Nội năng của cơ thể có thể thay đổi do tác dụng của ngoại lực. Để đặc trưng cho sự thay đổi nội năng trong quá trình truyền nhiệt, người ta đưa ra một đại lượng gọi là nhiệt lượng và ký hiệu là Q.

Trong hệ thống quốc tế, đơn vị của nhiệt lượng, cũng như công và năng lượng, là jun: = = = 1 J.

Trong thực tế, một đơn vị ngoài hệ thống của lượng nhiệt đôi khi được sử dụng - calo. 1 cal. = 4,2 J.

Cần lưu ý rằng thuật ngữ "lượng nhiệt" là không may. Nó được giới thiệu vào thời điểm mà người ta tin rằng các cơ thể chứa một số chất lỏng không trọng lượng, khó nắm bắt - caloric. Quá trình truyền nhiệt được cho là bao gồm thực tế là nhiệt lượng, truyền từ cơ thể này sang cơ thể khác, mang theo một lượng nhiệt nhất định. Bây giờ, khi biết những điều cơ bản của thuyết động học phân tử về cấu trúc của vật chất, chúng ta hiểu rằng không có calo trong các cơ thể, cơ chế thay đổi nội năng của một cơ thể là khác. Tuy nhiên, sức mạnh của truyền thống là rất lớn và chúng tôi tiếp tục sử dụng thuật ngữ, được giới thiệu trên cơ sở những ý tưởng không chính xác về bản chất của nhiệt. Đồng thời, hiểu được bản chất của sự truyền nhiệt, chúng ta không nên hoàn toàn bỏ qua những quan niệm sai lầm về nó. Ngược lại, bằng cách vẽ một phép tương tự giữa dòng nhiệt và dòng của một chất lỏng giả định có nhiệt lượng, lượng nhiệt và lượng calo, khi giải một số bài toán, có thể hình dung các quá trình đang diễn ra và giải quyết vấn đề một cách chính xác. Cuối cùng, các phương trình đúng mô tả các quá trình truyền nhiệt đã thu được tại một thời điểm dựa trên ý kiến ​​không đúng về caloric như một chất mang nhiệt.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các quá trình có thể xảy ra do truyền nhiệt.

Đổ một ít nước vào ống nghiệm và đậy lại bằng nút chai. Chúng tôi treo ống nghiệm vào một thanh cố định trong giá ba chân, và đặt một ngọn lửa mở bên dưới nó. Từ ngọn lửa, ống nghiệm nhận một nhiệt lượng nhất định và nhiệt độ của chất lỏng trong ống nghiệm tăng lên. Khi nhiệt độ tăng, nội năng của chất lỏng tăng lên. Có một quá trình hóa hơi chuyên sâu của nó. Hơi chất lỏng nở ra làm công cơ học để đẩy nút ra khỏi ống.

Hãy tiến hành một thí nghiệm khác với mô hình một khẩu pháo làm từ một đoạn ống đồng thau, được gắn trên xe đẩy. Ở một bên, ống được đóng chặt bằng phích cắm ebonit, qua đó một chốt được đưa qua. Dây điện được hàn vào đinh và ống, kết thúc bằng các thiết bị đầu cuối có thể được cung cấp năng lượng từ mạng chiếu sáng. Do đó, mô hình súng là một loại nồi hơi điện.

Đổ một ít nước vào nòng pháo và đậy ống bằng nút cao su. Kết nối súng với nguồn điện. Dòng điện đi qua nước làm nước nóng lên. Nước sôi, dẫn đến hóa hơi dữ dội. Áp suất của hơi nước tăng lên và cuối cùng, chúng thực hiện công việc đẩy nút chai ra khỏi nòng súng.

Súng, do giật, quay ngược lại theo hướng ngược lại với việc phóng nút chai.

Cả hai kinh nghiệm được thống nhất bởi các trường hợp sau đây. Trong quá trình đốt nóng chất lỏng theo nhiều cách khác nhau, nhiệt độ của chất lỏng và theo đó, nội năng của nó tăng lên. Để chất lỏng sôi và bay hơi mạnh, cần phải tiếp tục đun nóng.

Hơi của chất lỏng do nội năng của chúng thực hiện công cơ học.

Chúng tôi nghiên cứu sự phụ thuộc của lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng cơ thể vào khối lượng, sự thay đổi nhiệt độ và loại chất của nó. Để nghiên cứu những phụ thuộc này, chúng ta sẽ sử dụng nước và dầu. (Để đo nhiệt độ trong thí nghiệm, người ta dùng một nhiệt kế điện, làm bằng một cặp nhiệt điện nối với một điện kế gương. Một đầu nối của cặp nhiệt điện được hạ vào một bình có nước lạnh để đảm bảo nhiệt độ của nó không đổi. Một điểm nối còn lại của cặp nhiệt điện đo nhiệt độ của chất lỏng đang nghiên cứu).

