Конспект урока «Измерение удельной теплоемкости твердого тела» | План-конспект урока по физике (8 класс):

Опубликовано 01.03.2020 — 4:20 — Филиппова Александра Петровна

Конструирование уроков по ФГОС. Открытый урок по теме «Измерение удельной теплоемкости твердого тела»

Скачать:

Реклама

Подтяните оценки и знания с репетитором Учи.ру

За лето ребенок растерял знания и нахватал плохих оценок? Не беда! Опытные педагоги помогут вспомнить забытое и лучше понять школьную программу. Переходите на сайт и записывайтесь на бесплатный вводный урок с репетитором.

Вводный урок бесплатно, онлайн, 30 минут

Записаться >

Предварительный просмотр:

Тема урока: Измерение удельной теплоемкости твердого тела.

Предмет: Физика        

Класс: 8        

Учитель: Филиппова А.П.

        Цель урока:

• Образовательная: создать условия для появления необходимости измерения удельной теплоемкости твердого тела, самостоятельного выполнения лабораторной работы с применением полученных знаний.

• Развивающая: способствовать формированию умения выдвигать и проверять гипотезы, планировать свои действия, составлять план эксперимента и делать выводы.
• Воспитательная: формировать действия экспериментальной работы в парах:

— учить  распределять работу

— учить договариваться

— учить представлять результаты своей работы.

Тип урока: закрепление знаний.

Ожидаемый результат: экспериментальное измерение удельной теплоемкости твердого тела и сравнение ее с табличными данными.

План урока:

1. Актуализация знаний.
2. Целеполагание.
3. Закрепление знаний.
4. Применение предметных знаний. Выполнение лабораторной работы.
5. Итог урока.
6. Задание на дом.

Конспект урока

Этап урока	Деятельность учителя	Деятельность учащихся
Актуализа-ция знаний	Ребятам выдается карточка с вопросами и заданиями. Покажите соответствие ваших знаний: Знаю Вопрос Не знаю	Стрелками показывают знание и незнание вопросов. Что такое внутренняя энергия? Знаете ли вы способы изменения внутренней энергии? Что такое количество теплоты? Что такое удельная теплоемкость? Знаете ли вы формулу для расчета удельной теплоемкости? Можете ли вы экспериментально измерить удельную теплоемкость твердого тела? Отвечая на вопросы, ребята находят границу между знанием и незнанием. Они не могут экспериментально измерить удельную теплоемкость твердого тела. Почему? Выдвигают предположения о теме сегодняшнего урока.
Целепола-гание	Предположения о цели и задачах урока.	Формулируют цели урока и ставят задачи. Тема урока: Измерение удельной теплоемкости твердого тела. Цель урока: Найти способ экспериментального определения удельной теплоемкости твердого тела и измерить удельную теплоемкость тела. Задачи урока по плану: Выдвижение гипотезы. Найти способ экспериментального определения удельной теплоемкости твердого тела. Выполнение экспериментальной работы. Проверка полученных данных. Сделать вывод.
Закрепле-ние знаний	Для выполнения экспериментальной работы вам будет необходимо произвести некоторые расчеты, поэтому рассмотрим задачи: Для изменения температуры железа, алюминия массой 1 кг на 1оС соответственно требуется 460 и 920 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ? Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1оС, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня? (420Дж/кгоС) Вы определили удельную теплоемкость вещества по известным данным. А как опытным путем можно определить удельную теплоемкость твердого тела? Какие при этом необходимо сделать измерения и вычисления? Проведение инструктажа по ТБ во время проведения лабораторной работы. Учитель обращает внимание учащихся на инструкцию (образец) по выполнению работы: Уточнение содержания лабораторной работы. Выбор, как работать в паре, распределение  между собой обязанностей. Самостоятельное выполнение лабораторной работы. Обсуждение в паре результатов работы. Представление результатов работы.	Решают задачи. Предлагают гипотезы, т.е. отвечают на вопрос о том, какие величины необходимо измерить в данном эксперименте, тем самым выяснить приборы и оборудование, необходимые при выполнении работы. Слушают инструктаж по ТБ во время проведения лабораторной работы.
Примене -ние предметных знаний	Выполнение лабораторной работы №2 «Измерение удельной теплоемкости твердого тела». Работа в паре. Сравнивают свои результаты с табличными данными и определяют, из какого материала сделан цилиндр.	Выполняют лабораторную работу №2 «Измерение удельной теплоемкости твердого тела». Знакомятся с порядком выполнения работы, с порядком записи результатов. Учащиеся выполняют лабораторную работу. Заполняют таблицу. Делают необходимые расчеты. Формулируют выводы по лабораторной работе и записывают. Сравнивают свои результаты с табличными данными и определяют, из какого материала сделан цилиндр.
Итог урока	Вернемся к задачам нашего урока. Удалось ли решить их? Добились ли мы своей цели?	Снова формулируют задачи урока, делают выводы о выполнении. Подводят итог.
Задание на дом.	Формулирует и комментирует домашнее задание: Подготовить сообщения о топливно – энергетических ресурсах нашей республики. Решить задачи №751, 752. Благодарит за урок.	Записывают домашнее задание. Благодарят за урок.

Список литературы

1. Перышкин А.В. Физика 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений, – М.: Дрофа, 2008.
2. Перышкин А.В. Сборник задач по физике. 7-9 класс, издательство «Экзамен», —  М.:  2014.

Работа ученика(цы) 8 класса_______________________________

1. Покажи соответствие твоих знаний:

Знаю	Вопросы	Не знаю
	Что такое внутренняя энергия?
	Знаете ли вы способы изменения внутренней энергии?
	Что такое количество теплоты?
	Что такое удельная теплоемкость?
	Знаете ли вы формулу для расчета удельной теплоемкости?
	Можете ли вы экспериментально измерить удельную теплоемкость твердого тела?

2.         Реши задачи:

1. Для изменения температуры железа, алюминия массой 1 кг на 1оС соответственно требуется 460 и 920 Дж энергии. Чему равна удельная теплоемкость этих веществ?
2. Нагретый камень массой 5 кг, охлаждаясь в воде на 1оС, передает ей 2,1 кДж энергии. Чему равна удельная теплоемкость камня?

3. Выполнение лабораторной работы:

Тема работы:

Цель работы:

Приборы и материалы:

Масса воды в калориметре m1,  кг	Начальная  температура воды t1, °C	Масса цилиндра m2,  кг	Начальная температура цилиндра t2, °C	Общая температура воды и цилиндра  t, °C

4. Задание на дом:

1. Подготовить сообщения о топливно – энергетических ресурсах нашей республики.
2. Решить задачи №751, 752.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

конспект урока:»Давление в твердых телах, жидкостях и газах»

В данном конспекте изложен готовый материал урока физики в 7 классе….

