Cantitatea de căldură: concept, calcule, aplicare. Calculul cantității de căldură în timpul transferului de căldură, capacitatea termică specifică a unei substanțe
Energia internă a unui sistem termodinamic poate fi modificată în două moduri:
- lucrează la sistem,
- folosind interacțiunea termică.
Transferul de căldură către un corp nu este asociat cu efectuarea lucrărilor macroscopice asupra corpului. În acest caz, modificarea energiei interne este cauzată de faptul că moleculele individuale ale unui corp cu o temperatură mai mare lucrează asupra unor molecule ale unui corp care are o temperatură mai scăzută. În acest caz, interacțiunea termică se realizează datorită conductivității termice. Transferul de energie este posibil și prin radiație. Sistemul de procese microscopice (care nu se referă la întregul corp, ci la molecule individuale) se numește transfer de căldură. Cantitatea de energie care este transferată de la un corp la altul ca urmare a transferului de căldură este determinată de cantitatea de căldură care este transferată de la un corp la altul.
Definiție
Căldură este energia la care este primită (sau renunțată) de către un corp în procesul de schimb de căldură cu corpurile înconjurătoare (mediul). Simbolul pentru căldură este de obicei litera Q.
Aceasta este una dintre mărimile de bază în termodinamică. Căldura este inclusă în expresiile matematice ale primei și celei de-a doua legi ale termodinamicii. Se spune că căldura este energie sub formă de mișcare moleculară.
Căldura poate fi transferată către sistem (corp), sau poate fi preluată din acesta. Se crede că dacă căldura este transferată în sistem, atunci aceasta este pozitivă.
Formula pentru calcularea căldurii atunci când temperatura se schimbă
Notăm cantitatea elementară de căldură ca . Să remarcăm că elementul de căldură pe care sistemul îl primește (o dă) cu o mică modificare a stării sale nu este o diferență completă. Motivul pentru aceasta este că căldura este o funcție a procesului de schimbare a stării sistemului.
Cantitatea elementară de căldură care este transmisă sistemului, iar temperatura se schimbă de la T la T+dT, este egală cu:
unde C este capacitatea termică a corpului. Dacă corpul în cauză este omogen, atunci formula (1) pentru cantitatea de căldură poate fi reprezentată ca:
unde este capacitatea termică specifică a corpului, m este masa corpului, este capacitatea termică molară, este masa molară a substanței, este numărul de moli ai substanței.
Dacă corpul este omogen, iar capacitatea termică este considerată independentă de temperatură, atunci cantitatea de căldură () pe care o primește corpul atunci când temperatura crește cu o cantitate poate fi calculată ca:
unde t 2, t 1 temperaturile corpului înainte și după încălzire. Vă rugăm să rețineți că atunci când găsiți diferența () în calcule, temperaturile pot fi înlocuite atât în grade Celsius, cât și în kelvin.
Formula pentru cantitatea de căldură în timpul tranzițiilor de fază
Trecerea de la o fază a unei substanțe la alta este însoțită de absorbția sau eliberarea unei anumite cantități de căldură, care se numește căldura de tranziție de fază.
Deci, pentru a transfera un element de materie dintr-o stare solidă într-un lichid, ar trebui să i se acorde o cantitate de căldură () egală cu:
unde este căldura specifică de fuziune, dm este elementul de masă corporală. Trebuie avut în vedere faptul că organismul trebuie să aibă o temperatură egală cu punctul de topire al substanței în cauză. În timpul cristalizării, se eliberează căldură egală cu (4).
Cantitatea de căldură (căldura de evaporare) necesară pentru a transforma lichidul în vapori poate fi găsită ca:
unde r este căldura specifică de evaporare. Când aburul se condensează, căldura este eliberată. Căldura de evaporare este egală cu căldura de condensare a unor mase egale de substanță.
Unități pentru măsurarea cantității de căldură
Unitatea de măsură de bază pentru cantitatea de căldură din sistemul SI este: [Q]=J
O unitate de căldură extra-sistem, care se găsește adesea în calculele tehnice. [Q]=cal (calorii). 1 cal=4,1868 J.
