Наука

Удельная теплоемкость воды — Вода | H2O это жизнь

Физика и тепловые явления — это довольно обширный раздел, который основательно изучается в школьном курсе. Не последнее место в этой теории отводится удельным величинам. Первая из них — удельная теплоемкость.

Однако толкованию слова «удельный» обычно уделяется недостаточно внимания. Учащиеся просто запоминают его как данность. А что оно значит?

Если заглянуть в словарь Ожегова, то можно прочесть, что такая величина определяется как отношение. Причем оно может быть выполнено к массе, объему или энергии. Все эти величины обязательно полагается брать равными единице. Отношение к чему задается в удельной теплоемкости?

«>

К произведению массы и температуры. Причем их значения обязательно должны быть равными единице. То есть в делителе будет стоять число 1, но его размерность будет сочетать килограмм и градус Цельсия. Это обязательно учитывается при формулировке определения удельной теплоемкости, которое дано немного ниже. Там же находится формула, из которой видно, что в знаменателе стоят именно эти две величины.

Что это такое?


Удельная теплоемкость вещества вводится в тот момент, когда рассматривается ситуация с его нагреванием. Без него невозможно узнать, какое количество теплоты (или энергии) потребуется затратить на этот процесс. А также вычислить ее значение при охлаждении тела. Кстати, эти два количества теплоты равны друг другу по модулю. Но имеют разные знаки. Так, в первом случае она положительная, потому что энергию нужно затратить и она передается телу. Вторая ситуация с охлаждением дает отрицательное число, потому что тепло выделяется, и внутренняя энергия тела уменьшается.

Обозначается эта физическая величина латинской буквой c. Определяется она как некоторое количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма вещества на один градус. В курсе школьной физики в качестве этого градуса выступает тот, что берется по шкале Цельсия.

«>

Как ее сосчитать?

Если требуется узнать, чему равна удельная теплоемкость, формула выглядит так:

с = Q / (m * (t2 – t1)), где Q — количество теплоты, m — масса вещества, t2 – температура, которую тело приобрело в результате теплообмена, t1 — начальная температура вещества. Это формула № 1.

Исходя из этой формулы, единица измерения этой величины в международной системе единиц (СИ) оказывается Дж/(кг*ºС).

Как найти другие величины из этого равенства?


Во-первых, количество теплоты. Формула будет выглядеть таким образом: Q = с * m * (t2 – t1). Только в нее необходимо подставлять величины в единицах, входящих в СИ. То есть масса в килограммах, температура — в градусах Цельсия. Это формула № 2.

Во-вторых, массу вещества, которое остывает или нагревается. Формула для нее будет такой: m = Q / (c * (t2 – t1)). Это формула под № 3.

В-третьих, изменение температуры Δt = t2 – t1 = (Q / c * m). Знак «Δ» читается как «дельта» и обозначает изменение величины, в данном случае температуры. Формула № 4.

В-четвертых, начальную и конечную температуры вещества. Формулы, справедливые для нагревания вещества, выглядят таким образом: t1 = t2 — (Q / c * m), t2 = t1 + (Q / c * m). Эти формулы имеют № 5 и 6. Если в задаче идет речь об охлаждении вещества, то формулы такие: t1 = t2 + (Q / c * m), t2 = t1 — (Q / c * m). Эти формулы имеют № 7 и 8.

«>

Какие значения она может иметь?

Экспериментальным путем установлено, какие она имеет значения у каждого конкретного вещества. Поэтому создана специальная таблица удельной теплоемкости. Чаще всего в ней даны данные, которые справедливы при нормальных условиях.


Вещество Удельная теплоемкость, Дж/(кг * ºС)
алюминий 920
вода 4200
графит 750
железо 460
золото 130
латунь 400
лед 2100
медь 400
олово 230
свинец 140
сталь 500
стекло лабораторное 840
чугун 540

В чем заключается лабораторная работа по измерению удельной теплоемкости?

В школьном курсе физики ее определяют для твердого тела. Причем его теплоемкость высчитывается благодаря сравнению с той, которая известна. Проще всего это реализуется с водой.

«>

В процессе выполнения работы требуется измерить начальные температуры воды и нагретого твердого тела. Потом опустить его в жидкость и дождаться теплового равновесия. Весь эксперимент проводится в калориметре, поэтому потерями энергии можно пренебречь.

Потом требуется записать формулу количества теплоты, которое получает вода при нагревании от твердого тела. Второе выражение описывает энергию, которую отдает тело при остывании. Эти два значения равны. Путем математических вычислений остается определить удельную теплоемкость вещества, из которого состоит твердое тело.