открытый урок 8 класс тема Лабораторная работа «Измерение удельной теплоёмкости твердого тела».

Лабораторная работа  «Измерение удельной теплоёмкости твердого тела». 8 класс…

презентация к лаб.работе «Измерение удельной теплоёмкости твердого тела»»

презентация к лаб.работе «Измерение удельной  теплоёмкости твердого тела»»…

Конспект урока в 8 классе на тему «Удельная теплоемкость»

Конспект урока в 8 классе на тему «Удельная теплоемкость»…

Конспект урока по физике «Удельная теплоемкость» в 8 классе

Конспект урока по физике «Удельная теплоемкость» в 8 классе…

Виртуальная лабораторная работа по термодинамике «Определение удельной теплоемкости твердых тел»

http://mediadidaktika. ru/mod/page/view.php?id=427https://www.youtube.com/watch?v=BY5eQnQkmvU…

Лабораторная работа «Измерение удельной теплоёмкости твердого тела».

Помочь учащимся в работе по овладению методами измерения физических величин, развитие умений использования измерительных приборов….

Поделиться:

 

Лабораторная работа №7. Измерение удельной теплоемкости вещества

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒   Объем учебного времени – 2 часа. Цель работы: определение опытным путем удельной теплоемкости металла. В результате выполнения лабораторной работы студенты должнызнать: — формулы расчета количества теплоты при теплопередаче; — уравнение теплового баланса; уметь: — определять удельную теплоемкость металла опытным путем. Основные теоретические положения В калориметр массой налита вода массой при температуре Из чайника с кипящей водой достают металлический цилиндр массой m, имеющий температуру и погружают в калориметр. Когда температура воды в калориметре перестанет повышаться, измеряется термометром ее значение . Количество теплоты отданное металлическим цилиндром при остывании до температуры θ, равно: ), (1) где с – удельная теплоемкость вещества цилиндра. Количество теплоты отданное металлическим цилиндром при остывании до температуры θ. ( — — (2) где удельная теплоемкость металла, из которого сделан калориметр, удельная теплоемкость воды. При теплообмене количество теплоты, отданное нагретым телом (металлическим цилиндром), равно количеству теплоты, полученному холодными телами (калориметром и водой): или θ) = ( — (3) Из уравнения теплового баланса можно найти неизвестную удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр: . (4) Первый уровень Оборудование: калориметр с водой, чайник (один на всех), цилиндр металлический, проволочный крючок для удаления цилиндра из чайника, бумага фильтровальная, весы с гирями, термометр. Правила техники безопасности (Приложение Д). Порядок выполнения работы Задание I:Вычислить удельную теплоемкость вещества.   1. В чайник с водой поместите цилиндр, изготовленный из металла с неизвестной удельной теплоемкостью. Воду в чайнике нагрейте до кипения. 2. Определите на весах массу внутреннего сосуда калориметра . 3. Налейте в сосуд воду (менее половины объема) и определите массу сосуда с водой . 4. Определите массу воды в сосуде . 5. Собрав калориметр, измерьте начальную температуру воды термометром . 6. Из чайника с кипящей водой достаньте проволочным крючком металлически цилиндр при температуре, близкой и быстро перенесите его в калориметр. 7. Измерьте температуру воды при установлении теплового баланса, т. е. когда температура перестанет повышаться. 8. Выньте металлический цилиндр из воды и, осушив фильтровальной бумагой, определите его массу с помощью весов. 9. Вычислите удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр, по формуле = Задание II:Рассчитать относительную и абсолютную погрешности измерения удельной теплоемкости.   1. Абсолютные погрешности измерения масс определите массой минимальной разновески при взвешивании. Из-за выполнения неравенств погрешностями при измерении масс можно пренебречь. Поэтому относительную погрешность при косвенном измерении удельной теплоемкости можно представить выражением: 2. При измерении жидкостным термометром можно считать, что   Тогда относительная погрешность измерения удельной теплоемкости: 2. Рассчитайте абсолютную погрешность измерения удельной теплоемкости:   3. Представьте окончательный результат измерения удельной теплоемкости в виде: 4. Определите вещество, из которого выполнен цилиндр по таблице 2, с.164 [3]. Задание III:Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б.   Контрольные вопросы: 1. Почему при плавлении и кипении температура вещества не меняется? 2. Почему во время ледохода становится холоднее, а во время снегопада теплее? 3. Что называется количеством теплоты? 4. Каков физический смысл удельной теплоемкости вещества? В чем её выражают в системе СИ? 5. В чем суть уравнения теплового баланса? 6. Какие потери теплоты не учитывались в данной лабораторной работе?   Форма контроля — письменный отчет   Список рекомендуемой литературы: 1. Мякишев Г.Я. Физика 10 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 366 с. + CR-ROM. Второй уровень   Оборудование:весы и разновес, термометр, калориметр, калориметрические тела (алюминий, железо, медь), сосуд с кипящей водой на плитке (один на всех), вода в стакане. Правила техники безопасности (Приложение Д). Порядок проведения работы Задание I: Приготовить таблицу 1 для записи результатов измерений и вычислений.   Таблица 1 № опыта вещество Испытуемое тело Жидкость в калориметре Калориметр Темпера- тура Удельная теплоемкость вещества Относительная погрешность масса температура масса Удельная теплоемкость масса Удельная теплоемкость начальная конечная   m С c кг град кг кг   град град   %                                                 Задание II:Вычислить удельную теплоемкость вещества. 1. Рассмотрите шкалу термометра, определите цену деления. Проверьте весы. Все взвешивания в дальнейшем производите с точностью до 0,1 г. 2. Определите массу испытуемого тела m. 3. Определите массу внутреннего сосуда калориметра 4. Налейте во внутренний сосуд калориметра около 200см воды. 5. Взвесьте внутренний сосуд калориметра с жидкостью и определите массу воды: 6. Поместите внутренний сосуд калориметра во внешний и измерьте начальную температуру воды С. 7. Подогрейте в кипящей воде испытуемое тело и быстро перенести его в калориметр. 8. Перемешивая жидкость в калориметре, подождите, когда перестанет повышаться температура; измерьте окончательную температуру С. 9. Результаты всех измерений и вычислений запишите в таблицу 1. 10. Составьте уравнение теплового баланса и найдите из него удельную теплоемкость вещества с. Задание III:Сравнить найденный результат с табличным значением удельной теплоемкости вещества (таблица 2, с.164[3]) и определить относительную погрешность измерения по формуле: где с – измеренное значение; с — табличное значение удельной теплоемкости вещества. Задание IV:Оформить результаты измерений и вычислений в форме отчета по лабораторной работе в соответствии с Приложением Б. Контрольные вопросы: 1. Чему равна удельная теплоемкость воды? Каков физический смысл удельной теплоемкости воды? 2. Вычислить удельную теплоемкость меди, если известно, что она составляет 0,09 от удельной теплоемкости воды. 3. При определении удельной теплоемкости вещества не приняли во внимание массу и удельную теплоемкость калориметра. Как скажется это на величине результата? Ответ обоснуйте.   Форма контроля — письменный отчет   Список рекомендуемой литературы: Мякишев Г. Я. Физика 10 класс.- М.: Просвещение, 2011.- 366 с. + CR-ROM. Раздел 3.Электродинамика. Тема 3.1 Электростатика. ⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒ Читайте также:

Измерение удельной теплоемкости твердого тела

Похожие презентации:

Удельная теплоемкость. Лабораторная работа. 7 класс

Измерение удельной теплоёмкости вещества

Давление твердого тела

Кинематика материальной точки и твердого тела

Динамика твердого тела

Количество теплоты. Удельная теплоемкость

Нагрев металлического тела открытым пламенем

25.8. Элементы зонной теории твердого тела

Количество теплоты. Удельная теплоемкость вещества

Способы определения плотности твердого тела

Цель работы: определить удельную теплоемкость металлического
цилиндра при теплообмене с водой.
Приборы и материалы: калориметр, мензурка (измерительный цилиндр)
с холодной водой, термометр, весы, гири, тело (металлический цилиндр
на нити), сосуд (стакан) с горячей водой, промокательная бумага
(салфетка).
Инструкция
по технике безопасности при выполнении лабораторной работы
Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания
учителя.
Не приступайте к выполнению работы без разрешения учителя.
При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность.
Проверьте целостность стеклянной посуды, не ставьте ее на край стола.
Соблюдайте осторожность при работе с горячей водой.
Если все же произошел «форс — можор», осколки стекла нельзя
стряхивать со стола руками, сметайте их щеткой. Попавшую воду на стол
соберите салфеткой. Обратитесь за помощью к учителю или лаборанту.
Перед проведением работы проверьте наличие в комплекте весов всех
разновесов; в случае их нехватки сообщи об этом учителю.
Соберите весы, для чего вкрутите в корпус коробки стержень с резьбой, наденьте на него коромысло и
прицепите на него чашечки весов. Затем отрегулируйте весы, для чего на чашку весов кладите кусочки бумаги
до тех пор, пока весы не придут в равновесие.
Определите массу тела (цилиндра).
mтела = ………
Налейте в калориметр воду 100 – 150 г комнатной температуры.
Измерьте термометром температуру воды в калориметре.
t1 = tводы начальная = ………
Опустите тело (цилинлр) в стакан с горячей водой.
Вставьте в этот стакан также и термометр и, выждав с
минуту, измерьте температуру горячей воды с телом.
Запишите результат в тетрадь.
t2 = t тела начальная = ………
Перенесите
нагретое
тело
(цилиндр)
в
калориметр с холодной водой. Вставьте в этот
стакан также и термометр и, помешивая им воду,
дождись остановки повышения температуры (это
длится не более минуты). Измерьте новую
температуру воды и тела в калориметре.
Запишите результат в тетрадь.
t = tводы конечная = tтела конечная = ………
Запишите выражение для расчета количеств теплоты, которые отдает
тело (цилиндр) и получает вода.
Qтела = стела mтела (t2 – t)
Qводы = своды mводы (t – t1)
Теперь вычислите неизвестную удельную теплоемкость тела (c тела). Для
этого можно воспользоваться тем, что вода получила тепло от тела,
следовательно, тепло, полученное водой, примерно равно теплу,
отданному телом.
Qводы = Qтела
Отсюда можно вычислите неизвестную удельную теплоемкость тела.
стела mтела (t2 – t) = своды mводы (t – t1)
стела = своды mводы (t – t1) / mтела (t2 – t)
Сравните результат с табличными значениями удельной теплоемкости.
Из какого вещества сделано тело (цилиндр)?
Удельная
теплоемкость,
кДж / (кг · °С),
при t=200С
Твердое
тело
Удельная
теплоемкость,
кДж / (кг · °С),
при t=200С
Алюминий
0,92
Олово
Вольфрам
0,15
Оргстекло
—
Дерево
(сосна)
2,7
Парафин
2,89
Пробка
2,05
Железо
0,46
Свинец
0,14
Золото
0,13
Серебро
0,25
Кирпич
0,85
Сталь
0,46
Латунь
0,38
Стекло
оконное
0,67
0,38
Цинк
0,4
Мрамор
0,92 (t=00C)
Чугун
0,54
Никель
0,5
Лед
Медь
2,1 (t=00C)
Твердое
тело
0,25
Наверное, есть
погрешность
в выполнении
работы.
A = a + ∆a,
где А – измеряемая величина;
а – результат измерений;
∆a – погрешность измерений.
Запишите
значение
удельной
теплоемкости тела
(цилиндра) с
учетом
погрешности
измерения.
Оформите в тетради для лабораторных работ все записи по
выполнению лабораторной работы согласно рекомендациям по
оформлению лабораторных работ по физике.
Не забудьте оформить таблицу с результатами измерений.
Масса воды
в
калориметре
mводы, кг
Начальная
температура
воды
t1, °C
Масса
тела
(цилиндра)
mтела,кг
Начальная
температура
тела
(цилиндра)
t2, °C
Общая
температура
воды и тела
(цилиндра)
t, °C
Сформулируйте вывод ( какой металл использовался в работе и какова
его удельная теплоемкость по результатам измерений с учетом
абсолютной погрешности измерений) и запишите в тетрадь.

12. § 7 – 9 повторить. №1027,1028,1030* (Л).

*Для
желающих учащихся:
ПРЕЗЕНТАЦИЯ «Виды топлива».
12
Презентация “Лабораторная работа № 2. Измерение удельной
теплоемкости твердого тела» не заменяет на уроке лабораторную
работу, которую выполняют учащиеся самостоятельно. Главная цель
использования презентации – напомнить учащимся алгоритм
выполнения и оформления лабораторной работы. Зрительное
восприятие
дополнительно
формирует
(закрепляет)
навыки
выполнения лабораторной работы на уроке и носит мотивационный
характер.
Презентация разработана в программе Microsoft Offic PowerPoint с
применением
анимации
(предусмотрена
возможность
показа
динамических моделей, опытов).
Все анимации, рисунки, таблицы, схемы и др. выполнены автором.
Вы скачали презентацию.
А автору, наверное,
сказать «спасибо» забыли.

