Как найти удельную теплоемкость вещества по графику - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

1. Какой тип ответа: расчёт физической величины.

2. Что проверяет задание: сформированность умения правильно вычислять значение величины при анализе явлений с использованием законов и формул.

3. Какие разделы физики определяют содержание задания: тепловые явления.

4. Какой уровень сложности задания: базовый.

5. Как оценивается задание:

(1) балл — ответ записан в той форме, которая указана в инструкции по выполнению задания, и полностью совпадает с эталоном ответа;
(0) баллов — выставляется во всех других случаях.

6. Какова форма ответа: запиши в бланк ответов № (1) целое число или конечную десятичную дробь с учётом
указанных в ответе единиц измерения (без пробелов, запятых и других дополнительных символов; каждая цифра в отдельной клеточке).

Пример:

найди значение удельной теплоёмкости вещества, учитывая информацию из диаграммы (рис. (1)), где показаны значения количества теплоты в процессах нагревания (5) кг вещества на (50)(°C) и плавления (500) г вещества при соответствующей температуре плавления. Физические характеристики диаграммы: (Q_1) (=) (10) кДж.

Рис. (1). Диаграмма

Как решить задание из примера?

Дано

Решение

(m_н) (=) (5) кг;

(m_п) (=) (500) г

(=) (500·10^{-3}) кг;

(Delta t) (=) (50)(°C);

(Q_1) (=) (10) кДж (=)

(=) (10·10^{3}) Дж

1. Физическая модель задачи:

– процесс нагревания вещества массой (m_н), на который расходуется количество теплоты (3Q_1) (=) (30·10^3) Дж (рис. (2)).

Рис. (2). Количество теплоты, необходимое для нагревания вещества

Обрати внимание!

В задании представлена избыточная информация: 1) изображение столбца в диаграмме (голубой цвет), характеризующего процесс плавления вещества и, соответственно, удельную теплоту плавления вещества; 2) масса вещества (m_п), которое плавится при температуре плавления.

2. Физический закон:

– количество теплоты, необходимое для нагревания вещества:

(Q=m_нcDelta t.) ((1))

3. Математическое решение задачи:

– выразим (c) из формулы ((1)) с учётом значения количества теплоты (3Q_1):

(c=frac{3Q_1}{m_нDelta t};) ((2))

– проверяем размерность формулы ((2)):

([c]=frac{Дж}{кг·°C};)

– проводим вычисления:

(c=frac{30·10^3}{5·50}=120) Дж/(кг · °C)

Найти: (c)

Правильный ответ: (120) Дж/(кг · °C)

Обрати внимание!

Решение расчётных физических задач оформляется в следующей последовательности.

Физическая модель задачи, которая описывает явление согласно условию задания (это позволяет во втором пункте соотнести конкретное физическое явление с физическими законами (закономерностями), которые его объясняют).
Физические законы (запись функциональных зависимостей между физическими величинами, которые представляют собой физические характеристики физического явления).
Математическое решение задачи (в данном пункте проводятся математические процедуры (решение линейных и нелинейных уравнений, нахождение неизвестного множителя из пропорции и др.) с формулами из второго пункта). В данном пункте также проводится проверка размерности конечной формулы, по которой вычисляется искомая физическая величина, где данная процедура позволяет: а) доказать правильность выведенной формулы по соответствию её единицам измерения искомой физической величины; б) запомнить формулы не в формате «зубрёжки», а применяя каждый раз к решению разных физических задач.

Типичные ошибки

Неверное определение степени изменения (увеличение или уменьшение) внутренней энергии вещества при следующих процессах, происходящих с веществом (например, твёрдым телом): 1) нагревание твёрдого тела; 2) плавление; 3) нагревание жидкости; 4) кипение; 5) нагревание пара; 6) охлаждение пара; 7) конденсация; 8) охлаждение жидкости; 9) кристаллизация (отвердевание); 10) охлаждение твёрдого тела.

Внутренняя энергия вещества увеличивается в процессах (1)–(5) и уменьшается в процессах (6)–(10).
Неверный перевод множителей размерностей при использовании в расчётах физических величин, значения которых указаны на графике, диаграмме.

Источники:

Рис. 1. Диаграмма. © ЯКласс.

