Термодинамика

Количество теплоты. Фазовые переходы

Пёрышкин «Физика 8», Мякишев «Физика 10»

◆

Что нужно помнить из 7–9 класса

база 7–9 класса

Нагрев считают как

Q = cm\Delta t

, плавление как

\lambda m

, парообразование как

Lm

. В изолированной системе отданное тепло равно полученному.

Короткое напоминание3

Во время плавления и кипения температура стоит на месте — на графике это горизонтальные полки.

Нельзя греть лёд сразу до плюсовой температуры: сначала нагрев до 0 °C, потом плавление, потом нагрев воды.

У воды $c = 4200$ Дж/(кг·°C) — аномально много, отсюда мягкий климат побережий.

Подробно — в уроке ОГЭ

Нагрев и охлаждение

Теплота на нагрев пропорциональна массе, изменению температуры и свойству вещества.

Q = c\,m\,\Delta t

c

— удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°C)

Почему у воды 42003

Это аномально много — у большинства веществ в разы меньше. Причина в водородных связях между молекулами.

Отсюда мягкий климат побережий: море медленно прогревается и медленно остывает.

И отсюда же вода как теплоноситель в отоплении: она переносит много энергии на градус.

Фазовые переходы

Во время плавления и кипения температура не меняется: вся теплота идёт на разрушение связей.

Q = \lambda m \ \text{(плавление)}, \qquad Q = L m \ \text{(парообразование)}

\lambda

L

— удельные теплоты, Дж/кг

График нагревания3

Наклонный участок — лёд греется. Полка при 0 °C — тает. Снова наклон — греется вода. Полка при 100 °C — кипит.

Наклоны разных участков разные: у льда и воды теплоёмкости отличаются вдвое.

Полка кипения у воды намного длиннее полки плавления, потому что $L$ примерно в семь раз больше $\lambda$ .

Не грей лёд сразу до плюсовой температуры. Сначала нагрев до 0 °C, потом плавление, и только потом нагрев воды — три слагаемых, а не одно.

⚗

Опыт в Физлабе

График нагревания

Лёд → вода → пар: обе полки на одном графике.

Открыть опыт

Уравнение теплового баланса

В изолированной системе всё отданное тепло равно всему полученному.

\sum Q = 0

отданная теплота входит со знаком минус

Что часто теряют3

Нагрев самого калориметра, если его теплоёмкость дана в условии.

Фазовый переход, если по ходу процесса вещество плавится или кипит.

Сгорание топлива, если система нагревается горелкой: $Q = qm$ , где $m$ — масса топлива.

⚗

Опыт в Физлабе

Калориметр: тепловой баланс

Обе части уравнения считаются рядом и всегда совпадают.

Открыть опыт

Разобранные примеры

Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть

2

кг воды на

30\ ^\circ

C? Удельная теплоёмкость воды

4200

Дж/(кг·°C).разбор

$Q=cm\Delta t$ .
$Q=4200\cdot2\cdot30=252\,000$ Дж $=252$ кДж.

Ответ:

252

кДж

Сколько теплоты нужно, чтобы расплавить

0{,}5

кг льда при

0\ ^\circ

C? Удельная теплота плавления

3{,}3\cdot10^5

Дж/кг.разбор

При плавлении температура не меняется, работает $Q=\lambda m$ .
$Q=3{,}3\cdot10^5\cdot0{,}5=1{,}65\cdot10^5$ Дж.
Формулу $cm\Delta t$ здесь применять нельзя: $\Delta t=0$ .

Ответ:

1{,}65\cdot10^5

Дж

Внутренняя энергия идеальн…Работа газа. Первый закон …