 = 3,4 (м2 х К) / Вт.

Теперь можем приступить к расчету теплопотерь «Q»:

  • Q для потолка = 80 х 62 / 4,6 = 1078,2 Вт.
  • Q стен = 90 х 62 / 3,4 = 1641,1 Вт.
  • Остается сложить 1078,2 + 1641,1 и перевести в кВт, получается (если сразу округлить) 2,7 кВт энергии за 1 час.
Можно обратить внимание, насколько большая разница получилась в первом и втором случае, хотя объём домов и температура за окном в первом и втором случае были совершенно одинаковыми.

Всё дело в степени утомлённости домов (хотя, конечно, данные могли быть и иными, если бы мы рассчитывали пол и окна).

Заключение

Приведённые формулы и примеры показываю, что при теплотехнических расчётах очень важно учитывать как можно больше факторов, влияющих на теплопотери. Сюда входит и вентиляция, и площадь окон, степень их утомлённости и т. д.

А подход, когда на 10 м2 дома берётся 1 кВт мощности котла – слишком приблизительный, чтобы всерьёз опираться на него.

Видео на тему

Тепло, работа и энергия

Тепло (энергия)

Единица измерения тепла (или энергии) в системе СИ составляет джоуль (Дж) .

С разницей температур

Другими единицами измерения тепла являются британская тепловая единица - Btu (количество тепла, необходимое для подъема 1 фунта воды на 1 o F ) и Калорийность (количество тепла, чтобы поднять 1 грамм воды на 1 o C ( или 1 K )).

калорий определяется как количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма жидкой воды на один градус Цельсия (или один градус Кельвина).

1 кал = 4,184 Дж

Тепловой поток (мощность)

Теплопередача только в результате разницы температур называется тепловым потоком . Единицы СИ для теплового потока: Дж / с или ватт (Вт) - то же, что и мощность. Один ватт определяется как 1 Дж / с .

Удельная энтальпия

Удельная энтальпия - это мера полной энергии в единице массы. Обычно используются единицы СИ: Дж / кг или кДж / кг .

Термин относится к общей энергии, обусловленной давлением и температурой текучей среды (например, воды или пара) в любой момент времени и при любых условиях. Точнее говоря, энтальпия - это сумма внутренней энергии и работы, совершаемой под действием приложенного давления.

Теплоемкость

Теплоемкость системы составляет

  • количество тепла, необходимое для изменения температуры всей системы на один градус .

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (= удельная теплоемкость) - это количество тепла, необходимое для изменения температуры на одну единица массы вещества на на один градус .

Удельная теплоемкость может быть измерена в Дж / г K, Дж / кг K , кДж / кг K, кал / гK или БТЕ / фунт o F и более .

Никогда не используйте табличные значения теплоемкости, не проверив единицы фактических значений!

Удельную теплоемкость для обычных продуктов и материалов можно найти в разделе «Свойства материала».

Удельная теплоемкость - постоянное давление

Энтальпия - или внутренняя энергия - вещества зависит от его температуры и давления.

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном давлении - это удельная теплоемкость при постоянном давлении - c p .

Удельная теплоемкость - постоянный объем

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном объеме - это удельная теплоемкость при постоянном объеме - c v .

Если давление не очень высокое, работой, выполняемой приложением давления к твердым телам и жидкостям, можно пренебречь, а энтальпия может быть представлена ​​только компонентом внутренней энергии. Можно сказать, что теплота с постоянным объемом и постоянным давлением равна.

Для твердых и жидких веществ

c p = c v (1)

Удельная теплоемкость представляет собой количество энергии, необходимое для подъема 1 кг вещества к 1 o C (или 1 K) , и ее можно рассматривать как способность поглощать тепло.Единицы измерения удельной теплоемкости в системе СИ: Дж / кг · К (кДж / кг o C) . Вода имеет большую удельную теплоемкость 4,19 кДж / кг o C по сравнению со многими другими жидкостями и материалами.

  • Вода - хороший теплоноситель!

