Температурна концепция

Наблюдаваме промени в телата, когато температурата им се променя, например разширяването, което тялото изпитва, когато температурата му се повиши. Това свойство се използва за измерване на температурата на системата. Нека помислим за термометрите, които се състоят от малко живачно натрупване, което се издига през капиляра при повишаване на температурата.

Концепция за топлина

графика
Когато две тела A и B, които имат различни температури, влязат в термичен контакт, след определено време те достигат състоянието на равновесие, при което и двете тела са с еднаква температура.

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

Ще забележим, че температурата на B се повишава, докато стане почти равна на тази на A. В обратния процес, ако обектът B има температура TB> TA, баня А повишава температурата си малко, докато двете се изравнят.

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 ΔВъпрос: се прехвърля от системата с по-висока температура към системата с по-ниска температура.

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

ΔQ = CΔт

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.

  • Тялото А се отказва от топлината: ΔQA = CA(T-TA), след това ΔQA 0

Равновесната температура се получава от среднопретеглената стойност

T = C A T A + C B T B C A + C B

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

Формулата за пренос на топлина между телата се изразява чрез маса m, специфична топлина c и промяна 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 демонстрира 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 ° С). Трябва да доставите калория за грам вода, за да повишите температурата й с един градус по Целзий.

Описание

Когато няколко тела с различни температури се намират в адиабатно заграждение, между тях възниква 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 1 кал/(g ºC) или 4186 J (kg ºK).

Най-използваната единица специфична топлина е cal/(g ºC), но трябва да свикнем да използваме Международната система от мерни единици и да изразим специфичната топлина в J/(kg · K). Коефициентът на конверсия е 4186.

Вещество Специфична топлина (J/kg K)
Стомана 460
Алуминий 880
Мед 390
Калай 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, страници 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 Tf крайната 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, която съдържа 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 следващата връзка ще бъде.

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 на завещанието ще бъде

c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)

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, разбърква се и след малко време се измерва температурата му Т0. След това се изсипва м грама вода при температура т. Сместа се разбърква и след кратко време се измерва равновесната температура. Чай.

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

k = m (T - T e) T e - T 0 - M

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.

c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)

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. Калориметрично измерване на воден еквивалент

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

Въвеждаме следните данни:

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

Бутонът е озаглавен приготви се, термометрите и градуираните скали за обем вода 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= 18ºC
  • Бъда м= 70 g, и т= 80ºC
  • Равновесната температура е Чай= 34ºC

Водният еквивалент на калориметъра ще бъде

k = 70 (80 - 34) 34 - 18 - 150 = 51 g

  1. Измерване на специфичната топлина на твърдото вещество

Въвеждаме следните данни:

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

Бутонът е озаглавен 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.

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

c = (150 + 51) · (22 - 18) 70 (80 - 22) = 0,198 кал/(g · ºC) = 0,198 · ​​4186 = 830 J/(kg · K)

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