Trải nghiệm bao gồm ba loạt. Trong loạt bài đầu tiên, đối với một khối lượng không đổi của một chất lỏng cụ thể (trong trường hợp của chúng ta là nước), sự phụ thuộc của nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng nó vào sự thay đổi nhiệt độ được nghiên cứu. Nhiệt lượng mà chất lỏng nhận được từ lò sưởi (bếp điện) sẽ được phán đoán theo thời gian đun nóng, giả sử rằng giữa chúng có mối quan hệ tỷ lệ thuận. Để kết quả của thí nghiệm tương ứng với giả thiết này, cần phải đảm bảo dòng nhiệt ổn định từ bếp điện đến vật bị nung nóng. Để làm được điều này, bếp điện đã được kết nối trước với mạng để khi bắt đầu thí nghiệm, nhiệt độ bề mặt của nó sẽ không thay đổi. Để làm nóng chất lỏng đồng đều hơn trong quá trình thí nghiệm, chúng tôi sẽ khuấy nó với sự trợ giúp của chính cặp nhiệt điện. Chúng tôi sẽ ghi lại các số đọc của nhiệt kế trong những khoảng thời gian đều đặn cho đến khi điểm sáng chạm đến mép của thang đo.

Hãy kết luận: có một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng một cơ thể và sự thay đổi nhiệt độ của nó.

Trong loạt thí nghiệm thứ hai, chúng ta sẽ so sánh nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng các chất lỏng giống nhau có khối lượng khác nhau khi nhiệt độ của chúng thay đổi một lượng như nhau.

Để thuận tiện cho việc so sánh các giá trị thu được, khối lượng nước trong thí nghiệm thứ hai sẽ được lấy ít hơn hai lần so với trong thí nghiệm thứ nhất.

Một lần nữa, chúng tôi sẽ ghi lại các số đo nhiệt kế theo các khoảng thời gian đều đặn.

So sánh kết quả của thí nghiệm thứ nhất và thứ hai, ta có thể rút ra kết luận sau.

Trong loạt thí nghiệm thứ ba, chúng ta sẽ so sánh lượng nhiệt cần thiết để đốt nóng các khối lượng bằng nhau của các chất lỏng khác nhau khi nhiệt độ của chúng thay đổi một lượng như nhau.

Ta sẽ đun dầu trên bếp điện, khối lượng của dầu bằng khối lượng của nước ở thí nghiệm thứ nhất. Chúng tôi sẽ ghi lại các kết quả đo nhiệt kế đều đặn.

Kết quả của thí nghiệm khẳng định kết luận rằng nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng cơ thể tỷ lệ thuận với sự thay đổi nhiệt độ của nó và ngoài ra còn cho biết sự phụ thuộc của lượng nhiệt này vào loại chất.

Vì dầu đã được sử dụng trong thí nghiệm, khối lượng riêng của nó nhỏ hơn khối lượng riêng của nước và cần một lượng nhiệt nhỏ hơn để đun dầu đến một nhiệt độ nhất định so với đun nóng nước, nên có thể giả định rằng lượng nhiệt cần thiết để làm nóng cơ thể phụ thuộc vào mật độ của nó.

Để kiểm tra giả thiết này, chúng tôi sẽ đồng thời đốt nóng các khối lượng nước, parafin và đồng giống hệt nhau trên một lò sưởi có công suất không đổi.

Sau cùng một thời gian, nhiệt độ của đồng gấp khoảng 10 lần, và parafin cao hơn nhiệt độ của nước khoảng 2 lần.

Nhưng đồng có tỷ trọng lớn hơn và parafin nhỏ hơn nước.

Kinh nghiệm cho thấy đại lượng đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhiệt độ của các chất mà các vật tham gia trao đổi nhiệt sinh ra không phải là khối lượng riêng. Đại lượng này được gọi là nhiệt dung riêng của chất và được ký hiệu bằng chữ c.

Một thiết bị đặc biệt được sử dụng để so sánh nhiệt dung riêng của các chất khác nhau. Thiết bị bao gồm các giá đỡ, trong đó có gắn một tấm parafin mỏng và một thanh có các thanh truyền qua nó. Các hình trụ bằng nhôm, thép và đồng thau có khối lượng bằng nhau được cố định ở hai đầu thanh.

Ta nung các bình đến cùng nhiệt độ bằng cách nhúng chúng vào bình nước đang đặt trên bếp điện đang nóng. Hãy cố định các xi lanh nóng trên các giá đỡ và thả chúng ra khỏi các chốt. Các hình trụ đồng thời chạm vào tấm parafin và, parafin nóng chảy, bắt đầu chìm vào trong đó. Độ sâu của việc nhúng các bình có cùng khối lượng vào một tấm parafin, khi nhiệt độ của chúng thay đổi một lượng như nhau thì sẽ khác nhau.

Kinh nghiệm cho thấy nhiệt dung riêng của nhôm, thép và đồng thau là khác nhau.

Sau khi thực hiện các thí nghiệm tương ứng với sự nóng chảy của chất rắn, sự hóa hơi của chất lỏng và sự đốt cháy của nhiên liệu, chúng ta thu được các định lượng phụ thuộc sau đây.