Рис. 2. Количество теплоты, необходимое для нагревания вещества. © ЯКласс.

Источник

при различных значениях температуры t этого вещества. Погрешность измерения количества теплоты ΔQ = ±400 Дж, температуры Δt = ±2 К
Выбери два утверждения, соответствующие результатам этих измерений.
1) Удельная теплоёмкость вещества примерно равна 650 Дж/(кг·К)
2) Для нагревания до 313 К необходимо сообщить больше 14 кДж.
3) При охлаждении 1 кг вещества на 20 К выделится 13 000 Дж.
4) Для нагревания 2 кг вещества на 30 К необходимо сообщить примерно 24 кДж. 5) Удельная теплоёмкость зависит от температуры.

Источник

Вместо словосочетания «тепловая энергия» физики говорят сокращенно: «теплота».

Удобно сравнивать между собой величины, которые измерены численно. Поэтому, физики говорят о количестве тепловой энергии, или количестве теплоты.

Что такое количество теплоты

Рассмотрим чашку, в которой находится обыкновенная вода комнатной температуры.

Вычислим внутреннюю энергию холодной воды в чашке, получим число, которое можно обозначить так:

(large U_{text{хол}} left( text{Дж} right) ) – внутренняя энергия холодной воды.

Нагреем воду в чашке. Молекулы нагретой воды будут двигаться быстрее. Значит, горячая вода обладает большим количеством внутренней энергии.

Теперь посчитаем внутреннюю энергию горячей воды в чашке. Полученное число обозначим, как

(large U_{text{горяч}} left( text{Дж} right) ) – внутренняя энергия горячей воды.

Найдем разницу внутренней энергии для горячей и холодной воды.

[large U_{text{горяч}} — U_{text{холод}}]

Примечание: Вместо слова «разница» математики скажут «разность».

Мы получим еще одно число. Обозначим его символом Q. Число Q называют количеством теплоты. Именно эту тепловую энергию вода получила во время нагревания.

[large boxed{ Q = U_{text{горяч}} — U_{text{холод}} }]

Примечание: Когда горячая вода остынет, она отдаст ровно столько тепловой энергии, сколько получила во время нагревания. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.

(large Q left( text{Дж} right) ) – тепловая энергия, количество теплоты.

Теплота, как и любая энергия, измеряется в системе СИ в Джоулях, в честь английского физика Джеймса Джоуля.

Рис.1. Что такое количество теплоты

Примечание: Количество теплоты, так же, измеряют в Калориях.

Калория – это тепловая энергия, затраченная на нагревание 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.

Джоуль и Калория связаны так:

[large boxed{ 1 text{ Калория} = 4{,}19 text{ Дж} }]

От чего зависит количество теплоты

Количество теплоты, требуемое для нагревания тела, зависит от нескольких параметров.

От массы вещества

Нальем в одну кастрюльку 1 кг воды, а в другую, точно такую же кастрюльку – 2 килограмма воды.

Пусть, начальная температура воды о обеих кастрюльках равна +20 градусам Цельсия.

Будем нагревать эти кастрюльки по очереди на газовой плите, не меняя интенсивность огня конфорки.

Предположим, нам нужно повысить на 50 градусов Цельсия температуру воды в каждой кастрюльке.

Примечание: После нагревания воды на 50 градусов, конечная температура воды в каждой кастрюльке будет равна 70 градусам.

Чтобы нагреть на 50 градусов 1 килограмм воды, потребуется время. Однако, чтобы нагреть на этой же конфорке 2 килограмма воды на 50 градусов, потребуется больше времени.

Значит, количество теплоты, полученное водой, зависит от массы вещества, которое мы хотим нагреть.

Математики запишут фразу «количество теплоты зависит от массы» так:

[large Q = f(m)]

Символом f обозначается зависимость.

(large m left( text{кг} right) ) – масса нагреваемого вещества.

От разницы температур

Теперь возьмем две кастрюльки, и нальем в них по 1 кг воды. Начальная температура воды в кастрюльках одинаковая и равна +20 градусов Цельсия.

Одну кастрюльку будем нагревать дольше другой. Поэтому, температура воды будет выше в той кастрюльке, которую дольше нагревали.