English     Русский Правила

Виртуальные лабораторные работы по физике

Виртуальные лабораторные работы по физике

Announcements

Виртуальные интерактивные лабораторные работы по физике

Virtual laboratory assignments in physics

Электронные интерактивные экспериментальные задачи по физике

Interactive experimental electronic problems in physics

Электронный демонстрационный эксперимент по физике

Electronic demo-experiment in physics

Более 200 виртуальных лабораторных работ, экспериментальных задач и демонстраций по всем разделам физики

More than 200 virtual laboratory assignments, experimental tasks and demos in all sections of physics

Работа виртуальных лабораторных работ, экспериментальных задач и электронных демонстраций в режиме реального времени.  Нестационарные и стационарные электронные интерактивные физические модели

Implementation of virtual laboratory assignments, experimental tasks and virtual demos in real time. Non-stationary and stationary interactive electronic physical models

Виртуальные экспериментальные задачи для подготовки к олимпиадам школьников

Virtual experimental tasks helping prepare for school Olympiads

«Виртуальная лабораторная работа по физике.

«Виртуальные лабораторные работы по физике.

«Виртуальные лабораторные работы по физике.

«Виртуальная лабораторная работа по физике.

• Форум для пользователей сайта Forum

• 1. Виртуальные лабораторные работы по механике Page

• 2. Виртуальные лабораторные работы по молекулярной физике и термодинамике Page

• 3. Виртуальные лабораторные работы по электричеству и магнетизму Page

• 4. Виртуальные лабораторные работы по изучению физики колебаний и волн Page

• Интерактивные модели — иллюстрации по всем разделам физики Page

• Apps on Physics (Приложения по физике) URL

Skip available courses

Available courses

Документы

Документы

Course

Физика МГОК

Физика МГОК

Course

Астрономия МГОК

Астрономия МГОК

Course

Виртуальные лабораторные работы

Виртуальные лабораторные работы

Course

Молекулярная физика и основы термодинамики

Молекулярная физика и основы термодинамики

Course

1.

Механика

1. Механика

Курс «Физический практикум по курсу «Механика»» предназначен для уч…

Course

2. Молекулярная физика

2. Молекулярная физика

Курс «Физический практикум по курсу «Молекулярная физика и основы т…

Course

3. Электричество и магнетизм

3. Электричество и магнетизм

Курс «Физический практикум по курсу «Электричество и магнетизм» пре…

Course

4. Колебания и волны

4. Колебания и волны

Курс «Физический практикум по курсу «Механические колебания и волны…

Course

5. Оптика

5. Оптика

Course

6.

Квантовая и атомная физика

6. Квантовая и атомная физика

Course

Экспериментальные задачи 2018/11

Экспериментальные задачи 2018/11

Экспериментальные задачи

Course

Экспериментальные задачи 2019/10

Экспериментальные задачи 2019/10

Экспериментальные задачи «Физпрактикум 2019/10»

Course

Мякишев

Мякишев

Course

Колебания и волны

Колебания и волны

Курс «Колебания и волны» предназначен для учащихся школ профильных …

Course

Виртуальные лабораторные работы для всех разделов физики

Виртуальные лабораторные работы для всех разделов физики

Course

VirtualLab

VirtualLab

Course

1.

Тематические задачи и правила дорожного движения — категории ABM

1. Тематические задачи и правила дорожного движения — категории ABM

Курс содержит вопросы экзаменационных билетов по ПДД распределенных…

Course

2. Правила дорожного движения по задачам — категории АВМ

2. Правила дорожного движения по задачам — категории АВМ

Курс содержит тесты по правилам дорожного движения, задачи которых …

Course

3. Марафоны по задачам ПДД — категории АВМ

3. Марафоны по задачам ПДД — категории АВМ

Курс содержит тесты сгруппированные по одинаковым темам правил доро…

Course

4. Экзаменационные билеты по ПДД — категории АВМ

4. Экзаменационные билеты по ПДД — категории АВМ

Курс содержит официальные экзаменационные билеты по правилам дорожн. ..

Course

5. Контроль (зачеты и экзамены) — категории ABM

5. Контроль (зачеты и экзамены) — категории ABM

Курс предназначен для проведения внутренних зачетов и экзаменов в а…

Course

ЕГЭ Физика 2022

ЕГЭ Физика 2022

Course

Физика ЕГЭ

Физика ЕГЭ

Course

Физика ОГЭ

Физика ОГЭ

Course

Математика ЕГЭ

Математика ЕГЭ

Course

Электронный учебник «Колебания и волны»

Электронный учебник «Колебания и волны»

Course

Общий физический практикум (Атомная физика)

Общий физический практикум (Атомная физика)

Course

Элементарная физика

Элементарная физика

Раздел курса физики «Элементарная физика» для студентов заочного от. ..

Course

Macromedia Flash

Macromedia Flash

Course

Skip новости сайта

Новости сайта

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Определение КПД тепловой установки при превращении льда в пар»

Приложение моделирует эксперимент по превращению льда в пар. Целью работы является определение коэффициента полезного действия тепловой установки. Виртуальная лабораторная установка …

Read the rest of this topic

(115 words)

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Экспериментальное нахождение массы воды в мокром снеге». В приложении представлена интерактивная модель экспериментальной установки для нахождения массы воды в мокром снеге. Для нахождения искомой величины требуется поместить мокрый снег в …

Read the rest of this topic

(45 words)

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки».  В приложении представлена виртуальная лабораторная установка для определения длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Приложение может быть использовано в качестве …

Read the rest of this topic

(51 words)

Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение удельной теплоты плавления льда». В приложении представлена модель лабораторной работы по физике «Определение удельной теплоты плавления льда». Установка работает в режиме реального времени под управлением электронного блока. Порядок …

Read the rest of this topic

(129 words)

Виртуальная лабораторная работа по физике «Определение удельной теплоемкости жидкостей методом электрокалориметра». Приложение моделирует эксперимент по определению удельной теплоемкости жидкостей методом электрокалориметра. Виртуальная лабораторная установка работает в режиме реального …

Read the rest of this topic

(32 words)

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Градуирование пружины и измерение сил динамометром».   Представленное приложение моделирует одноименную лабораторную установку, описанную в учебнике физики за 7 класс под авторством Перышкина А.В.