Để có được các đơn vị của các đại lượng cụ thể, chúng phải được biểu thị từ các công thức tương ứng và các đơn vị nhiệt - 1 J, khối lượng - 1 kg, và cho nhiệt lượng riêng - và 1 K phải được thay thế vào biểu thức thu được.

Ta nhận được đơn vị: nhiệt dung riêng - 1 J / kg K, nhiệt dung riêng khác: 1 J / kg.

Trọng tâm của bài viết của chúng tôi là lượng nhiệt. Chúng ta sẽ xem xét khái niệm nội năng, được biến đổi khi giá trị này thay đổi. Chúng tôi cũng sẽ đưa ra một số ví dụ về ứng dụng của các phép tính trong hoạt động của con người.

Nhiệt

Với bất kỳ từ nào của ngôn ngữ mẹ đẻ, mỗi người có những liên tưởng riêng của mình. Chúng được xác định bởi kinh nghiệm cá nhân và cảm giác phi lý trí. Điều gì thường được biểu thị bằng từ "ấm áp"? Một tấm chăn mềm mại, một pin sưởi ấm trung tâm hoạt động vào mùa đông, ánh nắng đầu tiên vào mùa xuân, một con mèo. Hay một cái nhìn của mẹ, một lời an ủi của một người bạn, sự quan tâm kịp thời.

Các nhà vật lý có nghĩa là đây là một thuật ngữ rất cụ thể. Và rất quan trọng, đặc biệt là trong một số phần của khoa học phức tạp nhưng hấp dẫn này.

Nhiệt động lực học

Sẽ không có giá trị nếu xem xét lượng nhiệt tách biệt khỏi các quá trình đơn giản nhất dựa trên định luật bảo toàn năng lượng - sẽ không có gì rõ ràng. Do đó, để bắt đầu, chúng tôi xin nhắc nhở độc giả của chúng tôi.

Nhiệt động lực học coi bất kỳ sự vật hay vật thể nào là sự kết hợp của một số lượng rất lớn các bộ phận cơ bản - nguyên tử, ion, phân tử. Các phương trình của nó mô tả bất kỳ sự thay đổi nào trong trạng thái chung của hệ thống nói chung và như một phần của tổng thể khi thay đổi các tham số vĩ mô. Sau đó được hiểu là nhiệt độ (ký hiệu là T), áp suất (P), nồng độ của các thành phần (thường là C).

Nội năng

Nội năng là một thuật ngữ khá phức tạp, ý nghĩa của nó cần được hiểu trước khi nói về lượng nhiệt. Nó biểu thị năng lượng thay đổi theo sự tăng hoặc giảm giá trị của các thông số vĩ mô của đối tượng và không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Nó là một phần của tổng năng lượng. Nó trùng khớp với nó trong điều kiện khi khối tâm của vật đang nghiên cứu ở trạng thái nghỉ (nghĩa là không có thành phần động học).

Khi một người cảm thấy một vật nào đó (ví dụ, một chiếc xe đạp) nóng lên hoặc nguội đi, điều này cho thấy rằng tất cả các phân tử và nguyên tử tạo nên hệ thống này đã trải qua sự thay đổi nội năng. Tuy nhiên, nhiệt độ không đổi không có nghĩa là chỉ số này được bảo toàn.

Công việc và sự ấm áp

Nội năng của bất kỳ hệ nhiệt động nào cũng có thể được biến đổi theo hai cách:

• bằng cách thực hiện công việc trên nó;
• trong quá trình trao đổi nhiệt với môi trường.

Công thức cho quá trình này trông giống như sau:

dU = Q-A, trong đó U là nội năng, Q là nhiệt, A là công.

Để người đọc không bị đánh lừa bởi sự đơn giản của cách diễn đạt. Hoán vị cho thấy rằng Q = dU + A, nhưng sự ra đời của entropy (S) đưa công thức về dạng dQ = dSxT.

Vì trong trường hợp này, phương trình có dạng một phương trình vi phân, nên biểu thức đầu tiên yêu cầu tương tự. Hơn nữa, tùy thuộc vào các lực tác động lên đối tượng được nghiên cứu và tham số đang được tính toán, tỷ lệ cần thiết được suy ra.

Chúng ta hãy lấy một quả bóng kim loại làm ví dụ về hệ thống nhiệt động lực học. Nếu bạn gây áp lực lên nó, ném nó lên, thả nó xuống giếng sâu, thì điều này có nghĩa là bạn đang thực hiện công việc trên nó. Bề ngoài, tất cả những hành động vô hại này sẽ không gây hại gì cho quả bóng, nhưng năng lượng bên trong của nó sẽ thay đổi, mặc dù rất nhẹ.