Exemple de rezolvare a problemelor
Exemplu
Exercițiu. Ce volume de apă trebuie amestecate pentru a obține 200 de litri de apă la o temperatură de t = 40C, dacă temperatura unei mase de apă este t 1 = 10 C, temperatura celei de-a doua mase de apă este t 2 = 60 C ?
Soluţie. Să scriem ecuația bilanţului termic sub forma:
unde Q=cmt este cantitatea de căldură preparată după amestecarea apei; Q 1 = cm 1 t 1 - cantitatea de căldură a unei părți de apă cu temperatura t 1 și masa m 1; Q 2 = cm 2 t 2 - cantitatea de căldură a unei părți de apă cu temperatura t 2 și masa m 2.
Din ecuația (1.1) rezultă:
Când combinăm părți de apă rece (V 1) și fierbinte (V 2) într-un singur volum (V), putem presupune că:
Deci, obținem un sistem de ecuații:
După ce am rezolvat, obținem:
« Fizica - clasa a X-a"
În ce procese au loc transformări agregate ale materiei?
Cum poți schimba starea de agregare a unei substanțe?
Puteți schimba energia internă a oricărui corp lucrând, încălzindu-l sau, dimpotrivă, răcindu-l.
Deci, la forjarea unui metal, se lucrează și acesta se încălzește, în același timp metalul poate fi încălzit peste o flacără care arde.
De asemenea, dacă pistonul este fix (Fig. 13.5), atunci volumul de gaz nu se modifică atunci când este încălzit și nu se lucrează. Dar temperatura gazului și, prin urmare, energia sa internă, crește.
Energia internă poate crește și scădea, astfel încât cantitatea de căldură poate fi pozitivă sau negativă.
Se numește procesul de transfer de energie de la un corp la altul fără a lucra schimb de caldura.
Măsura cantitativă a modificării energiei interne în timpul transferului de căldură se numește cantitatea de căldură.
Imaginea moleculară a transferului de căldură.
În timpul schimbului de căldură la granița dintre corpuri, are loc interacțiunea moleculelor care se mișcă lentă ale unui corp rece cu moleculele care se mișcă rapid ale unui corp fierbinte. Ca urmare, energiile cinetice ale moleculelor sunt egalizate și vitezele moleculelor unui corp rece cresc, iar cele ale unui corp fierbinte scad.
În timpul schimbului de căldură, energia nu este convertită dintr-o formă în alta, o parte din energia internă a unui corp mai încălzit este transferată într-un corp mai puțin încălzit.
Cantitatea de căldură și capacitatea de căldură.
Știți deja că pentru a încălzi un corp de masă m de la temperatura t 1 la temperatura t 2 este necesar să îi transferați o cantitate de căldură:
Q = cm(t 2 - t 1) = cm Δt. (13,5)
Când un corp se răcește, temperatura sa finală t 2 se dovedește a fi mai mică decât temperatura inițială t 1 și cantitatea de căldură degajată de corp este negativă.
Se numește coeficientul c din formula (13.5). capacitate termică specifică substante.
Căldura specifică- aceasta este o cantitate egală numeric cu cantitatea de căldură pe care o primește sau o eliberează o substanță cu greutatea de 1 kg atunci când temperatura sa se schimbă cu 1 K.
Capacitatea termică specifică a gazelor depinde de procesul prin care are loc transferul de căldură. Dacă încălziți un gaz la presiune constantă, acesta se va extinde și va funcționa. Pentru a încălzi un gaz cu 1 °C la presiune constantă, trebuie să transfere mai multă căldură decât să-l încălzească la un volum constant, când gazul se va încălzi doar.
Lichidele și solidele se extind ușor când sunt încălzite. Capacitățile lor specifice de căldură la volum constant și presiune constantă diferă puțin.
Căldura specifică de vaporizare.
