Статистическа и термодинамична физика

Температурна концепция

Концепция за топлина

Да предположим, че температурата на тялото A е по-висока от тази на тялото B, TA> TB.

вещество

Когато една система с голяма маса се свърже със система с малка маса, която е с различна температура, получената равновесна температура е близка до тази на голямата система.

Казваме, че количество топлина D Въпрос: се прехвърля от системата с по-висока температура към системата с по-ниска температура.

  • Количеството пренесена топлина е пропорционално на промяната в температурата D т.
  • Константата на пропорционалността ° С се нарича топлинният капацитет на системата.

д Q = C д т

Ако телата A и B са двата компонента на изолирана система, тялото, което е с по-висока температура, предава топлина на тялото, което е с по-ниска температура, докато и двете са равни.

Равновесната температура се получава от среднопретеглената стойност

Топлинният капацитет на единичната маса се нарича специфична топлина ° С. С = mc

Формулата за пренос на топлина между телата се изразява чрез масата m, специфичната топлина c и промяната в температурата.

където Tf е крайната температура и Ти е началната температура.

Специфичната топлина е количеството топлина, което трябва да се подаде на грам вещество, за да се повиши температурата му с един градус по Целзий.

Джоул доказва еквивалентността между топлина и работа 1cal = 4.186 J. По исторически причини единицата топлина не е същата като тази на работа, топлината обикновено се изразява в калории.

Специфичната топлина на водата е ° С= 1 кал/(g еC). Трябва да доставите калория за грам вода, за да повишите температурата й с един градус по Целзий.

Физически основи

Когато няколко тела с различни температури се намират в адиабатично пространство, между тях се осъществява топлообмен, достигащ равновесната температура след определено време. Когато това равновесие бъде постигнато, трябва да се убедим, че сумата от разменените количества топлина е нула.

Определя се специфична топлина ° С като количеството топлина, което трябва да се осигури на грам вещество, за да се повиши температурата му с един градус по Целзий. В конкретния случай с вода ° С е равно на 1 кал/(g єC) и 4186 J (kg єK).

Единицата за специфична топлина, която е най-използвана, е cal/(g єC), но трябва да свикнем да използваме Международната система от мерни единици и да изразяваме специфичната топлина в J/(kg · K). Коефициентът на конверсия е 4186.

Вещество Специфична топлина (J/kg K)
Стомана 460
Алуминий 880
Мед 390
Това 230
Желязо 450
живак 138
Злато 130
Сребро 235
Водя 130
Натрий 1300

Източник: Кошкин Н. И., Ширкевич М. Г. Наръчник по елементарна физика. Редакция Мир 1975, стр. 74-75

Количеството топлина, получено или предадено от тялото, се изчислява, като се използва следната формула

Където м е масата, ° С е специфичната топлина, Ти е началната температура и Tfкрайната температура

  • Да Ti> Tf тялото се отказва от топлината Въпрос: 0

Експериментът се провежда в калориметър, състоящ се от стъкло (Dewar) или, в противен случай, удобно изолирано. Стъклото се затваря с капак от изолационен материал, с два отвора, през които излизат термометър и бъркалка.

Да предположим, че калориметърът е с начална температура Т0, и или

  • mv е масата на калориметричното стъкло и cv специфичната му топлина.
  • mt масата на потопената част на термометъра и ct специфичната му топлина
  • ма масата на потопената част на бъркалката и AC специфичната му топлина
  • М масата на водата, съдържаща се в чашата, нейната специфична топлина е единицата

Шон м Y. ° С масата и специфичната топлина на проблемното тяло при първоначалната температура т.

В равновесие при температура Чай ще има следната връзка.

Топлинният капацитет на калориметъра е

Нарича се воден еквивалент на калориметъра и се изразява в грамове вода.

Следователно, той представлява количеството вода, което има същия топлинен капацитет като съда на калориметъра, потопената част на бъркалката и термометъра и е константа за всеки калориметър.

Следователно неизвестната специфична топлина ще бъде

В тази формула имаме неизвестно количество к, че трябва да определим експериментално.

Определяне на водния еквивалент на калориметъра

Поставени са М грама вода в калориметъра, разбъркайте и след малко време измерете температурата му Т0. След това се изсипват м грама вода при температура т. Сместа се разбърква и след малко време се измерва равновесната температура. Чай.

Тъй като калориметърът е адибитично изолирана система, ще трябва да го направим

Определяне на специфичната топлина на твърдото вещество

  1. Парче твърд материал със специфична топлина се претегля с везна ° С неизвестен, в резултат м неговата маса. Парчето се поставя във вода, почти вряща при температура т.
  2. Поставени са М грама вода в калориметъра, той се разбърква и след кратко време се измерва температурата му Т0.
  3. Парчето твърдо вещество бързо се отлага в калориметъра. Разбърква се и след определено време се достига равновесната температура Чай.

Данните се отбелязват и изчистват ° С от формулата, която изведохме в първия раздел.

Действителният опит трябва да се направи много внимателно, така че специфичното измерване на топлината да е достатъчно точно. Трябва да вземем предвид топлообмена между калориметъра и атмосферата, който се изразява чрез така наречения закон на Нютон за охлаждане.

Дейности

  1. Измерване на водния еквивалент на калориметъра

Интерактивната програма генерира произволно число, което представлява водния еквивалент на калориметъра.

Въвеждаме следните данни:

  • Маса М вода в грамове в калориметър,
  • Температура Т0 начален калориметър
  • Маса м вода в грамове в измервателен цилиндър
  • Температура т от водата

Натиснете бутона със заглавие приготви се, термометрите и градуираните везни за измерване на обема на водата отразяват въведените стойности.

Ако сме доволни от въведените данни, натиснете бутона със заглавие Изчисли. Маса м вода се излива в калориметъра и в термометъра можем да отчитаме крайната равновесна температура Чай.

Пример:

  • Бъда М= 150 g, Т0= 18єC
  • Бъда м= 70 g, и т= 80єC
  • Равновесната температура е Чай= 34єC

Водният еквивалент на калориметъра ще бъде

  1. Измерване на специфичната топлина на твърдото вещество

Въвеждаме следните данни:

  • Маса М вода в грамове в калориметър,
  • Температура Т0 начален калориметър
  • Маса м на твърдо вещество в грамове
  • Температура т от твърдото в банята
  • Ние избираме в твърд материал в контролната селекция, озаглавена Твърдо: Алуминий, мед, калай, желязо, злато, сребро, олово, натрий.

Натиснете бутона със заглавие приготви се.

Ако сме доволни от въведените данни, натиснете бутона със заглавие Изчисли. Твърдото вещество се въвежда в калориметъра и в термометъра можем да отчитаме крайната равновесна температура Чай.

Пример:

  • Вода: М= 150 g, Т0= 18єC
  • Твърдо вещество: алуминий, м= 70 g, и т= 80єC
  • Крайната равновесна температура е Чай= 22єC

Сравняваме получения резултат с този, предоставен от интерактивната програма при натискане на бутона със заглавие Отговор.