Cách thứ hai là truyền nhiệt. Bây giờ chúng ta đến với mục tiêu chính của bài viết này: mô tả nhiệt lượng là gì. Đây là sự thay đổi nội năng của hệ nhiệt động lực học xảy ra trong quá trình truyền nhiệt (xem công thức ở trên). Nó được đo bằng jun hoặc calo. Rõ ràng, nếu quả bóng được cầm trên bật lửa, dưới ánh nắng mặt trời, hoặc đơn giản là trong một bàn tay ấm, nó sẽ nóng lên. Và sau đó, bằng cách thay đổi nhiệt độ, bạn có thể tìm thấy lượng nhiệt đã truyền cho anh ta cùng một lúc.

Tại sao chất khí là ví dụ tốt nhất về sự thay đổi nội năng và tại sao học sinh không thích vật lý vì nó

Ở trên, chúng tôi đã mô tả những thay đổi trong các thông số nhiệt động lực học của một quả bóng kim loại. Chúng không được chú ý cho lắm nếu không có các thiết bị đặc biệt, và người đọc được phép nói về các quá trình xảy ra với đối tượng. Một điều nữa là nếu hệ thống là khí. Nhấn vào nó - nó sẽ được nhìn thấy, làm nóng nó lên - áp suất sẽ tăng lên, hạ xuống dưới lòng đất - và điều này có thể dễ dàng sửa chữa. Vì vậy, trong sách giáo khoa, nó là chất khí thường được lấy làm hệ thức nhiệt động trực quan nhất.

Nhưng, than ôi, không có nhiều sự chú ý đến các thí nghiệm thực tế trong giáo dục hiện đại. Một nhà khoa học viết sổ tay phương pháp luận hiểu rất rõ những gì đang bị đe dọa. Đối với ông, dường như bằng cách sử dụng ví dụ về các phân tử khí, tất cả các thông số nhiệt động lực học sẽ được chứng minh một cách đầy đủ. Nhưng đối với một sinh viên chỉ mới khám phá thế giới này, thật nhàm chán khi nghe nói về một chiếc bình lý tưởng với một piston lý thuyết. Nếu trường có các phòng thí nghiệm nghiên cứu thực sự và những giờ dành riêng để làm việc trong đó, mọi thứ sẽ khác. Thật không may, cho đến nay, các thí nghiệm chỉ là trên giấy. Và, rất có thể, đây chính là nguyên nhân khiến mọi người coi ngành vật lý này như một thứ gì đó thuần túy lý thuyết, xa rời cuộc sống và không cần thiết.

Vì vậy, chúng tôi quyết định đưa chiếc xe đạp đã được đề cập ở trên làm ví dụ. Một người nhấn vào bàn đạp - có tác dụng lên chúng. Ngoài việc truyền mô-men xoắn cho toàn bộ cơ cấu (do đó xe đạp chuyển động trong không gian), nội năng của các vật liệu mà từ đó các đòn bẩy được thực hiện thay đổi. Người đi xe đạp đẩy tay cầm để quay và lại thực hiện công việc.

Nội năng của lớp phủ bên ngoài (nhựa hoặc kim loại) được tăng lên. Một người đi đến một bãi đất trống dưới ánh nắng chói chang - chiếc xe đạp nóng lên, nhiệt lượng của nó thay đổi. Dừng lại để nghỉ ngơi trong bóng râm của một cây sồi già và hệ thống sẽ nguội lại, làm lãng phí calo hoặc jun. Tăng tốc độ - tăng trao đổi năng lượng. Tuy nhiên, việc tính toán lượng nhiệt trong tất cả các trường hợp này sẽ chỉ ra một giá trị rất nhỏ, không thể nhận thấy được. Do đó, dường như không có bất kỳ biểu hiện nào của vật lý nhiệt động trong cuộc sống thực.

Ứng dụng tính toán cho sự thay đổi lượng nhiệt

Có thể, người đọc sẽ nói rằng tất cả những điều này rất nhiều thông tin, nhưng tại sao chúng ta lại bị dày vò ở trường với những công thức này. Và bây giờ chúng tôi sẽ đưa ra các ví dụ về lĩnh vực hoạt động nào của con người mà họ cần trực tiếp và điều này áp dụng cho bất kỳ ai trong cuộc sống hàng ngày của họ.

Để bắt đầu, hãy nhìn xung quanh bạn và đếm xem: có bao nhiêu vật kim loại bao quanh bạn? Có lẽ là hơn mười. Nhưng trước khi trở thành kẹp giấy, toa xe, nhẫn hoặc ổ đĩa flash, bất kỳ kim loại nào cũng được nấu chảy. Chẳng hạn, mỗi nhà máy chế biến quặng sắt phải hiểu lượng nhiên liệu cần thiết để tối ưu hóa chi phí. Và khi tính toán điều này, cần phải biết nhiệt dung của nguyên liệu chứa kim loại và nhiệt lượng phải truyền vào nó để mọi quá trình công nghệ diễn ra. Vì năng lượng được giải phóng bởi một đơn vị nhiên liệu được tính bằng jun hoặc calo, nên công thức là cần thiết trực tiếp.