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Определение удельной теплоемкости металлов». Приложение моделирует эксперимент по определению удельной теплоемкости металлов. Виртуальная лабораторная установка работает в режиме реального времени и является интерактивной.

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Определение удельной теплоты парообразования воды». Приложение моделирует эксперимент по определению удельной теплоты парообразования воды. Виртуальная лабораторная установка работает в режиме реального времени и является интерактивной.

Виртуальная лабораторная работа МЭШ по физике «Определение постоянной Больцмана». 

Приложение моделирует реальный эксперимент по определению постоянной Больцмана. Виртуальная лабораторная установка работает в режиме реального времени и является многовариантной.

 

Виртуальная лабораторная работа по физике «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры». 

Приложение моделирует одноименную лабораторную работу по физике за 8 класс под авторством Перышкина А.В. Виртуальная лабораторная установка работает в режиме реального времени и …

Read the rest of this topic

(66 words)

Older topics …

Skip Main menu

• Новости сайта Forum

Skip NavigationSkip Login

Create new account

Lost password?

Skip Login

Create new account

Lost password?

Skip Calendar

April 2022

					1	2
3	4	5	6	7	8	9
10	11	12	13	14	15	16
17	18	19	20	21	22	23
24	25	26	27	28	29	30

Skip Online users

No online users (last 5 minutes)

lissazhu

Промежуточная аттестация по физике 8 класс

Билет № 1

Тепловое движение. Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

Лабораторная работа: Измерение работы и мощности электрического тока.

 

Билет № 2

Теплопроводность, конвекция и излучение — виды тепло­передачи. Теплопередача в природе, технике и быту.

Лабораторная работа: Собрать электрическую схему по предложенному чертежу.

 

Билет № 3

Количество теплоты. Удельная теплоемкость. Единицы Q и с. Расчет Q, необходимого для нагревания или выделяе­мого при охлаждении тела.

Задача на закон Джоуля-Ленца.

 

Билет № 4

Энергия топлива. Удельная теплота сгорания топлива. Расчет Q при сгорании топлива.

Задача на расчет мощности и работы электрического тока.

 

Билет № 5

Плавление и отвердевание кристаллических тел. График плавления и отвердевания. Удельная теплота плавления, ее единицы.

Лабораторная работа: регулирование силы тока реостатом.

 

Билет № 6

Испарение и конденсация. Удельная теплота парообразования. Её единицы.

Задача на закон Джоуля-Ленца.

 

Билет № 7

Двигатель внутреннего сгорания. Объяснение его устройства и действия.

Лабораторная работа: измерение напряжения на различных участках электрической цепи.

 

Билет №8

Электризация тел. Опыты, иллюстрирующие явления электризации. Объяснение явления электризации на основе представлений о строение атомов. Два рода электрических зарядов. Взаимодействие зарядов.

Задача на расчет количества теплоты.

 

Билет № 9

Делимость электрического заряда. Опыт, иллюстрирую­щий делимость заряда. Электрон. Ядерная модель атома.

Задача на расчет количества теплоты.

 

Билет № 10

Сила тока. Единицы силы тока. Амперметр и его включение в цепь. Измерьте силу тока в заранее собранной (без амперметра) цепи.

Задача на расчет электрических цепей.

 

Билет № 11

Электрическое напряжение. Единицы напряжения. Вольт­метр. Измерьте напряжение на участке заранее собранной (без вольтметра) цепи.

Задача на расчет количества теплоты.

 

 

Билет № 12

Электрическое сопротивление. Единицы сопротивления. Удельное сопротивление. Закон Ома для участка электри­ческой цепи.

Задача на расчет электрических цепей.

 

Билет № 13

Виды соединения проводников. Сила тока, напряжение и сопротивление, при последовательном и параллельном соеди­нении проводников.

Лабораторная работа: измерение удельной теплоемкости твердого тела.

 

Билет № 14

Работа и мощность электрического тока. Их единицы. Формулы для расчета работы и мощности электрического тока.

Лабораторная работа: Сборка электрической цепи и измерение силы тока в различных участках цепи.

 

Билет № 15

Магнитное поле электрического тока. Опытное подтверждение связи электрического тока и магнитного поля. Электромагниты, их устройство и применение.

Задача на закон Джоуля-Ленца.

 

Билет № 16

Механическое движение. Система отсчета. Равномерное и неравномерное движение. Прямолинейное равномерное движение. Скорость перемещение, уравнение равномерного движения.

Лабораторная работа: Измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра.

 

Билет № 17

Равноускоренное движение. Ускорение. Мгновенная скорость. Уравнение равноускоренного движения.

Задача на расчет сопротивления проводника.

 

Билет № 18

Графическое представление движения. Графики зависимости ускорения, скорости, перемещения от времени.

Задача закон Ома для участка цепи.

 

Промежуточная аттестация по химии 8 класс

Билет 1.

1. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Группы и периоды периодической системы.

2. Задача на нахождение количества вещества продукта реакции по известной массе одного из исходных веществ.

 

Билет 2.

1. Предмет химии. Вещества и их свойства. Чистые вещества и смеси. Очистка смесей.

2. Задача на нахождение объема продукта реакции по известной массе одного из исходных веществ.

 

Билет 3.

1. Атомы и молекулы. Химический элемент. Знаки химических элементов, химические формулы. Закон постоянства состава.

2. Опыт. Распознавание веществ: кислота, щелочь, вода.

 

Билет 4.

1. Простые и сложные неорганические вещества, их состав и классификация.

2. Задача на нахождение массы вещества продукта реакции по известной массе исходного вещества.

 

Билет 5.

1. Классификация химических реакций.

2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав выданной соли.

 

Билет 6.

1. Строение молекул. Химическая связь. Типы химических связей: ковалентная (полярная и неполярная), ионная, металлическая.

2. Опыт. Проведение реакций, характерных для кислот (на примере соляной кислоты кислоты).

 

Билет 7.

1. Физические и химические явления. Признаки химических реакций.

2. Задача на вычисление массовой доли вещества в растворе.

 

Билет 8.

1. Понятие о степени окисления. Составление формул бинарных соединений по степени окисления. Нахождение степени окисления элементов в сложном веществе.

2. Опыт. Выделение чистой поваренной соли из выданной смеси её с речным песком.

 

Билет 9.

1. Строение атома. Ядро (протоны, нейтроны) и электроны. Изотопы. Строение электронных оболочек атомов первых 20 элементов периодической системы Д.И. Менделеева.