Чаще всего ее предлагается сравнить с табличными значениями, чтобы попытаться угадать, из какого вещества сделано изучаемое тело.

Задача № 1


Условие. Температура металла изменяется от 20 до 24 градусов Цельсия. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 152 Дж. Чему равна удельная теплоемкость металла, если его масса равна 100 граммам?

Решение. Для нахождения ответа потребуется воспользоваться формулой, записанной под номером 1. Все величины, необходимые для расчетов, есть. Только сначала необходимо перевести массу в килограммы, иначе ответ получится неправильный. Потому что все величины должны быть такими, которые приняты в СИ.

В одном килограмме 1000 граммов. Значит, 100 граммов нужно разделить на 1000, получится 0,1 килограмма.

Подстановка всех величин дает такое выражение: с = 152 / (0,1 * (24 – 20)). Вычисления не представляют особой трудности. Результатом всех действий является число 380.

Ответ: с = 380 Дж/(кг * ºС).

«>

Задача № 2

Условие. Определить конечную температуру, до которой остынет вода объемом 5 литров, если она была взята при 100 ºС и выделила в окружающую среду 1680 кДж тепла.


Решение. Начать стоит с того, что энергия дана в несистемной единице. Килоджоули нужно перевести в джоули: 1680 кДж = 1680000 Дж.

Для поиска ответа необходимо воспользоваться формулой под номером 8. Однако в ней фигурирует масса, а в задаче она неизвестна. Зато дан объем жидкости. Значит, можно воспользоваться формулой, известной как m = ρ * V. Плотность воды равна 1000 кг/ м3. Но здесь объем потребуется подставлять в кубических метрах. Чтобы перевести их из литров, необходимо разделить на 1000. Таким образом, объем воды равен 0,005 м3.

Подстановка значений в формулу массы дает такое выражение: 1000 * 0,005 = 5 кг. Удельную теплоемкость потребуется посмотреть в таблице. Теперь можно переходить к формуле 8: t2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Первым действием полагается выполнить умножение: 4200 * 5. Результат равен 21000. Второе — деление. 1680000 : 21000 = 80. Последнее — вычитание: 100 — 80 = 20.

Ответ. t2 = 20 ºС.

«>

Задача № 3

Условие. Имеется химический стакан массой 100 г. В него налито 50 г воды. Начальная температура воды со стаканом равна 0 градусам Цельсия. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы довести воду до кипения?

Решение. Начать стоит с того, чтобы ввести подходящее обозначение. Пусть данные, относящиеся к стакану, будут иметь индекс 1, а к воде — индекс 2. В таблице необходимо найти удельные теплоемкости. Химический стакан сделан из лабораторного стекла, поэтому его значение с1 = 840 Дж/ (кг * ºС). Данные для воды такие: с2 = 4200 Дж/ (кг * ºС).


Их массы даны в граммах. Требуется перевести их в килограммы. Массы этих веществ будут обозначены так: m1 = 0,1 кг, m2 = 0,05 кг.

Начальная температура дана: t1 = 0 ºС. О конечной известно, что она соответствует той, при которой вода кипит. Это t2 = 100 ºС.

Поскольку стакан нагревается вместе с водой, то искомое количество теплоты будет складываться из двух. Первой, которая требуется для нагревания стекла (Q1), и второй, идущей на нагревание воды (Q2). Для их выражения потребуется вторая формула. Ее необходимо записать два раза с разными индексами, а потом составить их сумму.

Получается, что Q = с1 * m1 * (t2 – t1) + с2 * m2 * (t2 – t1). Общий множитель (t2 – t1) можно вынести за скобку, чтобы было удобнее считать. Тогда формула, которая потребуется для расчета количества теплоты, примет такой вид: Q = (с1 * m1 + с2 * m2) * (t2 – t1). Теперь можно подставить известные в задаче величины и сосчитать результат.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 – 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (Дж).

Ответ. Q = 29400 Дж = 29,4 кДж.

 ВСЕ БЕСПЛАТНО КРОМЕ МОЗГОВ

 


Соломенные матрасы, маты, утеплитель

ВИДЕО РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ

  СОЛОМА в СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В селе Таптыково
Рес. Башкортостан построен энергоэффективный дом из клееного бруса с утеплителем, построенный инженером Альфредом Файзуллиным.
Это первый в республике Башкортостан дом, соответствующий «Зеленым стандартам».