Hoặc một ví dụ khác: hầu hết các siêu thị đều có một bộ phận với hàng đông lạnh - cá, thịt, trái cây. Trường hợp nguyên liệu từ thịt động vật, hải sản được biến thành bán thành phẩm thì phải biết đơn vị điện lạnh và cấp đông sẽ sử dụng bao nhiêu điện trên một tấn hoặc một đơn vị thành phẩm. Để làm được điều này, bạn nên tính xem một kg dâu tây hoặc mực mất nhiệt bao nhiêu khi làm lạnh một độ C. Và cuối cùng, điều này sẽ cho thấy một tủ đông có dung tích nhất định sẽ tiêu tốn bao nhiêu điện.

Máy bay, tàu thủy, xe lửa

Ở trên, chúng tôi đã chỉ ra các ví dụ về các vật thể tương đối bất động, tĩnh được thông báo hoặc ngược lại, một lượng nhiệt nhất định bị lấy đi từ chúng. Đối với các vật thể chuyển động trong quá trình hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thay đổi liên tục, việc tính toán nhiệt lượng còn quan trọng vì một lý do khác.

Có một điều như là "mỏi kim loại". Nó cũng bao gồm các tải trọng tối đa cho phép ở một tốc độ thay đổi nhiệt độ nhất định. Hãy tưởng tượng một chiếc máy bay cất cánh từ vùng nhiệt đới ẩm ướt vào tầng cao đóng băng của bầu khí quyển. Các kỹ sư phải làm việc chăm chỉ để nó không bị vỡ do các vết nứt trên kim loại xuất hiện khi nhiệt độ thay đổi. Họ đang tìm kiếm một thành phần hợp kim có thể chịu được tải trọng thực và sẽ có độ an toàn lớn. Và để không phải tìm kiếm một cách mù quáng, hy vọng vô tình tìm được thành phần mong muốn, bạn phải thực hiện rất nhiều phép tính, bao gồm cả những thay đổi về lượng nhiệt.

Bạn có thể thay đổi nội năng của khí trong xi lanh không chỉ bằng cách làm việc mà còn bằng cách đốt nóng khí (Hình 43). Nếu piston được cố định, thì thể tích của khí sẽ không thay đổi, nhưng nhiệt độ, và do đó nội năng sẽ tăng lên.
Quá trình truyền năng lượng từ vật này sang vật khác mà không thực hiện được gọi là quá trình truyền nhiệt hay truyền nhiệt.

Năng lượng truyền cho cơ thể là kết quả của quá trình truyền nhiệt được gọi là nhiệt lượng. Nhiệt lượng còn được gọi là năng lượng mà cơ thể tỏa ra trong quá trình truyền nhiệt.

Hình ảnh phân tử về sự truyền nhiệt. Trong quá trình trao đổi nhiệt ở ranh giới giữa các vật, các phân tử chuyển động chậm của vật lạnh tương tác với các phân tử chuyển động nhanh hơn của vật nóng. Kết quả là, động năng của các phân tử bằng nhau và vận tốc của các phân tử của vật lạnh tăng lên, trong khi vận tốc của phân tử ở vật nóng giảm đi.

Trong quá trình trao đổi nhiệt, không có sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác: một phần nội năng của vật nóng chuyển sang vật lạnh.

Nhiệt lượng và nhiệt dung. Từ khóa học vật lý lớp VII được biết, để đốt nóng một vật có khối lượng m từ nhiệt độ t 1 đến nhiệt độ t 2 thì cần thông báo nhiệt lượng cho vật đó là

Q \ u003d cm (t 2 - t 1) \ u003d cmΔt. (4,5)

Khi một cơ thể nguội đi, nhiệt độ vĩnh cửu t 2 của nó nhỏ hơn nhiệt độ t 1 ban đầu và nhiệt lượng do cơ thể tỏa ra là âm.
Hệ số c trong công thức (4,5) được gọi là nhiệt dung riêng. Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng mà 1 kg chất nhận được hoặc toả ra khi nhiệt độ của chất đó thay đổi 1 K.

Nhiệt dung riêng được biểu thị bằng jun trên kilogam nhân với kelvin. Các vật thể khác nhau yêu cầu một lượng năng lượng khác nhau để tăng nhiệt độ thêm 1 K. Như vậy, nhiệt dung riêng của nước là 4190 J / (kg K) và của đồng là 380 J / (kg K).

Nhiệt dung riêng không chỉ phụ thuộc vào tính chất của chất mà còn phụ thuộc vào quá trình truyền nhiệt. Nếu bạn đốt nóng một chất khí ở áp suất không đổi, nó sẽ nở ra và hoạt động. Để đốt nóng một chất khí thêm 1 ° C ở áp suất không đổi, nó sẽ cần truyền nhiều nhiệt hơn so với nung ở thể tích không đổi.

Chất lỏng và chất rắn nở ra một chút khi bị nung nóng, và nhiệt dung riêng của chúng ở thể tích không đổi và áp suất không đổi khác nhau rất ít.