Pentru a transforma un lichid în abur în timpul procesului de fierbere, trebuie să i se transfere o anumită cantitate de căldură. Temperatura unui lichid nu se schimbă atunci când fierbe. Transformarea unui lichid în vapori la o temperatură constantă nu duce la o creștere a energiei cinetice a moleculelor, ci este însoțită de o creștere a energiei potențiale a interacțiunii lor. La urma urmei, distanța medie dintre moleculele de gaz este mult mai mare decât între moleculele lichide.
O cantitate egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma un lichid care cântărește 1 kg în abur la o temperatură constantă se numește căldură specifică de vaporizare.
Procesul de evaporare a unui lichid are loc la orice temperatură, în timp ce cele mai rapide molecule părăsesc lichidul, iar acesta se răcește în timpul evaporării. Căldura specifică de evaporare este egală cu căldura specifică de vaporizare.
Această valoare este notată cu litera r și exprimată în jouli pe kilogram (J/kg).
Căldura specifică de vaporizare a apei este foarte mare: r H20 = 2,256 10 6 J/kg la o temperatură de 100 °C. Pentru alte lichide, de exemplu alcool, eter, mercur, kerosen, căldura specifică de vaporizare este de 3-10 ori mai mică decât cea a apei.
Pentru a transforma un lichid cu masa m în vapori, este necesară o cantitate de căldură egală cu:
Q p = rm. (13,6)
Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură:
Q k = -rm. (13,7)
Căldura specifică de fuziune.
Când un corp cristalin se topește, toată căldura furnizată acestuia duce la creșterea energiei potențiale de interacțiune între molecule. Energia cinetică a moleculelor nu se modifică, deoarece topirea are loc la o temperatură constantă.
O valoare egală numeric cu cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o substanță cristalină care cântărește 1 kg la punctul de topire într-un lichid se numește căldură specifică de fuziuneși notat cu litera λ.
Când o substanță care cântărește 1 kg cristalizează, se eliberează exact aceeași cantitate de căldură cu cea care este absorbită în timpul topirii.
Căldura specifică de topire a gheţii este destul de mare: 3,34 10 5 J/kg.
„Dacă gheața nu ar avea o căldură mare de fuziune, atunci în primăvară întreaga masă de gheață ar trebui să se topească în câteva minute sau secunde, deoarece căldura este transferată continuu către gheață din aer. Consecințele acestui lucru ar fi cumplite; la urma urmei, chiar și în situația actuală, atunci când mase mari de gheață sau zăpadă se topesc, apar inundații mari și fluxuri puternice de apă.” R. Black, secolul XVIII.
Pentru a topi un corp cristalin de masa m, este necesară o cantitate de căldură egală cu:
Qpl = λm. (13,8)
Cantitatea de căldură eliberată în timpul cristalizării unui corp este egală cu:
Q cr = -λm (13,9)
Ecuația de echilibru termic.
Să luăm în considerare schimbul de căldură în cadrul unui sistem format din mai multe corpuri care au inițial temperaturi diferite, de exemplu, schimbul de căldură între apa dintr-un vas și o minge fierbinte de fier coborâtă în apă. Conform legii conservării energiei, cantitatea de căldură degajată de un corp este numeric egală cu cantitatea de căldură primită de altul.
Cantitatea de căldură dată este considerată negativă, cantitatea de căldură primită este considerată pozitivă. Prin urmare, cantitatea totală de căldură Q1 + Q2 = 0.
Dacă schimbul de căldură are loc între mai multe corpuri dintr-un sistem izolat, atunci
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Ecuația (13.10) se numește ecuația de echilibru termic.
Aici Q 1 Q 2, Q 3 sunt cantitățile de căldură primite sau degajate de corpuri. Aceste cantități de căldură sunt exprimate prin formula (13.5) sau formulele (13.6)-(13.9), dacă în timpul procesului de schimb de căldură au loc diferite transformări de fază ale substanței (topire, cristalizare, vaporizare, condensare).
Pentru a afla cum să calculăm cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp, să stabilim mai întâi de ce cantități depinde.
Din paragraful anterior știm deja că această cantitate de căldură depinde de tipul de substanță din care constă corpul (adică capacitatea termică specifică):
Q depinde de c.