Дом нового поколения: горячая вода от солнца, а экономия на отоплении за счет утепления.
Несмотря на экономичность, дом сочетает в себе энергоэффективность, экологичность и современный стиль.

Утром солнце освещает весь дом с южной стороны, а вечером — с западной. Расположение окон здесь продумано до мелочей. Пятикамерные окна — тоже часть энергосберегающей технологии.
Стекла изготовлены с применением серебра, которое позволяет отражать тепло.

Особенностью такого дома является отсутствие необходимости отопления традиционными методами и малое энергопотребление.
Здесь используются источники альтернативной энергии – солнечный коллектор и тепловой насос.


Применение системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла создает благоприятный микроклимат в помещении. В доме использованы окна и двери с высоким тепловым сопротивлением. Технология сборки «Сити-угол» обеспечивает отсутствие «мостиков холода» по всему периметру дома, благодаря сплошной прослойке утеплителя. Все это исключает большие потери тепла и существенно снижает затраты на отопление (в два-три раза по сравнению с газовым отоплением). Стоимость такого дома «под ключ» варьируется от 30 тысяч рублей за один квадратный метр в зависимости от площади дома, его комплектации, отделочных материалов.

«Это очень интересный, современный и своевременный проект, технологии завтрашнего дня.
Этот механизм — лишь часть энергоэффективного частного дома в Таптыково.
Хозяин этого уникального строения и его изобретатель. Он рассказывает, что при строительстве «зеленого дома» использовался пассивный клеёный брус, который позволяет удерживать тепло. Материал, из которого он изготавливается, теперь производит и Учалинское предприятие.

Применение теплового насоса вместо электрического котла. Он эффективно использует тепло окружающей среды для отопления и горячего водоснабжения дома и позволяет экономить потребление энергии до 29 раз.
В жаркие дни такая технология служит для охлаждения помещений.


Таких домов в России пока единицы.
При его проектировании Альфред Файзуллин использовал японские и немецкие технологии.
Он отмечает, что при эксплуатации и утилизации дома никакой нагрузки на природу строение не окажет.
Умный частный дом в дальнейшем планируют совершенствовать.
Проектировщики хотят использовать гидроаккумулятор, а также создать аккумулятор тепла.
Температура воды в емкости объемом 300 м³ даже в пасмурную погоду не падает ниже 40 градусов
В качестве источника тепловой энергии инженер приобрел тепловой насос фирмы Viessmann, мощностью 9,7 кВт.
За тепловой насос пришлось заплатить 424000 рублей.
Вертикальные зонды были размещены в двух скважинах, глубиной по 63 метра каждая.
Бурение обошлось в 1600 рублей за погонный метр
Сразу оговоримся: Альфред Файзуллин строил дом для себя и не скупился на технологии, выбирая самое лучшее. В итоге стоимость квадратного метра «под ключ» составила 45000 рублей. Общая площадь дома 180 м2.

Пассивный дом должен потреблять не более 10% от традиционного, насос мощностью 9,7 кВт. многовато для такого дома.
Норма пассивного дома 15 кВт. на м2 международные требование для сурового климата за сезон отопления.
15 кВт/213 дней * 180 м2= 12,7кВт/м2 норма на день или 380 кВт на 30 дней.


Как построить самому, недорогой теплый дом, своими руками, у нас есть ответ, вы по адресу, узнай подробности, как самому сделать солнечное отопление.

Умный не тот, у кого больше возможностей, а тот, у кого много идей в голове.

Счастлив не тот человек, у кого полно денег, а тот, у кого больше мудрости.

Самый богатый не тот человек, у кого больше денег, а тот, кому меньше требуется.

Умный не тот, кто зарабатывает на жизнь, а мудрый на кого работает умный.

Век бизнеса сегодня, сильный отбирает у слабых, умный отбирает у сильных.

Счастлив человек не тогда, когда больше добра, а кому хватает и меньшего.

Деньги правят миром, чем больше их, тем больше прав.

Есть идея, нет средства на ее реализацию, нужны мудрые решения для умных мыслей.

Успешен не тот, у кого больше денег, а тот, у кого больше притворенных в жизнь идей.

Знать можно, но уметь сложнее, между ними большая пропасть.

 


Похожие посты

Китай собрался построить мощнейший в мире коллайдер

Avtor

Глубокое синее море. Топ необычных субмарин будущего

Avtor

100-летняя загадка, которая беспокоит шотландцев: жители не знают, куда исчезли смотрители маяка в 1900 году

Avtor
Adblock
detector