Nhiệt hóa hơi riêng.Để chuyển một chất lỏng thành hơi, một lượng nhiệt nhất định phải được truyền cho nó. Nhiệt độ của chất lỏng không thay đổi trong quá trình biến đổi này. Sự chuyển thể lỏng thành hơi ở nhiệt độ không đổi không dẫn đến tăng động năng của các phân tử mà kèm theo đó là thế năng của chúng tăng lên. Suy cho cùng, khoảng cách trung bình giữa các phân tử khí lớn hơn nhiều lần so với giữa các phân tử chất lỏng. Ngoài ra, sự gia tăng thể tích trong quá trình chuyển đổi của một chất từ ​​thể lỏng sang thể khí đòi hỏi phải thực hiện công việc chống lại các tác động của áp suất bên ngoài.

Nhiệt lượng cần thiết để chuyển 1kg chất lỏng thành hơi ở nhiệt độ không đổi gọi là nhiệt dung riêng của quá trình hóa hơi. Giá trị này được ký hiệu bằng chữ cái r và được biểu thị bằng jun trên kilogam.

Nhiệt dung riêng hoá hơi của nước rất cao: 2,256 · 10 6 J / kg ở 100 ° C. Đối với các chất lỏng khác (rượu, ête, thủy ngân, dầu hỏa,…), nhiệt dung riêng hóa hơi nhỏ hơn 3-10 lần.

Để chuyển một chất lỏng có khối lượng m thành hơi cần một nhiệt lượng bằng:

Khi hơi nước ngưng tụ, cùng một lượng nhiệt được tỏa ra

Q k = –rm. (4,7)

Nhiệt dung riêng của nhiệt hạch. Khi một vật thể kết tinh nóng chảy, tất cả nhiệt lượng cung cấp cho nó sẽ làm tăng thế năng của các phân tử. Động năng của các phân tử không thay đổi, vì sự nóng chảy xảy ra ở nhiệt độ không đổi.

Nhiệt lượng λ (lambda) cần thiết để chuyển 1 kg chất kết tinh ở nhiệt độ nóng chảy thành chất lỏng có cùng nhiệt độ được gọi là nhiệt dung riêng của phản ứng tổng hợp.

Trong quá trình kết tinh 1 kg một chất, người ta toả ra đúng một lượng nhiệt như nhau. Nhiệt dung riêng của nước đá tan khá cao: 3,4 10 5 J / kg.

Để làm nóng chảy một tinh thể khối lượng m thì cần một nhiệt lượng bằng:

Qpl \ u003d λm. (4,8)

Nhiệt lượng toả ra trong quá trình kết tinh của vật bằng:

Q cr = - λm. (4,9)

1. Thế nào gọi là nhiệt lượng? 2. Yếu tố quyết định nhiệt dung riêng của các chất? 3. Thế nào gọi là nhiệt dung riêng của quá trình hóa hơi? 4. Thế nào được gọi là nhiệt dung riêng của nhiệt hạch? 5. Nhiệt lượng truyền qua là âm trong những trường hợp nào?

Mục tiêu bài học: Giới thiệu khái niệm nhiệt lượng và nhiệt dung riêng.

Mục tiêu phát triển: Để trau dồi chánh niệm; học cách suy nghĩ, rút ​​ra kết luận.

1. Cập nhật chủ đề

2. Thuyết minh về vật liệu mới. 50 phút

Bạn đã biết rằng nội năng của một cơ thể có thể thay đổi cả khi làm việc và truyền nhiệt (không làm việc).

Năng lượng mà cơ thể nhận được hoặc mất đi trong quá trình truyền nhiệt được gọi là nhiệt lượng. (mục sổ tay)

Điều này có nghĩa là các đơn vị đo lượng nhiệt cũng là Joules ( J).

Ta tiến hành một thí nghiệm: hai cốc đựng một cốc nước nặng 300 g, một cốc đựng 150 g nước và một hình trụ sắt nặng 150 g, cả hai cốc đều được đặt trên cùng một viên gạch. Sau một thời gian, nhiệt kế sẽ cho thấy nước trong bình chứa cơ thể nóng lên nhanh hơn.

Điều này có nghĩa là cần ít nhiệt hơn để nung nóng 150 g sắt so với đốt nóng 150 g nước.

Lượng nhiệt truyền cho cơ thể phụ thuộc vào loại chất mà cơ thể được tạo ra. (mục sổ tay)

Chúng tôi đưa ra câu hỏi: có cùng một lượng nhiệt cần thiết để nung nóng các vật có khối lượng bằng nhau, nhưng gồm các chất khác nhau, đến cùng một nhiệt độ không?

Chúng tôi tiến hành một thí nghiệm với thiết bị Tyndall để xác định nhiệt dung riêng.

Chúng tôi kết luận: vật của các chất khác nhau, nhưng có cùng khối lượng, toả ra khi nguội đi và cần toả nhiệt khác khi bị nung nóng bằng cùng một số độ.

