Snabzhenec-ufa.ru

Строительные материалы
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Количество теплоты

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость

1. Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количеством теплоты.

Количеством теплоты называется изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.

Количество теплоты обозначают буквой ​ ( Q ) ​. Так как количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии, то его единицей является джоуль (1 Дж).

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

2. Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество теплоты требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением: тело большей массы при охлаждении отдаёт большее количество теплоты. Эти тела сделаны из одного и того же вещества и нагреваются они или охлаждаются на одно и то же число градусов.

​3. Если теперь нагревать 100 г воды от 30 до 60 °С, т.е. на 30 °С, а затем до 100 °С, т.е. на 70 °С, то в первом случае на нагревание уйдёт меньше времени, чем во втором, и, соответственно, на нагревание воды на 30 °С, будет затрачено меньшее количество теплоты, чем на нагревание воды на 70 °С. Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально разности конечной ​ ( (t_2,^circ C) ) ​ и начальной ( (t_1,^circ C) ) температур: ​ ( Qsim(t_2-t_1) ) ​.

4. Если теперь в один сосуд налить 100 г воды, а в другой такой же сосуд налить немного воды и положить в неё такое металлическое тело, чтобы его масса и масса воды составляли 100 г, и нагревать сосуды на одинаковых плитках, то можно заметить, что в сосуде, в котором находится только вода, температура будет ниже, чем в том, в котором находятся вода и металлическое тело. Следовательно, чтобы температура содержимого в обоих сосудах была одинаковой нужно воде передать большее количество теплоты, чем воде и металлическому телу. Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

5. Зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К), называется удельной теплоёмкостью вещества.

Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой ​ ( c ) ​. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг К.

Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/кг °С. Это значит, что для нагревания 1 кг свинца на 1 °С необходимо затратить количество теплоты 140 Дж. Такое же количество теплоты выделится при остывании 1 кг воды на 1 °С.

Поскольку количество теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

Количество теплоты ​ ( Q ) ​, необходимое для нагревания тела массой ​ ( m ) ​ от температуры ( (t_1,^circ C) ) до температуры ( (t_2,^circ C) ) , равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

​По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.

6. Пример решения задачи. В стакан, содержащий 200 г воды при температуре 80 °С, налили 100 г воды при температуре 20 °С. После чего в сосуде установилась температура 60 °С. Какое количество теплоты получила холодная вода и отдала горячая вода?

При решении задачи необходимо выполнять следующую последовательность действий:

  1. записать кратко условие задачи;
  2. перевести значения величин в СИ;
  3. проанализировать задачу, установить, какие тела участвуют в теплообмене, какие тела отдают энергию, а какие получают;
  4. решить задачу в общем виде;
  5. выполнить вычисления;
  6. проанализировать полученный ответ.

1. Условие задачи.

Дано:
​ ( m_1 ) ​ = 200 г
​ ( m_2 ) ​ = 100 г
​ ( t_1 ) ​ = 80 °С
​ ( t_2 ) ​ = 20 °С
​ ( t ) ​ = 60 °С
______________

​ ( Q_1 ) ​ — ? ​ ( Q_2 ) ​ — ?
​ ( c_1 ) ​ = 4200 Дж/кг · °С

2. СИ: ​ ( m_1 ) ​ = 0,2 кг; ​ ( m_2 ) ​ = 0,1 кг.

3. Анализ задачи. В задаче описан процесс теплообмена между горячей и холодной водой. Горячая вода отдаёт количество теплоты ​ ( Q_1 ) ​ и охлаждается от температуры ​ ( t_1 ) ​ до температуры ​ ( t ) ​. Холодная вода получает количество теплоты ​ ( Q_2 ) ​ и нагревается от температуры ​ ( t_2 ) ​ до температуры ​ ( t ) ​.

Читайте так же:
Футеровка печи обычным кирпичом

4. Решение задачи в общем виде. Количество теплоты, отданное горячей водой, вычисляется по формуле: ​ ( Q_1=c_1m_1(t_1-t) ) ​.

Количество теплоты, полученное холодной водой, вычисляется по формуле: ( Q_2=c_2m_2(t-t_2) ) .