Dar asta nu este tot.
Dacă vrem să încălzim apa în ibric, astfel încât să devină doar caldă, atunci nu o vom încălzi mult timp. Și pentru ca apa să devină fierbinte, o vom încălzi mai mult. Dar cu cât fierbătorul este în contact mai mult cu încălzitorul, cu atât mai multă căldură va primi de la acesta. În consecință, cu cât temperatura corpului se schimbă mai mult atunci când este încălzit, cu atât este mai mare cantitatea de căldură care trebuie transferată acestuia.
Lăsați temperatura inițială a corpului să înceapă și temperatura finală. Apoi modificarea temperaturii corpului va fi exprimată prin diferență
Δt = t final – t început,
iar cantitatea de căldură va depinde de această valoare:
Q depinde de Δt.
În cele din urmă, toată lumea știe că încălzirea, de exemplu, a 2 kg de apă necesită mai mult timp (și, prin urmare, mai multă căldură) decât încălzirea a 1 kg de apă. Aceasta înseamnă că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp depinde de masa acelui corp:
Q depinde de m.
Deci, pentru a calcula cantitatea de căldură, trebuie să cunoașteți capacitatea termică specifică a substanței din care este făcut corpul, masa acestui corp și diferența dintre temperaturile sale finale și inițiale.
De exemplu, trebuie să determinați câtă căldură este necesară pentru a încălzi o piesă de fier care cântărește 5 kg, cu condiția ca temperatura sa inițială să fie de 20 °C, iar temperatura finală să fie egală cu 620 °C.
Din Tabelul 8 aflăm că capacitatea termică specifică a fierului este c = 460 J/(kg*°C). Aceasta înseamnă că încălzirea a 1 kg de fier cu 1 °C necesită 460 J.
Pentru a încălzi 5 kg de fier cu 1 °C, va fi necesară de 5 ori mai multă căldură, adică 460 J * 5 = 2300 J.
Pentru a încălzi fierul nu cu 1 °C, ci cu Δt = 600 °C, va fi necesară încă de 600 de ori mai multă cantitate de căldură, adică 2300 J * 600 = 1.380.000 J. Va fi eliberată exact aceeași cantitate (modulo) de căldură și când acest fier de călcat se răcește de la 620 la 20 °C.
Asa de, pentru a afla cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un corp sau eliberată de acesta în timpul răcirii, trebuie să înmulțiți capacitatea termică specifică a corpului cu masa sa și cu diferența dintre temperatura finală și cea inițială.:
Când corpul este încălzit, tcon > tstart și, prin urmare, Q > 0. Când corpul este răcit, tcon< t нач и, следовательно, Q < 0.
1. Dați exemple care să arate că cantitatea de căldură primită de un corp atunci când este încălzit depinde de masa acestuia și de schimbările de temperatură. 2. Ce formulă este folosită pentru a calcula cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp sau eliberată de acesta la răcire?
Exercițiu 81.
Calculați cantitatea de căldură care va fi eliberată în timpul reducerii Fe 2 O 3 aluminiu metalic dacă s-au obţinut 335,1 g fier. Răspuns: 2543,1 kJ.
Soluţie:
Ecuația reacției:
= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ
Calculul cantității de căldură care este eliberată atunci când se primesc 335,1 g de fier se face din proporția:
(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,
unde 55,85 masa atomică a fierului.
Răspuns: 2543,1 kJ.
Efectul termic al reacției
Sarcina 82.
Alcoolul etilic gazos C2H5OH poate fi obținut prin interacțiunea etilenei C 2 H 4 (g) și vaporii de apă. Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție, după ce i-am calculat mai întâi efectul termic. Răspuns: -45,76 kJ.
Soluţie:
Ecuația reacției este:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Să calculăm efectul termic al reacției folosind o consecință a legii lui Hess, obținem:
= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = - 45,76 kJ
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalului, precum și valoarea numerică a efectelor termice sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu este specificat în mod specific, valorile efectelor termice la presiune constantă Q p sunt indicate egale cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele denumiri abreviate pentru starea de agregare a unei substanțe: G- gazos, și- lichid, La
Dacă căldura este eliberată ca urmare a unei reacții, atunci< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = - 45,76 kJ.
Răspuns:- 45,76 kJ.
Sarcina 83.
Calculați efectul termic al reacției de reducere a oxidului de fier (II) cu hidrogenul pe baza următoarelor ecuații termochimice:
a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/202 (g) = CO2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1/202 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Răspuns: +27,99 kJ.
Soluţie:
Ecuația de reacție pentru reducerea oxidului de fier (II) cu hidrogen are forma:
EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); = ?
= (H2O) – [ (FeO)
Căldura de formare a apei este dată de ecuație
H2 (g) + 1/202 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ,
iar căldura de formare a oxidului de fier (II) poate fi calculată scăzând ecuația (a) din ecuația (b).
=(c) - (b) - (a) = -241,83 – [-283,o – (-13,18)] = +27,99 kJ.
Răspuns:+27,99 kJ.
Sarcina 84.
Când hidrogenul sulfurat gazos și dioxidul de carbon interacționează, se formează vapori de apă și disulfură de carbon CS 2 (g). Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție și calculați mai întâi efectul ei termic. Răspuns: +65,43 kJ.
Soluţie:
G- gazos, și- lichid, La-- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
2H2S (g) + C02 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (H2O) + (СS2) – [(H2S) + (СO2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.
2H2S (g) + C02 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.
Răspuns:+65,43 kJ.
Ecuația reacției termochimice
Sarcina 85.
Scrieți ecuația termochimică pentru reacția dintre CO (g) și hidrogen, în urma căreia se formează CH 4 (g) și H 2 O (g). Câtă căldură va fi eliberată în timpul acestei reacții dacă s-ar produce 67,2 litri de metan în condiții normale? Raspuns: 618,48 kJ.
Soluţie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalului, precum și valoarea numerică a efectelor termice sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu este specificat în mod specific, sunt indicate valorile efectelor termice la presiune constantă Q p egală cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Sunt acceptate următoarele denumiri abreviate pentru starea de agregare a unei substanțe: G- gazos, și- ceva, La- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (H20) + (CH4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) – (-110,52) = -206,16 kJ.
Ecuația termochimică va fi:
22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22a4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.
Răspuns: 618,48 kJ.
Căldura de formare
Sarcina 86.
Efectul termic al cărui reacție este egal cu căldura de formare. Calculați căldura de formare a NO pe baza următoarelor ecuații termochimice:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (g) + 3O2 (g) = 2N2 (g) + 6H20 (l); = -1530,28 kJ
Răspuns: 90,37 kJ.
Soluţie:
Căldura standard de formare este egală cu căldura de reacție la formarea a 1 mol din această substanță din substanțe simple în condiții standard (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). Formarea NO din substanțe simple poate fi reprezentată astfel:
1/2N2 + 1/2O2 = NR
Este dată reacția (a), care produce 4 moli de NO și dată reacția (b), care produce 2 moli de N2. Oxigenul este implicat în ambele reacții. Prin urmare, pentru a determina căldura standard de formare a NO, compunem următorul ciclu Hess, adică trebuie să scădem ecuația (a) din ecuația (b):
Astfel, 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.
Răspuns: 618,48 kJ.
Sarcina 87.
Clorura de amoniu cristalină se formează prin reacția gazelor de amoniac și clorură de hidrogen. Scrieți ecuația termochimică pentru această reacție, după ce i-ați calculat anterior efectul termic. Câtă căldură va fi eliberată dacă s-au consumat 10 litri de amoniac în reacție, calculată în condiții normale? Răspuns: 78,97 kJ.