Chúng tôi rút ra kết luận:

1. Để nung nóng các vật có khối lượng bằng nhau, gồm các chất khác nhau, đến cùng một nhiệt độ thì cần một lượng nhiệt khác nhau.

2. Các vật có khối lượng bằng nhau, gồm các chất khác nhau và được nung ở cùng nhiệt độ. Khi làm lạnh bằng cùng một số độ, lượng nhiệt khác nhau sẽ được tỏa ra.

Chúng tôi đưa ra kết luận rằng nhiệt lượng cần thiết để nâng cao một độ đơn vị khối lượng của các chất khác nhau sẽ khác nhau.

Chúng tôi đưa ra định nghĩa về nhiệt dung riêng.

Đại lượng vật lý bằng số nhiệt lượng phải truyền cho vật có khối lượng 1 kg để nhiệt độ của nó thay đổi 1 độ được gọi là nhiệt dung riêng của chất đó.

Chúng tôi giới thiệu đơn vị đo nhiệt dung riêng: 1J / kg * độ.

Ý nghĩa vật lý của thuật ngữ : nhiệt dung riêng cho biết nội năng của 1 g (kg.) của một chất thay đổi bao nhiêu khi nó bị nung nóng hoặc nguội đi 1 độ.

Xét bảng nhiệt dung riêng của một số chất.

Chúng tôi giải quyết vấn đề một cách phân tích

Cần một nhiệt lượng bao nhiêu để đun nóng một cốc nước (200 g) từ 20 0 đến 70 0 C.

Để đun nóng 1 g trên 1 g. Yêu cầu - 4,2 J.

Và để làm nóng 200 g trên 1 g, sẽ cần thêm 200 - 200 * 4,2 J.

Và để làm nóng 200 g bằng (70 0 -20 0) thì sẽ mất thêm (70-20) - 200 * (70-20) * 4,2 J

Thay dữ liệu, ta được Q = 200 * 50 * 4,2 J = 42000 J.

Chúng tôi viết công thức kết quả dưới dạng các đại lượng tương ứng

4. Yếu tố nào quyết định nhiệt lượng mà cơ thể nhận được khi đốt nóng?

Xin lưu ý rằng nhiệt lượng cần thiết để làm nóng một cơ thể tỷ lệ với khối lượng của cơ thể và sự thay đổi nhiệt độ của nó.,

Có hai bình cùng khối lượng: bằng sắt và bằng đồng thau. Có cùng một nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng chúng bằng cùng một số độ không? Tại sao?

Cần một nhiệt lượng bao nhiêu để đun nóng 250 g nước từ 20 o lên 60 0 C.

Mối quan hệ giữa calo và jun là gì?

Một calo là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1 gam nước lên 1 độ.

1 cal = 4,19 = 4,2 J

1kcal = 1000cal

1kcal = 4190J = 4200J

3. Giải quyết vấn đề. 28 phút

Nếu đặt các hình trụ bằng chì, thiếc và thép trong nước sôi có khối lượng 1 kg đặt trên nước đá thì chúng sẽ nguội đi và một phần nước đá nằm dưới chúng sẽ tan ra. Nội năng của các bình sẽ thay đổi như thế nào? Dưới hình trụ nào sẽ làm tan nhiều băng hơn, theo hình trụ nào - ít hơn?

Một hòn đá nung nóng có khối lượng 5 kg. Làm lạnh trong nước 1 độ, nó truyền năng lượng 2,1 kJ cho nó. Nhiệt dung riêng của đá là bao nhiêu?

Khi làm cứng một cái đục, đầu tiên nó được nung nóng đến 650 0, sau đó hạ xuống dầu, ở đó nó nguội đến 50 0 C. Nhiệt lượng tỏa ra là bao nhiêu nếu khối lượng của nó là 500 g.

Nhiệt lượng đã tiêu tốn bao nhiêu để nung nóng từ 20 0 đến 1220 0 C. một phôi thép làm trục khuỷu của một máy nén nặng 35 kg.

Làm việc độc lập

Truyền nhiệt kiểu gì?

Học sinh hoàn thành bảng.

1. Không khí trong phòng được làm nóng qua các bức tường.
2. Thông qua một cửa sổ mở để không khí ấm áp vào.
3. Thông qua kính, truyền các tia nắng mặt trời.
4. Trái đất được đốt nóng bởi các tia sáng mặt trời.
5. Chất lỏng được đun nóng trên bếp.
6. Chiếc thìa thép được đun nóng bởi trà.
7. Không khí được đốt nóng bởi một ngọn nến.
8. Chất khí chuyển động xung quanh các bộ phận sinh nhiệt của máy.
9. Làm nóng nòng súng máy.
10. Sữa sôi.

5. Bài tập về nhà: Peryshkin A.V. “Vật lý 8” §§7, 8; bộ sưu tập các nhiệm vụ 7-8 Lukashik V.I. Số 778-780, 792,793 2 phút.

Trong bài học này, chúng ta sẽ học cách tính nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng một cơ thể hoặc tỏa ra khi cơ thể nguội đi. Để làm được điều này, chúng ta sẽ tổng hợp lại những kiến ​​thức đã được học ở các bài trước.