2. Задача на вычисление массовой доли элемента в сложном веществе.

 

Билет 10.

1. Вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии. Кристаллические и аморфные вещества. Типы кристаллических решеток (атомная, молекулярная, ионная и металлическая).

2. Задача на вычисление объема продукта реакции по известной массе исходного вещества, содержащего примеси.

 

Билет 11.

1. Электролитическая диссоциация веществ в водных растворах. Электролиты и неэлектролиты. Ионы. Катионы и анионы. Электролитическая диссоциация кислот, щелочей и солей. Реакции ионного обмена.

2. Задача на вычисление массы продукта реакции по известной массе раствора с определенной массовой долей исходного вещества.

Билет 12.

1. Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель.

2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав выданной кислоты.

 

Билет 13.

1. Правила работы в школьной лаборатории. Лабораторная посуда и оборудование. Правила безопасности.

2. Задача на нахождение массы раствора исходного вещества с заданной массовой долей по известной массе продукта реакции.

Билет 14.

1. Основные классы неорганических соединений их классификация по различным признакам.

2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав выданной соли.

 

Билет 15.

1. Оксиды, определение их химические свойства.

2. Опыт. Распознавание кислоты и щелочи среди трех выданных веществ.

 

Билет 16.

1. Основания, определение, их химические свойства.

2. Задача на нахождение массы исходного вещества по известному объему продукта реакции.

 

Билет 17.

1. Соли, определение, их химические свойства.

2. Опыт. Распознавание с помощью характерной реакции соли угольной кислоты среди выданных солей.

 

Билет 18.

1. Кислоты, определение, их химические свойства.

2. Опыт. Признаки химических реакций.

 

Лабораторная работа «измерение удельной теплоемкости твердого тела». Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников Лабораторная работа 8 измерение

Цель – определить момент инерции тела методом крутильных колебаний.

Приборы и материалы : измерительная установка, набор тел, секундомер.

Описание установки и метода измерения

Измерительная установка представляет собой круглый диск, подвешенный на упругой стальной проволоке и предназначенный для помещения тел, момент инерции которых следует определить (рис. 8.1).

Рис. 8.1

Прибор центруется при помощи двух подвижных грузов, закрепленных на диске. Поворачивая диск прибора на некоторый угол вокруг вертикальной оси, закручивают стальной подвес.

При повороте тела на угол  проволока закручивается и возникает момент сил M , стремящийся вернуть тело в положение равновесия. Эксперимент показывает, что в довольно широких пределах момент сил М пропорционален углу закручивания  , т. е.
(сравните: упругая сила
). Отпускают диск, предоставляя ему возможность совершать крутильные колебания. Период крутильных колебаний определяется выражением
, гдеf – модуль кручения; J – момент инерции колеблющейся системы.

Для прибора
. (8.1)

Равенство (8.1) содержит две неизвестные величины f и J пр . Поэтому необходимо повторить опыт, предварительно поместив на диск установки эталонное тело с известным моментом инерции. В качестве эталона взят сплошной цилиндр, момент инерции которого J эт .

Определив новый период колебаний прибора с эталоном, составляем уравнение, аналогичное уравнению (8.1):

. (8.2)

Решая систему уравнений (8.1) и (8.2), определяем модуль кручения f и момент инерции прибора J пр при данном положении грузов. (Вывод расчетных формул для f и J пр сделайте самостоятельно при подготовке к лабораторной работе и приведите его в отчете). Сняв эталон, помещают на диск прибора тело, момент инерции которого относительно оси прибора нужно определить. Установку центрируют и вновь определяют период крутильных колебаний T 2 , который в этом случае запишется в виде

. (8.3)

Зная иf , рассчитывают момент инерции тела относительно оси прибора на основании формулы (8.3).

Данные всех измерений и расчетов заносят в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Измеряемые и расчетные величины для определения момента инерции методом крутильных колебаний

	t пр	T пр	t 1	T 1	t 2	T 2
		пр >=	1 >= ¦ >= пр >=	2 >= т >

Задание 1.

Определение периодов крутильных колебаний прибора, прибора с эталоном, прибора с телом

1. Замерить секундомером время t пр 20–30 полных колебаний прибора и определить
.

2. Опыт повторить 5 раз и определить пр > .

3. Поместить на диск прибора эталон и аналогично определить 1 >.

4. Поместить на диск прибора тело, установку отцентрировать, определить 2 > .

Результаты измерений занести в табл. 8.1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени академика М.Ф. Решетнева

Кафедра технической физики

Лабораторная работа №8

ЧЕТЫРЕХЗОНДОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Твердотельная электроника»

Составитель: Паршин А.С.

Красноярск 2003

Лабораторная работа №8. Четырехзондовый метод измерения сопротивления полупроводников1

Теория метода. 1

Экспериментальная установка. 3

Порядок выполнения работы.. 5

Требования к оформлению отчета. 7

Контрольные вопросы.. 7

Литература. 7

Цель работы: исследование температурной зависимости удельного электросопротивления полупроводника четырехзондовым методом, определение ширины запрещенной зоны полупроводника.

Теория метода

Четырехзондовый метод измерения удельного сопротивления полупроводников является самым распространенным. Преимущество этого метода состоит в том, что для его применения не требуется создания омических контактов к образцу, возможно измерение удельного сопротивления образцов самой разнообразной формы и размеров. Условием его применения с точки зрения формы образца является наличие плоской поверхности, линейные размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.

Схема измерения сопротивления четырехзондовым методом представлена на рис. 1. На плоской поверхности образца вдоль прямой линии размещены четыре металлических зонда с малой площадью соприкосновения. Расстояния между зондами s 1 , s 2 и s 3 . Через внешние зонды 1 и 4 пропускают электрический ток I 14 , на внутренних зондах 2 и 3 измеряют разность потенциалов U 23 . По измеренным значениям I 14 и U 23 можно определить удельное сопротивление полупроводника.

Чтобы найти расчетную формулу для удельного сопротивления, рассмотрим вначале задачу о распределении потенциала вокруг отдельного точечного зонда (рис.2). Для решения этой задачи необходимо записать уравнение Лапласа в сферической системе координат, т.к. распределение потенциала имеет сферическую симметрию:

.(1)

Решение уравнения (1) при условии, что потенциал при r=0 положителен, стремится к нулю, при очень больших r имеет следующий вид

Константу интегрирования С можно вычислить из условия для напряженности электрического поля Е на некотором расстоянии от зонда r=r 0 :

.