Количество тепла, необходимое для повышения температуры

Количество тепла, необходимое для нагрева объекта с одного температурного уровня на другой, можно выразить как:

Q = c p m dT ( 2)

, где

Q = количество тепла (кДж)

c p = удельная теплоемкость (кДж / кг · K)

м = масса (кг )

dT = разница температур между горячей и холодной стороной (K)

Пример воды для отопления

Рассмотрим энергию, необходимую для нагрева 1.0 кг воды от 0 o C до 100 o C при удельной теплоемкости воды 4,19 кДж / кг o C :

Q = (4,19 кДж / кг o C ) (1,0 кг) ((100 o C) - (0 o C))

= 419 (кДж)

Работа

Работа и энергия с технической точки зрения - одно и то же, но работа - это результат, когда направленная сила (вектор) перемещает объект в одном направлении.

Объем выполненной механической работы можно определить с помощью уравнения, полученного из ньютоновской механики

Работа = Приложенная сила x Расстояние, перемещенное в направлении силы

или

W = F l (3)

, где

W = работа (Нм, Дж)

F = приложенная сила (Н)

l = длина или пройденное расстояние (м)

Рабочий стол также может быть описано как произведение приложенного давления и вытесненного объема:

Работа = Приложенное давление x Вытесненный объем

или

W = p A l (3b)

, где

p = приложенное давление (Н / м 2 , Па)

A = под давлением площадь (м 2 )

l = длина или расстояние, на которое зона давления перемещается под действием приложенной силы (м)

Пример - Работа, выполняемая силой

Работа, выполняемая силой 100 Н перемещение тела 50 м можно рассчитать как

W = (100 Н) (50 м)

= 5000 (Нм, Дж)

Единица измерения - джоуль, J, который определяется как количество работы, выполненной, когда сила 1 ньютон действует на расстоянии 1 м в направлении силы.

1 Дж = 1 Нм

Пример - Работа под действием силы тяжести

Работа, выполненная при подъеме массы 100 кг на высоте 10 м может быть рассчитана как

W = F г ч

= mgh

= (100 кг) (9,81 м / с 2 ) (10 м)

= 9810 (Нм, Дж)

, где

F г = сила тяжести - или вес (Н)

г = ускорение свободного падения 9.81 (м / с 2 )

h = высота (м)

В британских единицах измерения единичная работа выполняется при весе 1 фунт f (фунт-сила) является поднимается вертикально против силы тяжести на расстояние 1 фут . Единица называется фунт-фут .

Поднят объект массой 10 снарядов 10 футов . Проделанная работа может быть рассчитана как

W = F г h

= m g h

= (10 пробок) (32.17405 фут / с 2 ) (10 футов)

= 3217 фунтов f футов

Пример - Работа, связанная с изменением скорости

Работа, выполненная при массе 100 кг ускоряется от от скорости 10 м / с до скорости 20 м / с можно рассчитать как

W = (v 2 2 - v 1 2 ) м / 2

= ((20 м / с) 2 - (10 м / с) 2 ) (100 кг) / 2

= 15000 (Нм, Дж)

где

v 2 = конечная скорость (м / с)

v 1 = начальная скорость (м / с)

Energy

Energy - это способность делать работа (перевод с греческого - «работа внутри»).Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль, определяемый как 1 Нм .

Движущиеся объекты могут выполнять работу, потому что обладают кинетической энергией. («кинетический» означает «движение» по-гречески).

Количество кинетической энергии, которой обладает объект, можно рассчитать как

E k = 1/2 мв 2 (4)

, где

m = масса объекта (кг)

v = скорость (м / с)

Энергия положения уровня (запасенная энергия) называется потенциальной энергией.Это энергия, связанная с силами притяжения и отталкивания между объектами (гравитация).

Полная энергия системы складывается из внутренней, потенциальной и кинетической энергии. Температура вещества напрямую связана с его внутренней энергией. Внутренняя энергия связана с движением, взаимодействием и связыванием молекул внутри вещества. Внешняя энергия вещества связана с его скоростью и местоположением и является суммой его потенциальной и кинетической энергии.

.