Ngoài ra, chúng ta sẽ học cách sử dụng công thức nhiệt lượng để biểu thị các đại lượng còn lại từ công thức này và tính chúng, biết các đại lượng khác. Một ví dụ về bài toán với giải pháp tính nhiệt lượng cũng sẽ được xem xét.

Bài học này dành để tính nhiệt lượng khi một cơ thể nóng lên hoặc tỏa ra khi cơ thể lạnh đi.

Khả năng tính toán lượng nhiệt cần thiết là rất quan trọng. Điều này có thể cần thiết, ví dụ, khi tính toán lượng nhiệt phải truyền vào nước để làm nóng phòng.

Cơm. 1. Nhiệt lượng phải báo của nước để làm nóng phòng.

Hoặc để tính toán lượng nhiệt tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu trong các động cơ khác nhau:

Cơm. 2. Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy nhiên liệu trong động cơ

Ngoài ra, kiến ​​thức này cũng cần thiết, ví dụ, để xác định lượng nhiệt do Mặt trời tỏa ra và chạm vào Trái đất:

Cơm. 3. Nhiệt lượng do Mặt trời tỏa ra và tỏa xuống Trái đất

Để tính nhiệt lượng, bạn cần biết ba điều (Hình 4):

• trọng lượng cơ thể (thường có thể được đo bằng cân);
• chênh lệch nhiệt độ cần thiết để làm nóng cơ thể hoặc làm mát cơ thể (thường được đo bằng nhiệt kế);
• nhiệt dung riêng của vật (có thể xác định được từ bảng).

Cơm. 4. Những điều bạn cần biết để xác định

Công thức tính nhiệt lượng như sau:

Công thức này chứa các đại lượng sau:

Nhiệt lượng, được đo bằng jun (J);

Nhiệt dung riêng của một chất, đo bằng;

- chênh lệch nhiệt độ, được đo bằng độ C ().

Xét bài toán tính nhiệt lượng.

Một nhiệm vụ

Một thủy tinh đồng có khối lượng gam chứa nước có thể tích một lít ở nhiệt độ. Phải truyền nhiệt lượng bao nhiêu vào cốc nước để nhiệt độ của nó trở nên bằng?

Cơm. 5. Hình minh họa tình trạng của vấn đề

Đầu tiên, chúng tôi viết một điều kiện ngắn ( Được) và chuyển đổi tất cả các đại lượng sang hệ thống quốc tế (SI).

Được:	SI
Tìm thấy:

Dung dịch:

Đầu tiên, hãy xác định những đại lượng khác mà chúng ta cần để giải quyết vấn đề này. Theo bảng nhiệt dung riêng (bảng 1) ta tìm được (nhiệt dung riêng của đồng, vì thủy tinh là đồng), (nhiệt dung riêng của nước, vì trong thủy tinh có nước). Ngoài ra, chúng ta biết rằng để tính nhiệt lượng, chúng ta cần một khối lượng nước. Theo điều kiện, chúng tôi chỉ được cung cấp khối lượng. Do đó, ta lấy khối lượng riêng của nước trong bảng: (Bảng 2).

Chuyển hướng. 1. Nhiệt dung riêng của một số chất,

Chuyển hướng. 2. Tỷ trọng của một số chất lỏng

Bây giờ chúng tôi có mọi thứ chúng tôi cần để giải quyết vấn đề này.

Lưu ý rằng tổng nhiệt lượng sẽ bao gồm tổng nhiệt lượng cần thiết để làm nóng thủy tinh đồng và nhiệt lượng cần thiết để làm nóng nước trong đó:

Trước tiên, chúng tôi tính toán lượng nhiệt cần thiết để làm nóng thủy tinh đồng:

Trước khi tính nhiệt lượng cần thiết để đun nóng nước, chúng ta tính khối lượng của nước theo công thức quen thuộc với chúng ta từ lớp 7:

Bây giờ chúng ta có thể tính toán:

Sau đó, chúng tôi có thể tính toán:

Nhắc lại ý nghĩa của nó: kilojoules. Tiền tố "kilo" có nghĩa là, nghĩa là.

Câu trả lời:.

Để thuận tiện cho việc giải các bài toán tìm nhiệt lượng (gọi là các bài toán trực tiếp) và các đại lượng liên quan đến khái niệm này, bạn có thể sử dụng bảng sau.

Giá trị mong muốn	Chỉ định	Các đơn vị	Công thức cơ bản	Công thức cho số lượng
Lượng nhiệt		Trong bài học tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hành các công việc trong phòng thí nghiệm, mục đích là học cách thực nghiệm xác định nhiệt dung riêng của vật rắn. Danh sáchvăn chương: Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Vật lý 8. - M.: Mnemosyne. Peryshkin A.V. Vật lý 8. - M.: Bustard, 2010. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Vật lý 8. - M.: Khai sáng. Cổng Internet "" () Bài tập về nhà