5. Вычисления.
​ ( Q_1 ) ​ = 4200 Дж/кг · °С · 0,2 кг · 20 °С = 16800 Дж
( Q_2 ) = 4200 Дж/кг · °С · 0,1 кг · 40 °С = 16800 Дж

6. В ответе получено, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой. При этом рассматривалась идеализированная ситуация и не учитывалось, что некоторое количество теплоты пошло на нагревание стакана, в котором находилась вода, и окружающего воздуха. В действительности же количество теплоты, отданное горячей водой, больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой.

, 10 класс
Тема: « Температура и тепловое равновесие »

Тепловые явления

Какие виды теплопередачи вы знаете?

Что такое теплопроводность?

Ответ: перенос тепла при взаимодействии частиц.

Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?

Ответ: наибольшая – у металлов, наименьшая – у газов.

В чем состоит явление конвекции?

Ответ: перенос тепла потоками жидкости или газа.

Чем объясняется конвекция?

Ответ: движение потоков тёплого газа и жидкости объясняется архимедовой силой.

Какие виды конвекции вы знаете?

Ответ: естественная и вынужденная.

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется.

1. Что такое удаленная теплоемкость вещества?

– величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С.

2. У разных веществ удельная теплоёмкость…

3. У веществ в разных агрегатных состояниях (лёд, вода, пар) удельная теплоёмкость…

Задача. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания медной детали массой 2кг для изменения его температуры на 100 0С.

Скачать презентацию можно кликнув на текст Скачать презентацию и установив программу Microsoft PowerPoint.

Прислано учителем Мирошниченко.

В предыдущем параграфе мы выяснили, что при опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твёрдыми телами, жидкостью и газом.

Внесём в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью .

Поднесём к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность . Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твёрдого тела к другой на следующем опыте.

Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться (рис. 5). Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Рис. 5. Передача тепла от одной части твёрдого тела к другой

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д.

Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 6). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов.

Рис. 6. Теплопроводность жидкости

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 7). Палец при этом долго не почувствует тепла.

Рис. 7. Теплопроводность газа

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

Итак, теплопроводность у различных веществ различна .

Опыт, изображённый на рисунке 8, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова.

Рис. 8. Теплопроводность разных металлов

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобождённое от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Читайте так же:
Клинкерный кирпич для фартука кухни

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из брёвен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от охлаждения.

Вопросы

  1. Как происходит передача энергии по металлической проволоке?
  2. Объясните опыт (см. рис. 8), показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.
  3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
  4. Почему мех, пух, перья на теле животных и птиц, а также одежда человека защищают от холода?

Упражнение 3

  1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
  2. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. Чем объяснить такую разницу?
  3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
  4. Почему выражение «шуба греет» неверно?

Задание

Возьмите чашку с горячей водой и одновременно опустите в воду металлическую и деревянную ложки. Какая из ложек быстрее нагреется? Каким способом осуществляется теплообмен между водой и ложками? Как изменяется внутренняя энергия воды и ложек?

Внутренняя энергия, как и всякий, иной вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи — передачу энергии от горячей воды к холодной ложке. Такой вид теплопередачи называется: теплопроводностью.

Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 183). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Как происходит передача энергии по проволоке?

Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Потом это усиление движения передается соседним частицам, и скорость их колебаний также увеличивается, т. е. повышается температура следующей части проволоки . Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно убедиться на опыте, в котором энергия передается по стержням из разных металлов (рис. 184). И из жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.

Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро и медь.

У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.

Шерсть, пух, мех и другие пористые тела между своими волокнами содержат воздух и поэтому обладают плохой теплопроводностью. Вот почему шерсть, мех, пух защищают животных от охлаждения . Защищает животных от охлаждения и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, у китов, моржей, тюленей.

Самую малую теплопроводность имеет вакуум — сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, — следовательно, там, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранять энергию. Например, кирпичные стены помогают сохранять внутреннюю энергию в помещении. Можно предохранить тела, и от нагревания, например лед в погребе сохраняют, обкладывая погреб соломой, опилками и землей, которые обладают плохой теплопроводностью.