Так как температура повысилась больше в кастрюльке, которую дольше нагревали, то физики скажут, что воде в этой кастрюльке передали большее количество теплоты.

Значит, количество теплоты зависит от разницы (т. е. разности) между начальной и конечной температурой.

[large Delta t = t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}]

(large t_{text{конеч}} left( text{град} right) ) – температура после нагревания;

(large t_{text{нач}} left( text{град} right) ) – температура до нагревания;

(large Delta t left( text{град} right) ) – разность температуры;

Математики фразу «количество теплоты зависит от разности температур» запишут так:

[large Q = f(Delta t)]

Символ f обозначает, что Q зависит от разницы температур.

От вида вещества

Теперь будем нагревать 1 килограмм воды и 1 килограмм подсолнечного масла.

Первоначальная температура каждого вещества +20 градусов Цельсия.

Измерим через 5 минут нагревания температуру воды и температуру масла.

Оказывается, за 5 минут масло нагреется до более высокой температуры. При этом и масло, и вода, получили одинаковое количество теплоты.

Значит, количество теплоты зависит от того, из какого вещества состоит тело.

Рис. 2. Количество теплоты зависит от массы и вида вещества, а, так же, от разницы температур

Какие величины называют удельными

Физики часто применяют удельные величины, так как они достаточно удобны для вычислений.

Удельная величина – величина, приходящаяся на единицу массы, длины, площади, или объема.

Рис. 3. Удельная величина – это величина, приходящаяся на единицу чего-либо (например, массы, длины и т. п.)

В обычной жизни мы, так же, пользуемся удельными величинами. К примеру, цена товара – это удельная величина, так как она приходится на единицу товара. Зная количество товара, легко посчитать общую цену покупки.

Например, булочка стоит 20 рублей. Нужно купить 3 булочки. Общую сумму денег найдем, перемножив цену одной булочки (удельную величину) на количество штук.

Известно, что при горении топлива выделяется энергия. Удельная теплота сгорания и количество сгоревших килограммов топлива помогут посчитать выделившуюся тепловую энергию.

Что такое удельная теплоемкость

Возьмем 1 килограмм вещества и нагреем его на 1 градус Цельсия. Тепловая энергия, которую мы для этого затратили, называется удельной теплоемкостью.

Удельная теплоемкость – это энергия, затраченная для нагревания 1 килограмма на 1 градус.

Эту энергию обозначают латинским символом «c». Измеряют ее в Джоулях, деленных на килограмм и градус.

(large c left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) ) – удельная теплоемкость;

Примечания:

Вместо слов «тепловая энергия» физики скажут «количество теплоты»;
Различные вещества обладают разными теплоемкостями;
Одно и то же вещество в различных агрегатных состояниях (ссылка), будет иметь разные теплоемкости.

Удельные теплоемкости воды в различных агрегатных состояниях

В твердом состоянии (лед), вода будет иметь такую теплоемкость:

(large c_{text{лед}} = 2100 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )

В жидком состоянии (вода), такую:

(large c_{text{вода}} = 4200 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )

В газообразном состоянии (пар) при температуре 100 градусов Цельсия, такую:

(large c_{text{пар}} = 2000 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )

Примечание: Удельные теплоемкости различных веществ можно найти в школьном справочнике физики.

Как связаны и чем отличаются количество теплоты и удельная теплоемкость

Будем рассматривать такие процессы, как нагревание и охлаждение.

нагревание — тело получает тепловую энергию (количество теплоты).
охлаждение – тело отдает тепловую энергию в окружающее пространство.

Благодаря процессам нагревания и охлаждения мы можем обогреваться зимой с помощью русской печи. Сначала печь получит количество теплоты (тепловую энергию) от сгорающего топлива — дров. А затем, будет остывать и отдавать это количество теплоты всем телам, находящимся в помещении.

Отличия удельной теплоемкости от количества теплоты

Запомнить, что такое количество теплоты, и чем оно отличается от удельной теплоемкости, можно так (рис. ):

Рис. 4. Удельная теплоемкость и количество теплоты – это энергии, они приходятся на различное количество градусов и количество килограммов

Количество теплоты – это энергия нагревания (охлаждения) нескольких килограммов на несколько градусов.

Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма на 1 градус.

