Расчет количества теплоты, необходимого для нагревания тела и выделяемого им при охлаждении - Внутренняя энергия

Цепь: определение способа расчета количества теплоты при теплообмене тел.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

При проверке домашнего задания можно, подготовив ряд вопросов, выслушать ответы учащихся по желанию. Наиболее полные ответы можно отметить. Примерными вопросами в контроле знаний могут быть:

- Что такое удельная теплоемкость? Теплоемкость тела?

- Удельная теплоемкость вещества равна 920 Дж/кг·°С. Что это значит?

- Может ли теплоемкость тела быть больше удельной теплоемкости? Меньше удельной теплоемкости? Приведите примеры.

- Почему водоемы замерзают медленно? Почему с рек и особенно озер долго не сходит лед, хотя давно стоит теплая погода?

- Какой из двух одинаковых по массе кусков быстрее нагреется на 2 °С: железный или медный?

- Почему на Черноморском побережье Кавказа даже зимой достаточно тепло?

- Почему многие металлы остывают значительно быстрее воды?

II. Изучение нового материала

Новый материал связан, прежде всего, с выводом рабочих формул, которые часто используются при решении задач, поэтому важно, чтобы учащиеся очень хорошо усвоили содержание и смысл полученных соотношений.

1. Ранее мы показали, что для нагревания 1 кг вещества на 1 °С требуется количество теплоты, численно равное значению удельной теплоемкости.

Для нагревания 1 кг алюминия на 1 °С, например, необходимо Q = 920 Дж. Следовательно, Q зависит от с: чем больше с, тем больше Q.

Итак,

Q ~ c.

2. Совершенно очевидно, что если тело нагреть на Δt = 1 °С и на Δt = 3 °С, то потребуется разное количество теплоты. Причем отношение Q₂ / Q₁ = 3. Следовательно, чем больше разность температуры в нагреве тел, тем больше нужно затратить энергии.

То есть:

Q ~ (t₁ - t₀) ~ Δt,

где t₁ - конечная температура, t₀ - начальная температура.

3. На простом опыте по нагреванию разных масс воды от 5 °С до 10 °С легко заметить разное время нагрева и, следовательно, разное значение получаемой энергии. Чем больше масса тела, тем большее количество теплоты нужно для нагревания.

Следовательно:

Q ~ m.

Если свести вместе все три полученных соотношения, можно получить основное выражение для расчета количества теплоты при теплообмене:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, или выделяемое им при охлаждении, прямо пропорционально произведению удельной теплоемкости на массу тела и на разность конечной и начальной температур.

Вполне очевидно, что если происходил нагрев тела, то Δt = t₁ - t₀ > 0 и Q > 0. То есть тело получает тепло.

Если тело остывает, то t₁ < t₀ и Δt < 0 и Q < 0. Это указывает на то, что тело отдает в окружающую среду количество теплоты Q.

Следует помнить, что если для нагревания тела массой m с удельной теплоемкостью с на Δt = t₁ – t₀ нужно Q = cm(t₁ - t₀), то ровно столько же выделяется тепла при охлаждении тела отt₁ до t₀.

II. Решение задач

Оставшееся на уроке время желательно посвятить решению задач по изученной теме.

Задача 1

Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревания на 10 °С.

Дано:

Решение:

По таблице находим для свинца:

Тогда:

(Ответ: Q = 2800 Дж.)

Задача 2

Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50 °С до 10 °С?

Дано:

Решение:

Так как плотность воды ρ = 1000 кг/м³, то масса воды равна:

(Ответ: Q = -840 кДж.)

Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.

Домашнее задание

1. § 9 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Упражнения 4 (учебник, с. 25).

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1007-1009, 1021.