Вопросы. 1. На каком опыте можно наблюдать передачу внутренней энергии твердым телом? 2. Как происходит передача энергии по металлической проволоке? 3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?

Упражнения. 1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания? 2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья обладают плохой теплопроводностью. 3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,6 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу? 4. Почему выражение «шуба греет» неверно? 5. Ножницы и карандаши, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее? 6. Объясните, каким образом мех, пух, перья на теле животных, а также одежда человека защищают от холода.

Лестницы. Входная группа. Материалы. Двери. Замки. Дизайн

В предыдущем параграфе мы выяснили, что при опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твёрдыми телами, жидкостью и газом.

Читайте так же:
Как заняться продажей кирпича

Внесём в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью .

Поднесём к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность . Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твёрдого тела к другой на следующем опыте.

Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться (рис. 5). Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Рис. 5. Передача тепла от одной части твёрдого тела к другой

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д.

Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 6). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов.

Рис. 6. Теплопроводность жидкости

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 7). Палец при этом долго не почувствует тепла.

Рис. 7. Теплопроводность газа

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

Итак, теплопроводность у различных веществ различна .

Опыт, изображённый на рисунке 8, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова.

Рис. 8. Теплопроводность разных металлов

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобождённое от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из брёвен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от охлаждения.

Вопросы

  1. Как происходит передача энергии по металлической проволоке?
  2. Объясните опыт (см. рис. 8), показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.
  3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
  4. Почему мех, пух, перья на теле животных и птиц, а также одежда человека защищают от холода?

Упражнение 3

  1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
  2. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. Чем объяснить такую разницу?
  3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
  4. Почему выражение «шуба греет» неверно?

Задание

Возьмите чашку с горячей водой и одновременно опустите в воду металлическую и деревянную ложки. Какая из ложек быстрее нагреется? Каким способом осуществляется теплообмен между водой и ложками? Как изменяется внутренняя энергия воды и ложек?

Внутренняя энергия, как и всякий, иной вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи — передачу энергии от горячей воды к холодной ложке. Такой вид теплопередачи называется: теплопроводностью.

Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 183). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Как происходит передача энергии по проволоке?

Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Потом это усиление движения передается соседним частицам, и скорость их колебаний также увеличивается, т. е. повышается температура следующей части проволоки . Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно убедиться на опыте, в котором энергия передается по стержням из разных металлов (рис. 184). И из жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.

Читайте так же:
Кирпич керамический м100 марка по морозостойкости

Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро и медь.

У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.

Шерсть, пух, мех и другие пористые тела между своими волокнами содержат воздух и поэтому обладают плохой теплопроводностью. Вот почему шерсть, мех, пух защищают животных от охлаждения . Защищает животных от охлаждения и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, у китов, моржей, тюленей.

Самую малую теплопроводность имеет вакуум — сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, — следовательно, там, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранять энергию. Например, кирпичные стены помогают сохранять внутреннюю энергию в помещении. Можно предохранить тела, и от нагревания, например лед в погребе сохраняют, обкладывая погреб соломой, опилками и землей, которые обладают плохой теплопроводностью.

Вопросы. 1. На каком опыте можно наблюдать передачу внутренней энергии твердым телом? 2. Как происходит передача энергии по металлической проволоке? 3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?

Упражнения. 1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания? 2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья обладают плохой теплопроводностью. 3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,6 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу? 4. Почему выражение «шуба греет» неверно? 5. Ножницы и карандаши, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее? 6. Объясните, каким образом мех, пух, перья на теле животных, а также одежда человека защищают от холода.

, 10 класс
Тема: « Температура и тепловое равновесие »

Тепловые явления

Какие виды теплопередачи вы знаете?

Что такое теплопроводность?

Ответ: перенос тепла при взаимодействии частиц.

Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?

Ответ: наибольшая – у металлов, наименьшая – у газов.

В чем состоит явление конвекции?

Ответ: перенос тепла потоками жидкости или газа.

Чем объясняется конвекция?

Ответ: движение потоков тёплого газа и жидкости объясняется архимедовой силой.

