ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Агрегатные состояния вещества. Плавление и кристаллизация
Физика · 8 класс1 четвертьТема 2Лабораторная работаГОСО РК 2026Средний

Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Уравнение теплового баланса

Расчет количества теплоты при нагревании и охлаждении. Физический смысл удельной теплоемкости. Уравнение теплового баланса замкнутой системы тел.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы2 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Количество теплоты: формула нагревания и охлаждения

Количество теплоты (Q) — это количественная мера внутренней энергии, переданной телу или отданной им в процессе теплообмена.

Количество теплоты при нагревании или охлаждении тела прямо пропорционально массе тела m, разности конечной и начальной температур Δt и зависит от рода вещества:

Q=c⋅m⋅(t2−t1)=c⋅m⋅ΔtQ = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1) = c \cdot m \cdot \Delta t.

В СИ количество теплоты измеряется в Джоулях (Дж), также используют килоджоули (1 кДж = 1000 Дж). Если тело нагревается (t₂ > t₁), Q > 0 — тело получает теплоту; если остывает (t₂ < t₁), Q < 0 — тепло отдается в окружающую среду.

Формула количества теплотыРазность температур
Q=c⋅m⋅Δt=c⋅m⋅(tкон−tнач)Q = c \cdot m \cdot \Delta t = c \cdot m \cdot (t_{\text{кон}} - t_{\text{нач}})
где Q — количество теплоты (Дж), c — удельная теплоемкость (Дж/(кг·°C)), m — масса (кг), Δt — изменение температуры (°C или К).
Разность температур
Δt = (t₂ - t₁) в градусах Цельсия в точности равна разности в Кельвинах: Δt(°C) = ΔT(K).
Раздел 2 из 5
2

Удельная теплоемкость вещества и её физический смысл

Удельная теплоемкость вещества (c) — физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного вещества для нагревания его на 1 °C:

c=Q/(m⋅Δt)c = Q / (m \cdot \Delta t).

В СИ удельная теплоемкость измеряется в Дж / (кг · °C) или Дж / (кг · К).

Сравнение удельной теплоемкости различных веществ:

• Вода: c = 4200 Дж/(кг·°C) — обладает колоссальной теплоемкостью, медленно нагревается и медленно остывает, играя ключевую роль в терморегуляции климата Земли.

• Растительное масло: c = 1700 Дж/(кг·°C)

• Лед: c = 2100 Дж/(кг·°C)

• Алюминий: c = 920 Дж/(кг·°C)

• Железо и сталь: c = 460 Дж/(кг·°C)

• Медь: c = 400 Дж/(кг·°C)

• Свинец: c = 140 Дж/(кг·°C) — нагревается быстрее всех металлов при одинаковом подводе энергии.

ВОДА (4200)

Климатический регулятор

Океаны накапливают колоссальные запасы тепла летом и обогревают материки зимой.
МЕТАЛЛЫ (~400)

Быстрый прогрев

Малая теплоемкость обеспечивает мгновенный нагрев сковородок, радиаторов и паяльников.
Раздел 3 из 5
3

Уравнение теплового баланса и метод калориметрии

В замкнутой термодинамической системе, защищенной от теплообмена с окружающей средой (калориметре), действует закон сохранения энергии: количество теплоты, отданное горячими телами при охлаждении, равно количеству теплоты, полученному холодными телами при нагревании.

Уравнение теплового баланса:

Qотданное = Qполученное или Σ Qi = 0.

В развернутом виде для двух тел:

c₁ · m₁ · (t₁ - θ) = c₂ · m₂ · (θ - t₂),

где t₁ — начальная температура горячего тела, t₂ — начальная температура холодного тела, θ (греческая буква «тета») — установившаяся общая температура теплового равновесия смеси.

Шаг 1
Определить отдающие и принимающие тела
Горячие тела отдают тепло (охлаждаются до θ), холодные — получают тепло (нагреваются до θ).
Шаг 2
Записать выражения для каждого Q
Qотд = c₁·m₁·(t₁ - θ); Qпол = c₂·m₂·(θ - t₂).
Шаг 3
Приравнять и выразить неизвестное
Решить линейное уравнение относительно конечной температуры θ или массы.
Уравнение теплового балансаТеплоемкость калориметра
Qотд=Qпол;c1⋅m1⋅(t1−θ)=c2⋅m2⋅(θ−t2)Q_{\text{отд}} = Q_{\text{пол}};\quad c_1 \cdot m_1 \cdot (t_1 - \theta ) = c_2 \cdot m_2 \cdot ( \theta - t_2)
где θ — конечная равновесная температура. Для горячего тела разность (t₁ - θ) > 0, для холодного (θ - t₂) > 0.
Теплоемкость калориметра
В точных опытах учитывают теплоту, поглощенную стенками самого калориметра: Qкал = Cкал · (θ - t₂).
Раздел 4 из 5
4

Теплоемкость тела и расчет водяных систем отопления

Полной теплоемкостью тела (C) называют произведение его массы на удельную теплоемкость вещества:

C=c⋅mC = c \cdot m.

Она измеряется в Дж/°C и показывает, сколько джоулей тепла нужно для нагрева всего тела на 1 градус.

Высокая теплоемкость воды обусловила её повсеместное применение в качестве идеального теплоносителя в централизованных системах отопления городов Казахстана. Остывая в батареях на 20 °C, каждый кубический метр горячей воды (1000 кг) отдает в помещение:

Q = c · m · Δt = 4200 · 1000 · 20 = 84 000 000 Дж = 84 МДж тепла!

Охлаждение двигателей:

В автомобильных радиаторах охлаждения также циркулирует вода или антифриз на водной основе, способные благодаря рекордной теплоемкости отводить колоссальные потоки тепла от цилиндров двигателя.

Раздел 5 из 5
5

Практические задачи на смешивание и тепловой расчет

Типовые практические расчеты теплового баланса включают:

1. Определение удельной теплоемкости неизвестного сплава по результатам опускания нагретого образца в калориметр с водой.

2. Нахождение равновесной температуры смеси двух и более порций воды разной температуры.

3. Расчет времени, необходимого электронагревателю известной мощности N для нагрева емкости с жидкостью с учетом КПД установки:

η · N · t = c · m · Δt.

СМЕШИВАНИЕ ВОДЫ

Формула Рихмана

При равных массах жидкостей равновесная температура равна среднему арифметическому: θ = (t₁ + t₂) / 2.
УЧЕТ КПД НАГРЕВА

Потери энергии

Реальный КПД кипятильника или чайника составляет 70–85%: Aполезн / Aэлектр = η.
Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул8 класс
Количество теплоты при нагревании:
Q=c⋅m⋅(t2−t1)Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)[Дж]
Закон Ома для участка цепи:
I=U/RI = U / R[А]
Уравнение теплового баланса:
Qпол=QотдQ_{\text{пол}} = Q_{\text{отд}}[Дж]
Теплота плавления и кристаллизации:
Q=λ⋅mQ = \lambda \cdot m[Дж]
Следующая тема

Агрегатные состояния вещества. Плавление и кристаллизация

Перейти к теме →