Понимание удельной скрытой теплоты - A Plus Topper

Понимание удельной скрытой теплоты

Удельная скрытая теплота

  1. Количество тепла, необходимое для изменения фазы вещества, зависит от массы и типа материала вещество.
  2. Маленький кубик льда тает быстро, а большой кусок льда тает очень медленно.
  3. 100 Дж тепловой энергии могут расплавить большое количество парафина, но такое же количество тепла может расплавить только небольшое количество железа.
  4. Удельная скрытая теплота вещества - это количество тепла, необходимое для изменения фазы 1 кг вещества при постоянной температуре.
  5. Удельную скрытую теплоту вещества l можно рассчитать на основе поглощенной или выделенной скрытой теплоты Q и массы m вещества, которое претерпевает фазовое изменение.
    где Q = скрытая теплота, поглощаемая или выделяемая веществом
    m = масса вещества
  6. Единица измерения удельной скрытой теплоты в системе СИ - Дж кг -1 .
  7. Скрытая теплота, поглощаемая или выделяемая при переходе вещества с массой m из одной фазы в другую, определяется как:
  8. Удельная скрытая теплота плавления вещества определяется как количество тепла, необходимое для изменения 1 кг вещества из твердой фазы в жидкую без изменения температуры .
  9. Удельная скрытая теплота испарения вещества определяется как количество тепла, необходимое для перевода 1 кг вещества из жидкой фазы в газообразную без изменения температуры .
  10. Удельная скрытая теплота испарения вещества обычно больше, чем удельная скрытая теплота плавления. Это связано с дополнительной работой, выполняемой против атмосферного давления во время перехода фазы с жидкости на газ.
  11. Если нагреватель подает тепло для изменения фазы вещества, формулу Q = ml можно записать как:
    где P = мощность нагревателя в ваттах (Вт)
    t = время нагреватель включен, в секундах (с)
  12. На рисунке показано количество тепла и скрытое тепло, необходимое для превращения глыбы льда в пар.Обратите внимание, что для перехода фазы с воды на пар требуется наибольшее количество тепла. Это происходит из-за дополнительной работы, выполняемой против атмосферного давления, когда пар расширяется в воздух.
  13. В таблице показана удельная скрытая теплота некоторых распространенных веществ.

Люди также спрашивают

Что такое скрытая теплота плавления?

  1. Частицы твердого тела колеблются вокруг своих фиксированных средних положений. На рисунке показан переход твердого тела в жидкость.
  2. Во время плавления поглощенная скрытая теплота используется для ослабления связей между частицами.
  3. Частицы освобождаются от своих фиксированных положений и могут вибрировать и перемещаться между собой, как частицы жидкости.
  4. Тепло, поглощаемое плавящимся твердым телом, известно как скрытая теплота плавления .
  5. Тепло, необходимое для преобразования твердого тела в жидкое состояние, называется скрытой теплотой плавления .
  6. Другими словами, «Скрытая теплота плавления твердого тела - это количество тепла в джоулях, необходимое для преобразования 1 килограмма твердого вещества в жидкость без каких-либо изменений температуры.
    Пример: Скрытая теплота плавления льда = 3,34 × 10 5 Дж / кг
  7. Для того, чтобы жидкость затвердела в точке замерзания, от нее необходимо отвести скрытую теплоту плавления.

Что такое скрытая теплота испарения?

  1. Частицы в газе находятся в непрерывном беспорядочном движении, и они находятся намного дальше друг от друга, чем частицы жидкости.
  2. Когда жидкость закипает, поглощенная скрытая теплота используется для:
    (a) полного разрыва связей между частицами,
    (b) действительно работает против атмосферного давления, когда газообразный пар расширяется в атмосферу.
  3. Тепло, поглощаемое во время кипения, известно как скрытая теплота испарения .
  4. Тепло, необходимое для преобразования жидкости в парообразное состояние, называется скрытой теплотой испарения .
  5. Другими словами «Скрытая теплота испарения жидкости - это количество тепла в джоулях, необходимое для преобразования 1 килограмма жидкости в пар или газ без какого-либо изменения температуры.
    Пример: Скрытая теплота испарения воды = 22.5 × 10 5 Дж / кг
  6. Когда пар конденсируется обратно в жидкость, высвобождается скрытая теплота парообразования.