Так как плотность тока, протекающего через полусферу радиусом r 0 , j = I /(2π r 0 2), а в соответствии с законом Ома j = E /ρ , то E (r 0 )=I ρ/ (2π r 0 2).

Таким образом

Если радиус контакта r 1 , то потенциал его острия

Очевидно, что это же значение имеет потенциал на образце в точке его контакта с зондом. Согласно формуле (3), следует, что основное падение напряжения происходит в приконтактной области и, следовательно, значения протекающего через образец тока определяется сопротивлением приконтактной области. Протяженность этой области тем меньше, чем меньше радиус зонда.

Электрический потенциал в любой точке образца можно найти как алгебраическую сумму потенциалов, создаваемых в этой точке током каждого зонда. Для тока, втекающего в образец, потенциал имеет положительное значение, а для тока, вытекающего из образца, — отрицательное. Для системы зондов, показанных на рис. 1, потенциалы измерительных зондов 2 и 3

;

.

Разность потенциалов между измерительными контактами 2 и 3

Отсюда удельное сопротивление образца

.(5)

Если расстояния между зондами одинаковы, т.е. s 1 =s 2 =s 3 =s , то

Таким образом, для измерения удельного электросопротивления образца четырехзондовым методом достаточно измерить расстояние между зондами s , падение напряжения U 23 на измерительных зондах и ток, протекающий через образец I 14 .

Экспериментальная установка

Измерительная установка реализована на базе универсального лабораторного стенда. В данной лабораторной работе используются следующие приборы и оборудование:

1. Термокамера с образцом и измерительной головкой;

2. Источник постоянного тока ТЕС-41;

3. Источник постоянного напряжения Б5-47;

4. Универсальные цифровые вольтметры В7-21А;

5. Соединительные провода.

Блок-схема экспериментальной установки показана на рис. 3.

Образец помещается на измерительный столик термокамеры . Измерительная головка прижимается пружинным механизмом манипулятора к плоской полированной поверхности образца. Внутри измерительного столика располагается нагреватель, питание которого осуществляется от стабилизированного источника постоянного тока ТЕС-41, работающего в режиме стабилизации тока. Температура образца контролируется с помощью термопары или термосопротивления . Для ускорения процесса измерения можно пользоваться градуированными кривыми, представленными в приложении, которые позволяют определить температуру образца по току нагревателя. Величина тока нагревателя измеряется встроенным в источник тока амперметром.

Ток через контакты 1 и 4 создается с помощью регулируемого стабилизированного источника постоянного тока Б7-47 и контролируется универсальным цифровым прибором В7-21А, включенном в режиме амперметра. Напряжение, возникающее между измерительными зондами 2 и 3, регистрируется высокоомным цифровым вольтметром В7-21А. Измерения необходимо поводить при наименьшем токе через образец, определяемый возможностью измерения малых напряжений. При больших токах возможен нагрев образца, искажающий результаты измерений. Уменьшение рабочего тока одновременно снижает модуляцию проводимости образца, вызванную инжекцией носителей заряда при протекании тока.

Основной проблемой при измерении электросопротивления зондовыми методами является проблема контактов. Для высоковакуумных образцов иногда необходимо проводить электрическую формовку контактов для получения малых контактных сопротивлений. Формовку контактов измерительного зонда осуществляют кратковременной подачей на измерительный зонд постоянного напряжения несколько десятков или даже сотен Вольт.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с описанием приборов, необходимых для выполнения работы. Собрать схему измерительной установки согласно рис. 3. При подключении универсальных вольтметров В7-21А обратить внимание, что один должен работать в режиме измерения напряжения, другой – измерения тока. На схеме они обозначены значками » U » и » I » соответственно. Проверить правильность установки переключателей режимов на этих приборах.

2. После проверки правильности сборки измерительной установки преподавателем или инженером включить вольтметры и источник напряжения Б7-47.

3. Установить напряжение источника Б7-47 равным 5В. Если напряжение и сила тока на образце меняется со временем, то провести с помощью преподавателей пли инженера электрическую формовку контактов измерительного зонда.

4. Провести измерения падения напряжения U + 23 и U – 23 при разных направления тока I 14 . Полученные значения напряжения усредняют для ого, чтобы исключить таким образом продольную термо-ЭДС , возникающую на образце вследствие градиента температуры. Данные эксперимента и расчетов значений напряжений занести в таблицу 1.

Форма таблицы 1

	I нагр, А	Т, K	I 14, мА	U + 23 , В	U – 23 , В

5. Повторить измерения при другой температуре образца. Для этого необходимо установить ток нагревателя термокамеры I нагр, =0.5 А , подождать 5–10 минут, чтобы температура образца стабилизировалась, и записать показания приборов в таблицу 1. Температуру образца определить по градуировочной кривой, представленной в приложении.

6. Аналогично измерения сделать последовательно для значений тока нагревателя 0.9, 1.1, 1.2, 1.5, 1.8 А. Результаты всех измерений занести в таблицу 1.

7. Обработать полученные экспериментальные результаты. Для этого, используя результаты, представленные в таблице 1, вычислить 10 3 /Т , удельное электросопротивление образца при каждой температуре ρ по формуле (6), удельную электропроводность

натуральный логарифм удельной электропроводности ln σ . Все результаты расчетов занести в таблицу 2.

Форма таблицы 2

	T,K	, K -1	ρ, Ом·м	σ, (Ом · м) -1	ln σ

8. Построить график зависимости . Проанализировать ход кривых, отметить области примесной и собственной проводимостей. краткое описание задачи, поставленной в работе;

· схему измерительной установки;

· результаты измерений и расчетов;

· график зависимости ;

· анализ полученных результатов;

· выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Собственные и примесные полупроводники. Зонная структура собственных и примесных полупроводников. Ширина запрещенной зоны. Энергия активации примеси.

2. Механизм электропроводности собственных и примесных полупроводников.

3. Температурная зависимость электропроводности собственных полупроводников.

4. Температурная зависимость электропроводности примесных полупроводников.

5. Определение ширины запрещенной зоны и энергия активации примеси по температурной зависимости удельной электропроводности.

6. Четырехзондовый метод измерения электросопротивления полупроводников: область применения, его преимущества и недостатки.

7. Задача о распределении потенциала электрического поля вблизи зонда.

8. Вывод расчетной формулы (6).

9. Схема и принцип работы экспериментальной установки.

10. Объясните экспериментально полученный график зависимости , как из этого графика определили ширину запрещенной зоны?

Литература

1. Павлов Л.П. методы измерения параметров полупроводниковых материалов: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1987.- 239 с.