Связь количества теплоты и удельной теплоемкости — формула

Если известны:

удельная теплоемкость вещества;
количество килограммов вещества;
количество градусов, на которое нужно нагреть вещество,

то легко посчитать общую тепловую энергию – т. е. количество теплоты.

Для этого используем формулу:

[large boxed{ Q = c cdot m cdot (t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}) }]

(large Q left( text{Дж} right) ) – количество теплоты, т. е. общая тепловая энергия;

(large c left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) ) – удельная теплоемкость;

(large m left( text{кг} right) ) – масса вещества;

(large t_{text{конеч}} left( text{град} right) ) – температура после нагревания;

(large t_{text{нач}} left( text{град} right) ) – температура до нагревания;

Как по графику нагревания или охлаждения определить удельную теплоемкость

На примере покажем, как находить удельную теплоемкость по графику нагревания или охлаждения тела.

Дано твердое тело массой 2 килограмма. На рисунке 5 указано, как зависит температура этого тела от полученного количества теплоты. По горизонтали отложено количество теплоты, а по вертикали – температура некоторого тела, находящегося в твердом состоянии.

Определить удельную теплоемкость вещества, из которого состоит данное твердое тело.

Рис. 5. На рисунке указано, как температура твердого тела зависит от полученной теплоты

Решение:

Тело нагрелось от (large t_{1} = 0 left( С right) ) до температуры (large t_{2} = 60 left( С right) );

Разность температур равна 60 градусам Цельсия.

Масса тела 2 килограмма.

Полученное количество теплоты (large Q = 15000 left( text{Дж} right) ).

Выпишем формулу, по которой можно посчитать тепловую энергию Q:

[large Q = c cdot m cdot (t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}) ]

Подставим теперь значения в эту формулу для определения количества теплоты:

[large 15000 = c cdot 2 cdot 60 ]

Разделим обе части уравнения на число 10:

[large 1500 = c cdot 2 cdot 6 ]

Теперь разделим обе части уравнения на число 6:

[large 250 = c cdot 2 ]

Разделив обе части на число 2, получим удельную теплоемкость твердого вещества:

[large 125 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) = c ]

Ответ: Удельная теплоемкость твердого вещества (large 125 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )

Примечание: Тела могут обмениваться тепловой энергией с другими телами. Обмен энергией прекратится при наступлении теплового равновесия. Для решения задач нужно использовать удельные теплоемкости материалов, из которых изготовлены тела. А чтобы рассчитать переданное или полученное телом количество теплоты, нужно уметь применять закон сохранения энергии и составлять уравнение теплового баланса.

Выводы

При нагревании тело получает тепловую энергию (количество теплоты), а при охлаждении – отдает эту энергию в окружающее пространство.
Количество теплоты – это тепловая энергия, которую тело получило в процессе теплопередачи. То есть, во время нагревания.
Сколько теплоты тело получило, столько же оно отдаст в окружающую среду во время остывания до начальной температуры. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.
Количество теплоты зависит от: массы вещества; вида вещества; разности между начальной и конечной температурой (от разницы температур).
Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма вещества на 1 градус
Теплоемкости разных веществ различаются.
Даже одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях имеет разные теплоемкости.
Если масса вещества известна, удельную теплоемкость можно определить из графика Q(t) количества теплоты от температуры.

Источник

Niki M
[390K]

3 года назад

На рисунке представлен график зависимости температуры t твёрдого тела от полученного им количества теплоты Q. Масса тела 2 кг. Чему равна удельная теплоёмкость вещества этого тела? Ответ запишите в Дж/(кг · °С).

Евгений трохов
[56.3K]

3 года назад

Q=cm(t2-t1).

с-это удельная теплоемкость.

Здесь Q=50 кДж,

m=2 килограмма,

t2=200°C-конечная температура

t1=150°C.-начальная температура.

Находим с=Q/(m(t2-t1))

c=50000 Dж/(2*50) ‘кг*°С

с=5000 Дж/кг*°С.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим

комментировать

в избранное

ссылка

отблагодарить

Знаете ответ?

Источник

Содержание:

Количество теплоты:

В чём причина изменения внутренней энергии макроскопического тела при теплообмене?

Теплообмен

Другим способом изменения внутренней энергии термодинамической системы является теплообмен.