Какие виды конвекции вы знаете?

Ответ: естественная и вынужденная.

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется.

1. Что такое удаленная теплоемкость вещества?

– величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С.

2. У разных веществ удельная теплоёмкость…

3. У веществ в разных агрегатных состояниях (лёд, вода, пар) удельная теплоёмкость…

Задача. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания медной детали массой 2кг для изменения его температуры на 100 0С.

Скачать презентацию можно кликнув на текст Скачать презентацию и установив программу Microsoft PowerPoint.

Прислано учителем Мирошниченко.

§ 6.11. Уменьшение механической энергии системы под действием сил трения

Если в замкнутой системе силы трения совершают работу при движении тел друг относительно друга, то механическая энергия не сохраняется. В этом легко убедиться, толкнув книгу, лежащую на горизонтальном столе. Из-за действия силы трения книга почти сразу остановится. Сообщенная ей механическая энергия исчезнет.

Сила трения совершает отрицательную работу и уменьшает кинетическую энергию. Но потенциальная энергия тела при этом не увеличивается. Поэтому полная механическая энергия убывает. Кинетическая энергия не превращается в потенциальную.

Силы трения неконсервативны

Причина особой роли сил трения состоит в том, что работа этих сил не связана с изменением (уменьшением или увеличением) потенциальной энергии системы. Силы трения зависят не от расстояний между телами, а от их скоростей. Поэтому работа сил трения не связана определенным образом с изменением расположения тел.

Отличие сил трения от консервативных сил становится особенно наглядным, если рассмотреть работу тех и других на замкнутом пути. Работа силы тяжести, например, на замкнутом пути всегда равна нулю. Она положительна при падении тела с высоты h и отрицательна при подъеме на ту же высоту. Работа же силы сопротивления воздуха отрицательна как при подъеме тела вверх, так и при движении его вниз. Поэтому на замкнутом пути она обязательно меньше нуля.

Когда медленно передвигают стол из одного угла комнаты в другой, а затем снова возвращают его на место, совершают положительную работу, отличную от нуля. Эта работа как раз равна по модулю отрицательной работе сил трения, действующих на ножки стола со стороны пола на замкнутом пути. Соответственно работа сил трения зависит от формы траектории и не определяется лишь начальным и конечным положениями тела. Силы трения неконсервативны.

Действие сил трения в замкнутой системе

Отрицательная работа сил трения уменьшает кинетическую энергию тел, как и отрицательная работа консервативных сил, но она не приводит к увеличению потенциальной энергии. В результате полная механическая энергия системы убывает.

Поэтому если в системе действуют силы трения, то работа этих сил должна учитываться точно так же, как и работа внешних сил, несмотря на то что силы трения могут быть внутренними. Для замкнутой системы, в которой между телами действуют силы трения, изменение энергии равно работе сил трения:

Читайте так же:
Кухня цвета красного кирпича

Хотя силы трения могут совершать и положительную работу, суммарная работа сил трения внутри системы всегда отрицательна. Понять, почему это так, можно на простом примере.

Найдем изменение кинетической энергии в системе, состоящей из тележки массой М, движущейся без трения со скоростью по гладкой горизонтальной поверхности, и кирпича массой m, положенного на тележку в начальный момент времени (рис. 6.23). Пусть кирпич сначала скользит по тележке и проходит относительно нее расстояние l. После этого кирпич движется вместе с тележкой. Коэффициент трения между кирпичом и тележкой равен μ.

За время t тележка пройдет относительно Земли путь s, a скользящий по ней кирпич пройдет путь s — l. После этого они будут двигаться с одинаковой скоростью .

Сила трения скольжения, равная по модулю F1 = μmg, совершит над кирпичом положительную работу, которая увеличит кинетическую энергию кирпича:

Работа силы трения 2 = —1 действующей на тележку, будет отрицательной, что вызовет уменьшение кинетической энергии тележки:

Складывая почленно эти уравнения, получим:

Убыль кинетической энергии системы равна работе силы трения на пути, равном относительному перемещению кирпича и тележки. Этот вывод имеет общее значение. Работа двух сил, осуществляющих взаимодействие между телами, не зависит от системы отсчета (см. § 6.7). Всегда можно перейти к системе отсчета, относительно которой одно из тел покоится. В этой системе отсчета работа силы трения, действующей на движущееся тело, всегда отрицательна, так как сила трения направлена против относительной скорости. Но она отрицательна и в любой другой системе отсчета.