Soluţie:
Ecuațiile de reacție în care starea lor de agregare sau modificarea cristalului, precum și valoarea numerică a efectelor termice sunt indicate lângă simbolurile compușilor chimici, se numesc termochimice. În ecuațiile termochimice, dacă nu este specificat în mod specific, sunt indicate valorile efectelor termice la presiune constantă Q p egală cu modificarea entalpiei sistemului. Valoarea este de obicei dată în partea dreaptă a ecuației, separată prin virgulă sau punct și virgulă. Au fost acceptate următoarele: La-- cristalin. Aceste simboluri sunt omise dacă starea agregativă a substanțelor este evidentă, de exemplu, O 2, H 2 etc.
Ecuația reacției este:
NH3 (g) + HCI (g) = NH4CI (k). ; = ?
Valorile căldurilor standard de formare a substanțelor sunt date în tabele speciale. Având în vedere că căldura de formare a substanțelor simple se presupune în mod convențional a fi zero. Efectul termic al unei reacții poate fi calculat folosind un corolar al legii lui Hess:
= (NH4CI) – [(NH3) + (HCI)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.
Ecuația termochimică va fi:
Căldura eliberată în timpul reacției a 10 litri de amoniac în această reacție se determină din proporția:
22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.
Răspuns: 78,97 kJ.
După cum se știe, în timpul diferitelor procese mecanice are loc o schimbare a energiei mecanice W meh. O măsură a schimbării energiei mecanice este munca forțelor aplicate sistemului:
\(~\Delta W_(meh) = A.\)
În timpul schimbului de căldură, are loc o schimbare a energiei interne a corpului. O măsură a schimbării energiei interne în timpul transferului de căldură este cantitatea de căldură.
Cantitatea de căldură este o măsură a modificării energiei interne la care un corp o primește (sau renunță) în timpul procesului de schimb de căldură.
Astfel, atât munca cât și cantitatea de căldură caracterizează schimbarea energiei, dar nu sunt identice cu energia. Ele nu caracterizează starea sistemului în sine, ci determină procesul de tranziție a energiei de la un tip la altul (de la un corp la altul) atunci când starea se schimbă și depind semnificativ de natura procesului.
Principala diferență dintre muncă și cantitatea de căldură este că munca caracterizează procesul de modificare a energiei interne a unui sistem, însoțită de transformarea energiei de la un tip la altul (din mecanic în intern). Cantitatea de căldură caracterizează procesul de transfer al energiei interne de la un corp la altul (de la mai încălzit la mai puțin încălzit), neînsoțit de transformări energetice.
Experiența arată că cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi o masă corporală m asupra temperaturii T 1 la temperatură T 2, calculat prin formula
\(~Q = cm (T_2 - T_1) = cm \Delta T, \qquad (1)\)
Unde c- capacitatea termică specifică a substanței;
\(~c = \frac(Q)(m (T_2 - T_1)).\)
Unitatea SI a capacității termice specifice este joule pe kilogram Kelvin (J/(kg K)).
Căldura specifică c este numeric egală cu cantitatea de căldură care trebuie transmisă unui corp care cântărește 1 kg pentru a-l încălzi cu 1 K.
Capacitate termica corp C T este numeric egal cu cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura corpului cu 1 K:
\(~C_T = \frac(Q)(T_2 - T_1) = cm.\)
Unitatea SI a capacității de căldură a unui corp este joule pe Kelvin (J/K).
Pentru a transforma un lichid în abur la o temperatură constantă, este necesar să consumați o cantitate de căldură
\(~Q = Lm, \qquad (2)\)
Unde L- caldura specifica de vaporizare. Când aburul se condensează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.
Pentru a topi un corp cristalin cântărind m la punctul de topire, corpul trebuie să comunice cantitatea de căldură
\(~Q = \lambda m, \qquad (3)\)
Unde λ - căldură specifică de fuziune. Când un corp cristalizează, se eliberează aceeași cantitate de căldură.
Cantitatea de căldură eliberată în timpul arderii complete a unei mase de combustibil m,
\(~Q = qm, \qquad (4)\)
Unde q- caldura specifica de ardere.
Unitatea SI a căldurilor specifice de vaporizare, topire și ardere este joule pe kilogram (J/kg).
Literatură
Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: manual. alocație pentru instituțiile care oferă învățământ general. mediu, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyhavanne, 2004. - P. 154-155.