Теплообмен — самопроизвольный процесс передачи внутренней энергии от тела с большей температурой телу с меньшей температурой без совершения работы.

Теплообмен между контактирующими телами называют теплопередачей. За счёт переданной при этом энергии увеличивается внутренняя энергия одного тела и уменьшается внутренняя энергия другого. Если, например, привести в соприкосновение два тела с разными температурами, то частицы более нагретого тела будут передавать часть своей кинетической энергии частицам менее нагретого тела. В результате внутренняя энергия одного тела уменьшается, а другого увеличивается.

Таким образом, при теплопередаче не происходит превращения энергии из одной формы в другую: часть внутренней энергии более нагретого тела передаётся менее нагретому.

Количество теплоты и удельная теплоёмкость

Количественной мерой энергии, сообщённой телу (или отданной им) в процессе теплообмена, является количество теплоты.

В СИ единицей количества теплоты Q является джоуль (Дж). Иногда для измерения количества теплоты используют внесистемную единицу — калорию

Если процесс теплообмена не сопровождается изменением агрегатного состояния вещества, то

где — масса тела; — разность температур в конце и в начале процесса теплообмена; с — удельная теплоёмкость вещества — физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое получает вещество массой 1 кг при увеличении его температуры на 1 К. Удельную теплоёмкость измеряют в джоулях, деленных на килограмм, кельвин

Удельная теплоёмкость зависит от свойств данного вещества и, как показывает опыт, в достаточно большом интервале температур практически не изменяется. Однако удельная теплоёмкость газа зависит от того, при каком процессе (изобарном или изохорном) осуществляется теплообмен.

Интересно знать:

Физическая величина, равная произведению массы тела на удельную теплоёмкость вещества, носит название теплоёмкость тела. Обозначают теплоёмкость С и измеряют в джоулях, деленных на кельвин Теплоёмкость в отличии от удельной теплоёмкости, является тепловой характеристикой тела, а не вещества.

Удельная теплота плавления

Физическую величину, численно равную количеству теплоты, необходимому для превращения кристаллического вещества массой 1 кг, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называют удельной теплотой плавления Эту величину измеряют в джоулях, делённых на килограмм Для плавления тела массой предварительно нагретого до температуры плавления, ему необходимо сообщить количество теплоты При кристаллизации тела такое же количество теплоты выделяется:

Удельная теплота парообразования

Физическую величину, численно равную количеству теплоты, которое необходимо передать жидкости массой 1 кг, находящейся при температуре кипения, для превращения её при постоянной температуре в пар, называют удельной теплотой парообразования L. Единицей измерения этой величины является джоуль, делённый на килограмм Количество теплоты, необходимое для превращения жидкости массой предварительно нагретой до температуры кипения, в пар, определяют по формуле Конденсация пара сопровождается выделением количества теплоты

Удельная теплота сгорания топлива

Физическую величину, численно равную количеству теплоты, выделяющемуся при полном сгорании топлива массой 1 кг, называют удельной теплотой сгорания топлива и измеряют в джоулях, делённых на килограмм Количество теплоты, выделившееся при полном сгорании некоторой массы топлива, определяют по формуле

Это количество теплоты передаётся телам, образующим термодинамическую систему, и по отношению к ним является положительной величиной.

Заказать решение задач по физике

Примеры решения задач

Пример №1

На рисунке 77 представлен график зависимости абсолютной температуры нагреваемого тела от переданного ему количества теплоты. Воспользовавшись таблицей на с. 84, определите вещество, из которого изготовлено тело, если его масса

Решение:

Для того чтобы определить вещество, из которого изготовлено тело, найдём его удельную теплоёмкость с. Анализируя график, делаем вывод, что при нагревании тела от температуры до температуры ему было передано количество теплоты которое можно рассчитать по формуле

Следовательно, удельная теплоёмкость вещества

Полученное значение удельной теплоёмкости соответствует олову.

Ответ: — олово.

Пример №2

В налитую в сосуд воду, масса которой и температура добавили некоторое количество льда при температуре Определите массу льда, если после достижения теплового равновесия температура содержимого сосуда Теплоёмкостью сосуда и потерями тепла пренебречь. Удельная теплоёмкость воды льда удельная теплота плавления льда