Скрытая теплота плавления льда Эксперимент

Цель: Определение удельной скрытой теплоты плавления льда.
Материал: Колотый лед
Аппарат: Два погружных нагревателя, две фильтрующие воронки, секундомер
Метод:

  1. Стакан A и стакан B помещаются на соответствующие электронные весы.Показания электронных весов обнуляются.
  2. Устройство настроено, как показано на рисунке. Первоначально фильтровальные воронки не размещаются над стаканами.
  3. Включен нагреватель экспериментальной установки. Когда вода капает из фильтрующих воронок с постоянной скоростью, фильтрующие воронки помещаются над стаканом A и стаканом B соответственно, и включается секундомер.
  4. Через 10 минут масса воды, собранной в стакане A и стакане B, измеряется и записывается как m 1 ​​ и m 2 соответственно.
  5. Регистрируют мощность погружного нагревателя P.

Результаты:

Анализ данных:
Масса льда, растаявшего за счет тепла, подаваемого от нагревателя,
m = (m 1 ​​ - m 2 ) g
= (97,0 - 12,0) g = 85,0 г
= 0,085 кг
Подведенное тепло, Q = Pt
= 48 x 10 x 60 Дж = 28 800 Дж

Обсуждение:

  1. Температура льда ниже комнатной. Лед поглотит тепло из окружающей среды и тает сам по себе.Контрольный набор аппаратов был настроен для определения массы льда, растопленного под воздействием тепла из окружающей среды. Только после этого можно определить правильную массу льда, растопленного нагревателем.
  2. Колотый лед был использован, потому что большая площадь поверхности колотого льда позволяет более эффективно поглощать тепло.
  3. Значение удельной скрытой теплоты плавления льда, полученное в результате этой деятельности, превышает нормативное значение. Часть тепла, поставляемого обогревателем, теряется в окружающую среду.В расчетах предполагалось, что тепло в окружающую среду не теряется, а все подводимое тепло поглощается только льдом.

Заключение:
Удельная скрытая теплота плавления льда, определяемая активностью, составляет 3,39 x 105 Дж кг -1 .

Скрытая теплота испарения воды Эксперимент

Цель: Определить удельную скрытую теплоту испарения воды. Материал: водопроводная вода
Аппарат: Погружной нагреватель, стакан, электронные весы, секундомер
Метод:

  1. Аппарат установлен, как показано на рисунке.
  2. Включается нагреватель для закипания воды.
  3. Когда вода постоянно закипает, включается секундомер. В то же время показание электронных весов записывается как m 1 ​​
  4. Через время t = 10 минут показание электронных весов записывается как m 2 .
  5. Обогреватель выключен. Регистрируют мощность нагревателя P.

Результаты:

Анализ данных:

Обсуждение:

  1. Для того, чтобы время кипения было коротким, используется мощный нагреватель.Количество воды, которая испаряется за короткое время эксперимента, очень мало, и им можно пренебречь. Поэтому контрольный набор аппаратов не нужен - для этого занятия.
  2. Значение удельной скрытой теплоты испарения воды, полученное в результате этой деятельности, превышает стандартное значение. Часть тепла, поставляемого обогревателем, теряется в окружающую среду. В расчетах предполагалось, что тепло в окружающую среду не теряется, а все подводимое тепло поглощается только водой.

Заключение:
Удельная скрытая теплота парообразования воды, определяемая активностью, составляет 2,40 x 106 Дж кг -1 .

Пример специфической скрытой теплоты Проблемы с решениями

  1. Пластиковый пакет, содержащий 0,80 кг супа при 38 ° C, помещается в морозильную камеру холодильника. Подсчитайте количество тепла, которое необходимо убрать, чтобы суп полностью затвердел.
    Предположим, суп затвердевает при -2 ° C.
    [Удельная теплоемкость супа c = 4250 Дж кг -1 ° C -1 ; удельная скрытая теплота плавления супа, l = 3.38 x 10 5 Дж кг -1 ]
    Решение:
    Переход от жидкого супа к твердому можно проиллюстрировать на следующей диаграмме.
  2. В котле вода закипает при 120 ° C. Сколько тепла нужно подвести к 4,0 кг воды при 30 ° C, чтобы превратить ее в пар той же температуры?
    [Удельная теплоемкость, c = 4200 Дж кг -1 ° C -1 ; удельная скрытая теплота испарения, l = 2,26 x 10 6 Дж кг -1 ]
    Раствор:

.

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о