Следовательно, работа сил трения, действующих внутри системы, всегда отрицательна и механическая энергия в замкнутой системе убывает:

В любой системе, состоящей из больших макроскопических тел, действуют силы трения. Поэтому в замкнутой системе механическая энергия обязательно убывает: постепенно затухают колебания маятника, останавливается машина с выключенным двигателем и т. д.

О правильном понимании простых вещей

В связи с этим может возникнуть такой вопрос. Известно, что сила трения может поднять кирпич на движущемся с постоянной скоростью транспортере. Не означает ли это, что работа силы трения увеличивает потенциальную энергию системы кирпич — Земля?

Конечно нет! Ведь сила трения неконсервативна и поэтому не может увеличивать потенциальную энергию.

В данном случае положительная работа силы трения равна отрицательной работе составляющей силы тяжести вдоль наклонной ленты транспортера. Из-за этого кинетическая энергия кирпича не меняется. Потенциальная же энергия кирпича растет, так как сила взаимодействия между Землей и кирпичом, т. е. сила тяжести, совершает отрицательную работу.

Работа силы трения и автомобиль

Остановимся еще на одном примере довольно неожиданной ситуации, связанной с работой силы трения.

Пусть автомобиль сначала покоится, а затем начинает разгон. Единственной внешней силой, сообщающей автомобилю ускорение, является сила трения покоя тр (если нет пробуксовки), действующая на ведущие колеса.

Изменение импульса автомобиля равно импульсу силы трения покоя. Казалось бы, и изменение кинетической энергии автомобиля равно работе силы трения. Но это не так: сила трения покоя ускоряет автомобиль, но никакой работы при этом не совершает.

Ведь точка приложения силы трения, действующей на ведущее колесо автомобиля, не перемещается. В любой момент точка соприкосновения колеса с дорогой покоится относительно дороги в системе отсчета, связанной с дорогой. При движении автомобиля она исчезает в одной точке и сразу же появляется в соседней.

Равенство нулю работы силы трения ясно и из того, что мощность N = тр, а мгновенная скорость v нижней точки колеса в любой момент равна нулю.

Дело здесь в том, что теорема об изменении кинетической энергии (см. § 6.5) применима к материальной точке (или к системе тел, потенциальная энергия которых не меняется). В случае с автомобилем это не так.

Для пояснения рассмотрим чисто механическую систему: игрушечный автомобиль с пружинным заводом. Вначале пружина заведена и ее потенциальная энергия отлична от нуля. Кинетическая энергия равна нулю, и полная начальная энергия автомобиля Е1 = Ер1. В конечном состоянии, когда деформация пружины исчезнет, потенциальная энергия Ер2 = 0, а кинетическая энергия . Полная энергия Е2 = Еk2. Согласно закону сохранения энергии

где Атр — работа внешних сил. Но эта работа равна нулю и, следовательно,

Если колеса проскальзывают, то Атр

Переход механической энергии в другие формы

Убывание механической энергии не означает, что эта энергия исчезает бесследно. В действительности происходит переход энергии из механической формы в другие. Обычно при работе сил трения скольжения тела нагреваются, или, как говорят, увеличивается их внутренняя энергия. Нагревание при действии сил трения легко обнаружить. Для этого, например, достаточно энергично потереть монету о стол. С повышением температуры увеличивается кинетическая энергия теплового движения молекул. Следовательно, при действии сил трения кинетическая энергия тела, движущегося как целое, превращается в кинетическую энергию хаотически движущихся молекул.

В двигателях внутреннего сгорания, паровых турбинах, электродвигателях и т. д. механическая энергия появляется за счет убыли энергии других форм: химической, электрической и т. д.

При действии в системе тел сил трения механическая энергия убывает. Происходит превращение механической энергии в другие формы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector