Formel zum Ermitteln der Wärmemenge beim Erhitzen eines Stoffes. Berechnung der Wärmemenge, die zum Erwärmen des Körpers erforderlich ist und von ihm beim Abkühlen abgegeben wird – Wissens-Hypermarkt

>>Physik: Berechnung der Wärmemenge, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist und von ihm beim Abkühlen abgegeben wird

Um zu lernen, wie man die Wärmemenge berechnet, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist, wollen wir zunächst feststellen, von welchen Mengen sie abhängt.
Aus dem vorherigen Absatz wissen wir bereits, dass diese Wärmemenge von der Art der Substanz abhängt, aus der der Körper besteht (d. h. von seiner spezifischen Wärme):
Q hängt von c ab
Aber das ist noch nicht alles.

Wenn wir das Wasser im Wasserkocher so erhitzen wollen, dass es nur warm wird, dann werden wir es nicht lange erhitzen. Und damit das Wasser heiß wird, erhitzen wir es länger. Aber je länger der Wasserkocher mit der Heizung in Kontakt kommt, desto große Menge er wird von ihm Wärme empfangen.

Je stärker sich also die Körpertemperatur bei Erwärmung ändert, desto mehr Wärme muss an ihn übertragen werden.

Die Anfangstemperatur des Körpers sei anfangs und die Endtemperatur tendenziell. Dann wird die Änderung der Körpertemperatur durch die Differenz ausgedrückt:

Schließlich weiß das jeder Heizung z. B. 2 kg Wasser erforderlich längere Zeit(und damit mehr Wärme) als zum Erhitzen von 1 kg Wasser. Das bedeutet, dass die zum Erhitzen eines Körpers erforderliche Wärmemenge von der Masse dieses Körpers abhängt:

Um die Wärmemenge zu berechnen, müssen Sie also die spezifische Wärmekapazität der Substanz, aus der der Körper besteht, die Masse dieses Körpers und die Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur kennen.

Angenommen, Sie müssen beispielsweise bestimmen, wie viel Wärme benötigt wird, um ein Eisenteil mit einem Gewicht von 5 kg zu erhitzen, vorausgesetzt, seine Anfangstemperatur beträgt 20 °C und die Endtemperatur sollte 620 °C betragen.

Aus Tabelle 8 finden wir, dass die spezifische Wärmekapazität von Eisen c = 460 J/(kg°C) beträgt. Das bedeutet, dass das Erhitzen von 1 kg Eisen um 1 °C 460 J erfordert.
Um 5 kg Eisen um 1 °C zu erhitzen, ist fünfmal mehr Wärme erforderlich, d. h. 460 J * 5 = 2300 J.

Bügeleisen nicht um 1 °C erhitzen, sondern um A Bei t = 600°C wird noch einmal 600-mal mehr Wärme benötigt, also 2300 J x 600 = 1.380.000 J. Genau die gleiche (Modulo-)Wärmemenge wird freigesetzt, wenn dieses Eisen von 620 auf 20 °C abkühlt.

Um also die Wärmemenge zu ermitteln, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird, müssen Sie die spezifische Wärmekapazität des Körpers mit seiner Masse und der Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur multiplizieren:

??? 1. Nennen Sie Beispiele, die zeigen, dass die Wärmemenge, die ein Körper beim Erhitzen aufnimmt, von seiner Masse und Temperaturänderungen abhängt. 2. Welche Formel wird verwendet, um die Wärmemenge zu berechnen, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm wann abgegeben wird? Kühlung?

S.V. Gromov, N.A. Rodina, Physik 8. Klasse

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Zusammenfassung des Plans

offene Lektion Physik in der 8. Klasse „E“

Städtische Bildungseinrichtung, Turnhalle Nr. 77 der Stadt. Toljatti

Physik Lehrer

Ivanova Maria Konstantinowna

Unterrichtsthema:

Lösung von Problemen zur Berechnung der Wärmemenge, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird.

Das Datum des:

Der Zweck der Lektion:

praktische Fähigkeiten zur Berechnung der zum Heizen erforderlichen und beim Abkühlen freigesetzten Wärmemenge entwickeln;

Zählfähigkeiten entwickeln, logische Fähigkeiten bei der Analyse der Problemdarstellung verbessern, qualitative und rechnerische Probleme lösen;

Entwickeln Sie die Fähigkeit, zu zweit zu arbeiten, respektieren Sie die Meinung Ihres Gegners und verteidigen Sie Ihren Standpunkt und seien Sie vorsichtig bei der Vorbereitung von Problemen in der Physik.

Unterrichtsausrüstung:

Computer, Projektor, Präsentation zum Thema (Anhang Nr. 1), Materialien aus einer einheitlichen Sammlung digitaler Bildungsressourcen.

Unterrichtsart:

Probleme lösen.

„Stecken Sie Ihren Finger in die Flamme eines Streichholzes, und Sie werden ein Gefühl erleben, das weder im Himmel noch auf Erden seinesgleichen hat; Allerdings war alles, was passierte, einfach eine Folge der Kollisionen von Molekülen.“

J. Wheeler

Während des Unterrichts:

Zeit organisieren

Begrüßung der Studierenden.

Überprüfung abwesender Studierender.

Kommunizieren Sie das Thema und die Ziele der Lektion.

Hausaufgaben überprüfen.

1.Frontalvermessung

Wie heißt spezifische Wärmekapazität Substanzen? (Folie Nr. 1)

Was ist die Einheit der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes?

Warum gefrieren Gewässer langsam? Warum verschwindet das Eis von Flüssen und insbesondere Seen lange Zeit nicht, obwohl das Wetter schon lange warm ist?

Warum ist es an der Schwarzmeerküste des Kaukasus auch im Winter recht warm?

Warum kühlen viele Metalle stark ab? schneller als Wasser? (Folie Nr. 2)

2. Individuelle Befragung (Karten mit mehrstufigen Aufgaben für mehrere Schüler)

Ein neues Thema studieren.

1. Wiederholung des Konzepts der Wärmemenge.

Wärmemenge- ein quantitatives Maß für die Änderung der inneren Energie während der Wärmeübertragung.

Die vom Körper aufgenommene Wärmemenge gilt als positiv, die abgegebene Wärmemenge als negativ. Der Ausdruck „Der Körper verfügt über eine bestimmte Wärmemenge“ oder „Der Körper enthält (speichert) eine bestimmte Wärmemenge“ ergibt keinen Sinn. Die Wärmemenge kann in jedem Prozess aufgenommen oder abgegeben werden, sie kann jedoch nicht besessen werden.

Beim Wärmeaustausch an der Grenze zwischen Körpern kommt es zur Wechselwirkung sich langsam bewegender Moleküle eines kalten Körpers mit sich schnell bewegenden Molekülen eines heißen Körpers. Dadurch gleichen sich die kinetischen Energien der Moleküle an und die Geschwindigkeiten der Moleküle eines kalten Körpers erhöhen sich, die eines heißen Körpers verringern sich.

Beim Wärmeaustausch wird die Energie nicht von einer Form in eine andere umgewandelt; ein Teil der inneren Energie des heißen Körpers wird auf den kalten Körper übertragen.

2. Wärmeformel.

Lassen Sie uns eine Arbeitsformel ableiten, um Probleme bei der Berechnung der Wärmemenge zu lösen: Q = cm ( T 2 - T 1 ) - Schreiben an die Tafel und in Notizbücher.

Wir finden heraus, dass die Menge an Wärme, die ein Körper abgibt oder aufnimmt, von der Anfangstemperatur des Körpers, seiner Masse und seiner spezifischen Wärmekapazität abhängt.

In der Praxis werden häufig thermische Berechnungen eingesetzt. Beispielsweise muss beim Bau von Gebäuden berücksichtigt werden, wie viel Wärme das gesamte Heizsystem an das Gebäude abgeben soll. Sie sollten auch wissen, wie viel Wärme durch Fenster, Wände und Türen in den umgebenden Raum entweicht.

3 . Abhängigkeit der Wärmemenge von verschiedenen Größen . (Folien Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 6)

4 . Spezifische Wärme (Folie Nr. 7)

5. Einheiten zur Messung der Wärmemenge (Folie Nr. 8)

6. Ein Beispiel für die Lösung eines Problems zur Berechnung der Wärmemenge (Folie Nr. 10)

7. Lösung von Problemen zur Berechnung der Wärmemenge auf der Platine und in Notebooks

Wir finden auch heraus, dass bei einem Wärmeaustausch zwischen Körpern die innere Energie aller Heizkörper um den gleichen Betrag zunimmt, wie die innere Energie der Kühlkörper abnimmt. Dazu verwenden wir ein Beispiel einer gelösten Aufgabe aus § 9 des Lehrbuchs.

Dynamische Pause.

IV. Konsolidierung des untersuchten Materials.

1. Fragen zur Selbstkontrolle (Folie Nr. 9)

2. Qualitätsprobleme lösen:

Warum ist es in Wüsten tagsüber heiß, aber nachts sinkt die Temperatur unter 0°C? (Sand hat eine geringe spezifische Wärmekapazität, sodass er sich schnell erwärmt und abkühlt.)

Mit einem Hammer wurden ein Stück Blei und ein Stück Stahl gleicher Masse geschlagen selbe Nummer einmal. Welches Stück wurde heißer? Warum? (Das Bleistück erwärmt sich stärker, da die spezifische Wärme des Bleis geringer ist.)

Warum heizen Eisenöfen einen Raum schneller auf als Ziegelöfen, bleiben aber nicht so lange warm? (Spezifische Wärme weniger Kupfer als Ziegel.)

Gleiche Wärmemengen wurden auf Kupfer- und Stahlgewichte gleicher Masse übertragen. Welches Gewicht verändert die Temperatur am stärksten? (Für Kupfer, weil Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist geringer.)

Was verbraucht mehr Energie: Erhitzen von Wasser oder Erhitzen einer Aluminiumpfanne, wenn ihre Massen gleich sind? (Zum Erhitzen von Wasser, da die spezifische Wärmekapazität von Wasser groß ist.)

Wie Sie wissen, hat Eisen eine höhere spezifische Wärmekapazität als Kupfer. Folglich hätte eine Fingerspitze aus Eisen einen größeren Vorrat an innerer Energie als dieselbe Spitze aus Kupfer, wenn ihre Massen und Temperaturen gleich wären. Warum besteht die Lötkolbenspitze trotzdem aus Kupfer? (Kupfer hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit.)

Es ist bekannt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Metall viel größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Glas. Warum bestehen Kalorimeter dann aus Metall und nicht aus Glas? (Das Metall hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringe spezifische Wärmekapazität, wodurch sich die Temperatur im Inneren des Kalorimeters schnell ausgleicht und nur wenig Wärme zum Erhitzen aufgewendet wird. Darüber hinaus ist die Strahlung von Metall viel geringer als die von Glas, was den Wärmeverlust verringert.)

Es ist bekannt, dass lockerer Schnee den Boden gut vor dem Einfrieren schützt, da er viel Luft enthält, die ein schlechter Wärmeleiter ist. Aber auch an den Boden, der nicht mit Schnee bedeckt ist, grenzen Luftschichten an. Warum gefriert es in diesem Fall nicht sehr stark? (Die Luft ist in Kontakt mit dem nicht schneebedeckten Boden ständig in Bewegung und vermischt. Diese bewegte Luft entzieht dem Boden Wärme und erhöht die Verdunstung von Feuchtigkeit aus dem Boden. Die zwischen den Schneepartikeln befindliche Luft ist inaktiv und schützt als schlechter Wärmeleiter den Boden vor dem Einfrieren.)

3. Berechnungsprobleme lösen

Die ersten beiden Aufgaben werden von hochmotivierten Studierenden an der Tafel in gemeinsamer Diskussion gelöst. Wir finden die richtigen Lösungsansätze für das Denken und Konzipieren von Problemlösungen.

Aufgabe Nr. 1.

Beim Erhitzen eines Kupferstücks von 20 °C auf 170 °C wurden 140.000 J Wärme verbraucht. Bestimmen Sie die Masse von Kupfer.

Aufgabe Nr. 2

Wie groß ist die spezifische Wärmekapazität einer Flüssigkeit, wenn 150.000 J nötig wären, um 2 Liter davon um 20 °C zu erhitzen? Die Dichte der Flüssigkeit beträgt 1,5 g/cm³

Die Studierenden finden zu zweit Antworten auf folgende Aufgaben:

Aufgabe Nr. 3.

Zwei Kupferkugeln mit der Masse m Ö und 4m Ö so erhitzt, dass beide Kugeln die gleiche Wärmemenge erhalten. Gleichzeitig erwärmte sich die große Kugel um 5°C. Wie stark erwärmte sich die Kugel mit kleinerer Masse?

Aufgabe Nr. 4.

Welche Wärmemenge wird freigesetzt, wenn 4 m³ Eis von 10°C auf – 40°C abgekühlt werden?

Aufgabe Nr. 5.

In welchem ​​Fall ist eine größere Wärmemenge erforderlich, um zwei Stoffe zu erhitzen, wenn die Erwärmung der beiden Stoffe den gleichen ∆ hat? T 1 = ∆T 2 Die erste Substanz ist ein Ziegelstein mit einer Masse von 2 kg und c = 880 J/kg ∙ °C und Messing – einer Masse von 2 kg und c = 400 J/kg ∙ °C

Aufgabe Nr. 6.

Ein Stahlblock mit einer Masse von 4 kg wird erhitzt. Dabei wurden 200.000 J Wärme verbraucht. Bestimmen Sie die endgültige Körpertemperatur, wenn die Anfangstemperatur vorhanden ist T 0 = 10°C

Wenn Studierende selbstständig Probleme lösen, ist es für sie selbstverständlich, Fragen zu haben. Wir besprechen gemeinsam die am häufigsten gestellten Fragen. Fragen, die privater Natur sind, werden individuell beantwortet.

Betrachtung. Zeichen setzen.

Lehrer: Also, Leute, was habt ihr heute im Unterricht gelernt und was habt ihr Neues gelernt?

Beispielantworten von Schülern :

Wir haben Fähigkeiten zur Lösung qualitativer und rechnerischer Probleme zum Thema „Berechnung der zur Erwärmung des Körpers erforderlichen und beim Abkühlen freigesetzten Wärmemenge“ entwickelt.

Wir haben in der Praxis gesehen, wie sich Fächer wie Physik und Mathematik überschneiden und miteinander verbunden sind.

Hausaufgaben:

Lösen Sie die Aufgaben Nr. 1024, 1025 aus der Aufgabensammlung von V.I. Lukashik, E.V. Ivanova.

Überlegen Sie sich selbstständig ein Problem, um die Wärmemenge zu berechnen, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird.

Wärmekapazität- Dies ist die Wärmemenge, die der Körper bei einer Erwärmung um 1 Grad aufnimmt.

Die Wärmekapazität eines Körpers wird durch einen lateinischen Großbuchstaben angegeben MIT.

Wovon hängt die Wärmekapazität eines Körpers ab? Zunächst einmal von seiner Masse. Es ist klar, dass das Erhitzen von beispielsweise 1 Kilogramm Wasser mehr Wärme erfordert als das Erhitzen von 200 Gramm.

Was ist mit der Art der Substanz? Machen wir ein Experiment. Nehmen wir zwei identische Gefäße und gießen wir in eines davon Wasser mit einem Gewicht von 400 g und in das andere Pflanzenöl mit einem Gewicht von 400 g und beginnen wir, sie mit identischen Brennern zu erhitzen. Anhand der Thermometerwerte können wir erkennen, dass sich das Öl schnell erwärmt. Um Wasser und Öl auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, muss das Wasser länger erhitzt werden. Aber je länger wir das Wasser erhitzen, desto mehr Wärme erhält es vom Brenner.

Um die gleiche Masse unterschiedlicher Stoffe auf die gleiche Temperatur zu erhitzen, sind also unterschiedliche Wärmemengen erforderlich. Die zum Erhitzen eines Körpers erforderliche Wärmemenge und damit seine Wärmekapazität hängen von der Art der Substanz ab, aus der der Körper besteht.

Um beispielsweise die Temperatur von 1 kg schwerem Wasser um 1 °C zu erhöhen, ist eine Wärmemenge von 4200 J erforderlich, und um dieselbe Masse um 1 °C zu erhitzen Sonnenblumenöl die benötigte Wärmemenge beträgt 1700 J.

Physikalische Größe Es heißt, dass man angibt, wie viel Wärme erforderlich ist, um 1 kg eines Stoffes um 1 °C zu erhitzen spezifische Wärmekapazität dieser Substanz.

Jeder Stoff hat seine eigene spezifische Wärmekapazität, die mit dem lateinischen Buchstaben c bezeichnet und in Joule pro Kilogramm Grad (J/(kg °C)) gemessen wird.

Die spezifische Wärmekapazität desselben Stoffes in verschiedenen Aggregatzuständen (fest, flüssig und gasförmig) ist unterschiedlich. Beispielsweise beträgt die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4200 J/(kg °C) und die spezifische Wärmekapazität von Eis 2100 J/(kg °C); Aluminium hat im festen Zustand eine spezifische Wärmekapazität von 920 J/(kg - °C) und im flüssigen Zustand - 1080 J/(kg - °C).

Beachten Sie, dass Wasser eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität hat. Daher nimmt das Wasser in den Meeren und Ozeanen, das sich im Sommer erwärmt, Wasser aus der Luft auf große Menge Hitze. Dadurch ist der Sommer an Orten, die sich in der Nähe großer Gewässer befinden, nicht so heiß wie an Orten, die weit vom Wasser entfernt sind.

Berechnung der Wärmemenge, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird.

Aus dem oben Gesagten wird deutlich, dass die zum Erhitzen eines Körpers erforderliche Wärmemenge von der Art der Substanz abhängt, aus der der Körper besteht (d. h. seiner spezifischen Wärmekapazität) und von der Masse des Körpers. Es ist auch klar, dass die Wärmemenge davon abhängt, um wie viel Grad wir die Körpertemperatur erhöhen.

Um also die Wärmemenge zu bestimmen, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder von ihm beim Abkühlen abgegeben wird, müssen Sie die spezifische Wärmekapazität des Körpers mit seiner Masse und der Differenz zwischen seiner End- und Anfangstemperatur multiplizieren:

Q= cm (t 2 -t 1),

Wo Q- Wärmemenge, C- spezifische Wärmekapazität, M- Körpermasse, t 1- Anfangstemperatur, t 2- Endtemperatur.

Wenn sich der Körper erwärmt t 2> t 1 und deshalb Q >0 . Wenn der Körper abkühlt t 2i< t 1 und deshalb Q< 0 .

Wenn die Wärmekapazität des gesamten Körpers bekannt ist MIT, Q bestimmt durch die Formel: Q = C (t 2 - t 1).

22) Schmelzen: Definition, Berechnung der Wärmemenge zum Schmelzen oder Erstarren, spezifische Schmelzwärme, Diagramm von t 0 (Q).

Thermodynamik

Kapitel Molekularphysik, das die Energieübertragung untersucht, die Muster der Umwandlung einiger Energiearten in andere. Im Gegensatz zur molekularkinetischen Theorie berücksichtigt die Thermodynamik dies nicht Interne Struktur Substanzen und Mikroparameter.

Thermodynamisches System

Es handelt sich um eine Ansammlung von Körpern, die untereinander oder mit anderen Energie (in Form von Arbeit oder Wärme) austauschen Umfeld. Beispielsweise kühlt sich das Wasser im Wasserkocher ab und es kommt zu einem Wärmeaustausch zwischen dem Wasser und dem Wasserkocher sowie der Wärme des Wasserkochers mit der Umgebung. Ein Zylinder mit Gas unter dem Kolben: Der Kolben verrichtet Arbeit, wodurch das Gas Energie erhält und sich seine Makroparameter ändern.

Wärmemenge

Das Energie, die das System während des Wärmeaustauschprozesses aufnimmt oder abgibt. Sie wird mit dem Symbol Q bezeichnet und wird wie jede Energie in Joule gemessen.

Durch verschiedene Wärmeaustauschprozesse wird die übertragene Energie auf ihre eigene Weise bestimmt.

Heizung und Kühlung

Dieser Prozess ist durch eine Änderung der Temperatur des Systems gekennzeichnet. Die Wärmemenge wird durch die Formel bestimmt

Spezifische Wärmekapazität eines Stoffes mit gemessen an der zum Aufwärmen erforderlichen Wärmemenge Masseneinheiten dieses Stoffes um 1K. Das Erhitzen von 1 kg Glas oder 1 kg Wasser erfordert unterschiedlich viel Energie. Die spezifische Wärmekapazität ist eine bekannte Größe, die für alle Stoffe bereits berechnet wurde; siehe Wert in physikalischen Tabellen.

Wärmekapazität des Stoffes C- Dies ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um einen Körper zu erwärmen, ohne seine Masse um 1 K zu berücksichtigen.

Schmelzen und Kristallisieren

Beim Schmelzen handelt es sich um den Übergang eines Stoffes vom festen in den flüssigen Zustand. Den umgekehrten Übergang nennt man Kristallisation.

Energie, die für die Zerstörung aufgewendet wird Kristallgitter Stoffe, bestimmt durch die Formel

Spezifische Wärme Der Schmelzpunkt ist für jeden Stoff ein bekannter Wert; siehe Wert in physikalischen Tabellen.

Verdampfung (Verdunstung oder Sieden) und Kondensation

Unter Verdampfung versteht man den Übergang eines Stoffes vom flüssigen (festen) Zustand in den gasförmigen Zustand. Den umgekehrten Vorgang nennt man Kondensation.

Die spezifische Verdampfungswärme ist für jeden Stoff ein bekannter Wert; siehe Wert in physikalischen Tabellen.

Verbrennung

Die beim Verbrennen eines Stoffes freigesetzte Wärmemenge

Die spezifische Verbrennungswärme ist für jeden Stoff ein bekannter Wert; siehe Wert in physikalischen Tabellen.

Für ein geschlossenes und adiabatisch isoliertes Körpersystem ist die Gleichung erfüllt Wärmehaushalt. Die algebraische Summe der von allen am Wärmeaustausch beteiligten Körpern abgegebenen und aufgenommenen Wärmemengen ist gleich Null:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) Die Struktur von Flüssigkeiten. Oberflächenschicht. Oberflächenspannungskraft: Beispiele für Erscheinungsform, Berechnung, Oberflächenspannungskoeffizient.

Von Zeit zu Zeit kann sich jedes Molekül an einen nahegelegenen freien Ort bewegen. Solche Flüssigkeitssprünge kommen recht häufig vor; Daher sind die Moleküle nicht wie in Kristallen an bestimmte Zentren gebunden und können sich durch das gesamte Flüssigkeitsvolumen bewegen. Dies erklärt die Fließfähigkeit von Flüssigkeiten. Aufgrund der starken Wechselwirkung zwischen nahe beieinander liegenden Molekülen können sie lokale (instabile) geordnete Gruppen bilden, die mehrere Moleküle enthalten. Dieses Phänomen nennt man Ordnung schließen(Abb. 3.5.1).

Der Koeffizient β heißt Temperaturkoeffizient volumetrische Ausdehnung . Dieser Koeffizient ist für Flüssigkeiten um ein Vielfaches größer als für Feststoffe. Für Wasser beispielsweise beträgt bei einer Temperatur von 20 °C β in ≈ 2 · 10 – 4 K – 1, für Stahl β st ≈ 3,6 · 10 – 5 K – 1, für Quarzglas β kv ≈ 9 · 10 – 6 K – 1 .

Wärmeausdehnung Wasser weist eine interessante und wichtige Anomalie für das Leben auf der Erde auf. Bei Temperaturen unter 4 °C dehnt sich Wasser mit sinkender Temperatur aus (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus, sodass das Eis auf der Oberfläche eines gefrierenden Gewässers schwimmt. Die Temperatur des gefrierenden Wassers unter dem Eis beträgt 0 °C. In mehr dichte Schichten Die Wassertemperatur am Boden des Stausees beträgt etwa 4 °C. Dadurch kann Leben im Wasser eiskalter Stauseen existieren.

Am meisten interessante Funktion Flüssigkeiten ist die Anwesenheit Freie Oberfläche . Flüssigkeit füllt im Gegensatz zu Gasen nicht das gesamte Volumen des Behälters aus, in den sie gegossen wird. Es bildet sich eine Grenzfläche zwischen der Flüssigkeit und dem Gas (oder Dampf), die sich im Vergleich zum Rest der Flüssigkeit unter besonderen Bedingungen befindet. Aufgrund der extrem geringen Kompressibilität ist das Vorhandensein einer dichter gepackten Oberflächenschicht zu berücksichtigen führt zu keiner merklichen Volumenänderung der Flüssigkeit. Wenn sich ein Molekül von der Oberfläche in die Flüssigkeit bewegt, entfalten die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung positive Arbeit. Im Gegenteil: Um eine bestimmte Anzahl von Molekülen aus der Tiefe der Flüssigkeit an die Oberfläche zu ziehen (also die Oberfläche der Flüssigkeit zu vergrößern), müssen äußere Kräfte positive Arbeit Δ leisten A extern, proportional zur Änderung Δ S Oberfläche:

Aus der Mechanik ist bekannt, dass die Gleichgewichtszustände eines Systems seinem Minimalwert entsprechen potenzielle Energie. Daraus folgt, dass die freie Oberfläche der Flüssigkeit dazu neigt, ihre Fläche zu verringern. Aus diesem Grund nimmt ein freier Flüssigkeitstropfen eine Kugelform an. Die Flüssigkeit verhält sich so, als würden tangential zu ihrer Oberfläche wirkende Kräfte diese Oberfläche zusammenziehen (ziehen). Diese Kräfte werden aufgerufen Oberflächenspannungskräfte .

Das Vorhandensein von Oberflächenspannungskräften lässt die Oberfläche der Flüssigkeit wie einen elastischen, gedehnten Film aussehen, mit dem einzigen Unterschied, dass dieser darin besteht elastische Kräfte in einem Film hängen von seiner Oberfläche (d. h. davon, wie der Film verformt wird) und den Oberflächenspannungskräften ab nicht abhängig machen auf der Oberfläche der Flüssigkeit.

Einige Flüssigkeiten, wie z. B. Seifenlauge, haben die Fähigkeit, dünne Filme zu bilden. Bekannte Seifenblasen haben eine regelmäßige Kugelform – auch hier zeigt sich die Wirkung von Oberflächenspannungskräften. Wird ein Drahtrahmen, dessen eine Seite beweglich ist, in eine Seifenlösung getaucht, so wird der gesamte Rahmen mit einem Flüssigkeitsfilm bedeckt (Abb. 3.5.3).

Oberflächenspannungskräfte neigen dazu, die Oberfläche des Films zu verringern. Um die bewegliche Seite des Rahmens auszubalancieren, muss eine äußere Kraft auf sie ausgeübt werden. Wenn sich die Querstange unter Krafteinwirkung um Δ bewegt X, dann wird die Arbeit Δ verrichtet A vn = F vn Δ X = Δ E p = σΔ S, wobei Δ S = 2LΔ X– Vergrößerung der Oberfläche beider Seiten des Seifenfilms. Da die Moduli der Kräfte und gleich sind, können wir schreiben:

Somit kann der Oberflächenspannungskoeffizient σ definiert werden als: Modul der Oberflächenspannungskraft, die pro Längeneinheit der die Oberfläche begrenzenden Linie wirkt.

Durch die Einwirkung von Oberflächenspannungskräften in Flüssigkeitstropfen und im Inneren von Seifenblasen entsteht ein Überdruck Δ P. Wenn Sie im Geiste einen kugelförmigen Tropfen mit Radius schneiden R in zwei Hälften, dann muss jede von ihnen unter der Wirkung von Oberflächenspannungskräften, die auf die Schnittgrenze der Länge 2π wirken, im Gleichgewicht sein R und überschüssige Druckkräfte, die auf die Fläche π wirken R 2 Abschnitte (Abb. 3.5.4). Die Gleichgewichtsbedingung wird geschrieben als

Wenn diese Kräfte größer sind als die Wechselwirkungskräfte zwischen den Molekülen der Flüssigkeit selbst, dann ist die Flüssigkeit macht nass Oberfläche solide. In diesem Fall nähert sich die Flüssigkeit der Oberfläche des Festkörpers in einem bestimmten spitzen Winkel θ, der für ein bestimmtes Flüssigkeit-Feststoff-Paar charakteristisch ist. Der Winkel θ heißt Kontaktwinkel . Übersteigen die Wechselwirkungskräfte zwischen flüssigen Molekülen die Kräfte ihrer Wechselwirkung mit festen Molekülen, so erweist sich der Kontaktwinkel θ als stumpf (Abb. 3.5.5). In diesem Fall sagen sie, dass die Flüssigkeit nasst nicht Oberfläche eines Festkörpers. Bei vollständige Benetzungθ = 0, bei völlige Nichtbenetzungθ = 180°.

Kapillarphänomene wird als Anstieg oder Abfall einer Flüssigkeit in Röhren mit kleinem Durchmesser bezeichnet. Kapillaren. Benetzende Flüssigkeiten steigen durch die Kapillaren auf, nicht benetzende Flüssigkeiten steigen ab.

In Abb. In Abb. 3.5.6 zeigt ein Kapillarrohr mit einem bestimmten Radius R, am unteren Ende in eine benetzende Flüssigkeit der Dichte ρ abgesenkt. Das obere Ende der Kapillare ist offen. Der Anstieg der Flüssigkeit in der Kapillare setzt sich fort, bis die auf die Flüssigkeitssäule in der Kapillare wirkende Schwerkraft die gleiche Größe wie die Resultierende erreicht F n Oberflächenspannungskräfte, die entlang der Kontaktgrenze der Flüssigkeit mit der Oberfläche der Kapillare wirken: F t = F n, wo F t = mg = ρ Hπ R 2 G, F n = σ2π R cos θ.

Dies impliziert:

Bei vollständiger Nichtbenetzung θ = 180° ist cos θ = –1 und daher H < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

Wasser benetzt die saubere Glasoberfläche nahezu vollständig. Im Gegenteil: Quecksilber benetzt die Glasoberfläche nicht vollständig. Daher sinkt der Quecksilbergehalt in der Glaskapillare unter den Pegel im Gefäß.

24) Verdampfung: Definition, Arten (Verdampfung, Sieden), Berechnung der Wärmemenge für Verdampfung und Kondensation, spezifische Verdampfungswärme.

Verdunstung und Kondensation. Erklärung des Phänomens der Verdunstung anhand von Vorstellungen über die molekulare Struktur der Materie. Spezifische Verdampfungswärme. Seine Einheiten.

Das Phänomen, eine Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, nennt man Verdampfung.

Verdunstung - der Prozess der Verdampfung, der von einer offenen Oberfläche aus erfolgt.

Flüssige Moleküle bewegen sich mit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Wenn ein Molekül an der Oberfläche einer Flüssigkeit landet, kann es die Anziehungskraft benachbarter Moleküle überwinden und aus der Flüssigkeit herausfliegen. Die ausgestoßenen Moleküle bilden Dampf. Die verbleibenden Moleküle der Flüssigkeit ändern bei der Kollision ihre Geschwindigkeit. Gleichzeitig erreichen einige Moleküle eine Geschwindigkeit, die ausreicht, um aus der Flüssigkeit herauszufliegen. Dieser Vorgang setzt sich fort, sodass die Flüssigkeiten langsam verdunsten.

*Die Verdunstungsgeschwindigkeit hängt von der Art der Flüssigkeit ab. Flüssigkeiten, deren Moleküle mit geringerer Kraft angezogen werden, verdampfen schneller.

*Verdunstung kann bei jeder Temperatur auftreten. Bei hohen Temperaturen erfolgt die Verdunstung jedoch schneller .

*Die Verdunstungsrate hängt von der Oberfläche ab.

*Bei Wind (Luftströmung) erfolgt die Verdunstung schneller.

Bei der Verdunstung nimmt die innere Energie ab, weil Beim Verdampfen hinterlässt die Flüssigkeit schnelle Moleküle, daher Durchschnittsgeschwindigkeit verbleibende Moleküle nimmt ab. Das heißt, wenn keine Energie von außen zugeführt wird, sinkt die Temperatur der Flüssigkeit.

Das Phänomen, dass sich Dampf in Flüssigkeit verwandelt, nennt man Kondensation. Es geht mit der Freisetzung von Energie einher.

Dampfkondensation erklärt die Bildung von Wolken. Über dem Boden aufsteigender Wasserdampf bildet in den oberen kalten Luftschichten Wolken, die aus winzigen Wassertröpfchen bestehen.

Spezifische Verdampfungswärme – körperlich ein Wert, der angibt, wie viel Wärme nötig ist, um eine 1 kg schwere Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, ohne dass sich die Temperatur ändert.

Ud. Verdampfungswärme wird mit dem Buchstaben L bezeichnet und in J/kg gemessen

Ud. Verdampfungswärme von Wasser: L=2,3×10 6 J/kg, Alkohol L=0,9×10 6

Erforderliche Wärmemenge, um Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln: Q = Lm

Der Prozess der Übertragung von Energie von einem Körper auf einen anderen ohne Arbeit wird genannt Wärmeaustausch oder Wärmeübertragung. Der Wärmeaustausch findet zwischen Körpern mit unterschiedlichen Temperaturen statt. Beim Kontakt zwischen Körpern mit unterschiedlichen Temperaturen wird ein Teil der inneren Energie vom Körper mit einer höheren Temperatur übertragen hohe Temperatur zu einem Körper, dessen Temperatur niedriger ist. Die durch den Wärmeaustausch auf einen Körper übertragene Energie nennt man Wärmemenge.

Spezifische Wärmekapazität eines Stoffes:

Geht der Wärmeübertragungsprozess nicht mit Arbeit einher, dann ist nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik die Wärmemenge gleich der Änderung der inneren Energie des Körpers: .

Die durchschnittliche Energie der zufälligen Translationsbewegung von Molekülen ist proportional zur absoluten Temperatur. Die Änderung der inneren Energie eines Körpers ist gleich der algebraischen Summe der Energieänderungen aller Atome oder Moleküle, deren Anzahl proportional zur Masse des Körpers ist, daher die Änderung der inneren Energie und damit Die Wärmemenge ist proportional zur Masse und zur Temperaturänderung:

Der Proportionalitätsfaktor in dieser Gleichung heißt spezifische Wärmekapazität eines Stoffes. Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärme benötigt wird, um 1 kg eines Stoffes um 1 K zu erhitzen.

Arbeit in der Thermodynamik:

In der Mechanik ist Arbeit definiert als das Produkt der Moduli von Kraft und Weg und dem Kosinus des Winkels zwischen ihnen. Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft auf einen bewegten Körper einwirkt und gleich seiner Änderung ist kinetische Energie.

In der Thermodynamik wird nicht die Bewegung eines Körpers als Ganzes betrachtet, sondern die Bewegung von Teilen eines makroskopischen Körpers relativ zueinander. Dadurch ändert sich das Volumen des Körpers, seine Geschwindigkeit bleibt jedoch gleich Null. Arbeit wird in der Thermodynamik auf die gleiche Weise definiert wie in der Mechanik, entspricht jedoch nicht der Änderung der kinetischen Energie des Körpers, sondern seiner inneren Energie.

Bei der Verrichtung von Arbeit (Kompression oder Expansion) verändert sich die innere Energie des Gases. Der Grund dafür ist: Bei elastischen Stößen von Gasmolekülen mit einem bewegten Kolben ändert sich deren kinetische Energie.

Berechnen wir die Arbeit, die das Gas bei der Expansion verrichtet. Das Gas übt eine Kraft auf den Kolben aus
, Wo - Gasdruck und - Oberfläche Kolben Wenn sich Gas ausdehnt, bewegt sich der Kolben in Richtung der Kraft Kurzedistanz
. Ist der Abstand klein, kann der Gasdruck als konstant angesehen werden. Die vom Gas verrichtete Arbeit ist:

Wo
- Änderung des Gasvolumens.

Bei der Gasausdehnung leistet es positive Arbeit, da Kraftrichtung und Wegrichtung übereinstimmen. Während des Expansionsprozesses gibt das Gas Energie an umgebende Körper ab.

Die Arbeit, die äußere Körper an einem Gas verrichten, unterscheidet sich von der Arbeit, die ein Gas verrichtet, nur im Vorzeichen
, da die Stärke , die auf das Gas einwirkt, ist der Kraft entgegengesetzt , mit dem das Gas auf den Kolben einwirkt und diesem im Modul gleich ist (Newtons drittes Gesetz); und die Bewegung bleibt gleich. Deshalb arbeiten äußere Kräfte ist gleich:

.

Erster Hauptsatz der Thermodynamik:

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik ist der Energieerhaltungssatz, erweitert auf thermische Phänomene. Gesetz der Energieeinsparung: Energie entsteht in der Natur nicht aus dem Nichts und verschwindet nicht: Die Energiemenge bleibt unverändert, sie geht nur von einer Form in eine andere über.

Die Thermodynamik betrachtet Körper, deren Schwerpunkt nahezu unverändert bleibt. Die mechanische Energie solcher Körper bleibt konstant und nur die innere Energie kann sich ändern.

Innere Energie kann sich auf zwei Arten verändern: Wärmeübertragung und Arbeit. Im Allgemeinen ändert sich die innere Energie sowohl aufgrund der Wärmeübertragung als auch aufgrund der geleisteten Arbeit. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik wird genau für solche allgemeinen Fälle formuliert:

Die Änderung der inneren Energie eines Systems beim Übergang von einem Zustand in einen anderen ist gleich der Summe der Arbeit äußerer Kräfte und der auf das System übertragenen Wärmemenge:

Wenn das System isoliert ist, wird an ihm keine Arbeit geleistet und es tauscht keine Wärme mit den umliegenden Körpern aus. Nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik Die innere Energie eines isolierten Systems bleibt unverändert.

Bedenkt, dass
, der erste Hauptsatz der Thermodynamik kann wie folgt geschrieben werden:

Die an das System übertragene Wärmemenge verändert seine innere Energie und verrichtet Arbeit an externen Körpern des Systems.

Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik: Es ist unmöglich, Wärme von einem kälteren System auf ein heißeres zu übertragen, wenn in beiden Systemen oder in den umgebenden Körpern keine anderen gleichzeitigen Veränderungen stattfinden.