2. Лысов В.Ф. Практикум по физике полупроводников. –М .: Просвещение, 1976.- 207 с.

3. Епифанов Г.И., Мома Ю.А. Твердотельная электроника: Учаб . для студентов вузов. – М.: Высш . шк ., 1986.- 304 с.

4. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела. — М.: Наука, 1978.- 792 с .

5. Шалимова К.В. Физика полупроводников: Учебное пособие для вузов. – М.: Энергия, 1971.- 312 с .

6. Фридрихов С.А., Мовнин С.М. Физические основы электронной техники: Учебник для вузов. – М.: Высш . шк ., 1982.- 608 с.

План-конспект урока физики в 8 классе

Тема: Лабораторная работа «Измерение мощности и работы тока в электрической лампе». Цели урока : 1. Формировать у учащихся практические навыки работы с электрическими цепями. 2. Развивать познавательные процессы: память, логического мышления – через построение умозаключений, внимания – через умение анализировать, делать выводы, подводить итоги в ходе практической работы и при решении задач. 3. Дать возможность почувствовать свой потенциал каждому ученику.

ХОД УРОКА

I . Актуализация знаний, целеполагание. Поставим пред собою цель, чтобы после этого урока легко мог каждый измерять I , и U , рассчитывать работу и мощность электрического тока .Сегодня мы выполним работу по определению работы и мощности электрического тока. Каждый будет работать в своем темпе, поэтому кому-то удастся сделать меньше, кому-то – больше, но лабораторная работа – обязательна для всех.Отчет о результатах работы – оценивается.Повторение, подготовка к выполнению лабораторной работы.

1. Что такое работа электрического тока? Как ее можно рассчитать? В каких единицах она измеряется? Что такое электрическая мощность? Как ее можно рассчитать? В каких единицах она измеряется? Какие вам известны способы измерения физических величин? Как бы вы предложили измерить силу тока и напряжение? Как включают в цепь амперметр и вольтметр?

Итак, давайте наметим план выполнения работы. Предполагаемый ответ ученика: – Начертить схему электрической цепи. – Собрать электрическую цепь по схеме. – Измерить силу тока и напряжение. – Вычислить по формулам работу и мощность тока. – Вычислить мощность по показаниям на цоколе электрической лампочки. – Сравнить вычисления в двух случаях.

II . Повторяем правила поведения на лабораторном уроке с последующей подписью в журнале по технике безопасности .

И Н С Т Р У К Ц И Я

по технике безопасности для кабинета физики

Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания учителя.

Не приступайте к выполнению работы без разрешения учителя.

Размещайте приборы, материалы, оборудование на своём рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

Перед выполнением работы необходимо внимательно изучить её содержание и ход выполнения.

Для предотвращения падения при проведении опытов стеклянную посуду закрепляйте в лапке штатива.

При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. При работе с приборами из стекла соблюдайте особую осторожность. Не вынимайте термометры из пробирок с затвердевшим веществом.

следите за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях. Не прикасайтесь и не наклоняйтесь к вращающимся частям машин.

При сборке экспериментальных установок используйте провода с прочной изоляцией без видимых повреждений.

При сборке электрической цепи избегайте пересечения проводов, запрещается пользоваться проводниками с изношенной изоляцией и выключателями открытого типа.

Источник тока в электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Собранную цепь включайте только после проверки и с разрешения учителя.

Не прикасайтесь к находящимся под напряжением элементам цепей, лишённых изоляции. Не производите пересоединение цепей и смену предохранителей до отключения источника электропитания.

Следите за тем, чтобы во время работы случайно не коснуться вращающихся частей электрических машин. Не производите пересоединений в электроцепях машин до полной остановки якоря или ротора машины

III. На экране – возможный вариант оформления работы, которым ученики могут воспользоваться.

Лабораторная работа № 7

«Измерение мощности и работы тока в электрической лампе»

Цель работы: научиться определять мощность и работу тока в лампе, используя амперметр, вольтметр и часы. Приборы и материалы: источник питания, низковольтная лампа на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соединительные провода, часы с секундной стрелкой.Рабочие формулы: P = U х I A = P х t .
Выполнение работы 1 .Собираю цепь по схеме:
2. Измеряю вольтметром напряжение на лампе: U = B 3. Измеряю амперметром силу тока:I = A 4. Вычисляю мощность тока в лампе:Р = Вт. 5. Засекаю время включения и выключения лампы: t = 60 c . По времени ее горения и мощности определите работу тока в лампе: А= Дж. 6. Проверяю, совпадает ли полученное значение мощности с мощностью, обозначенной на лампе. На лампе мощность P = U х I = Вт В эксперименте = Вт Вывод: мощность лампы равна Вт, работа, совершенная током за минуту = Дж. Мощность, указанная на лампе и мощность, полученная в эксперименте не совпадают так как
IV. Решение задач(для тех, кто справится раньше):
1. В результате протягивания проволоки через волочильный станок ее длина увеличилась в 3 раза (при неизменном объеме). Во сколько раз изменились при этом площадь поперечного сечения и сопротивление проволоки? Ответ: В 3 раза площадь уменьшилась, а сопротивление увеличилось в 9 раз.
2. Имеется два медных провода одинаковой длины. Площадь поперечного сечения первого провода в 1,5 раза больше, чем второго. В каком проводе сила тока будет больше и во сколько раз при одинаковом напряжении на них? Ответ: В 1 проводе сила тока будет больше в 1,5 раза, т.к. сопротивление этого провода меньше.
3. Два провода – алюминиевый и медный – имеют одинаковую площадь поперечного сечения и сопротивление. Какой провод длиннее и во сколько раз? (удельное сопротивление меди — 0,017 Ом мм 2 /м, а алюминия — 0,028 Ом мм 2 /м) Ответ:Медный провод длиннее в 1,6 раза, т. к.удельное сопротивление меди меньше, чем алюминия в 1,6 раза.

Подведение итогов урока:

1. Какую цель ставили вы лично перед собой? Достигнута ли она? Оцените свою работу на уроке.

Урок 47. Лабораторная работа 8

Измерение скорости неравномерного движения

Бригада__________________

__________________

Оборудование: прибор для изучения прямолинейного движения, штатив.

Цель работы: доказать, что тело, движущееся прямолинейно по наклонной плоскости, движется равноускоренно и найти значение ускорения.

На уроке во время демонстрационного эксперимента мы убедились, что если тело не касается наклонной плоскости, вдоль которой движется (магнитная левитация), то его движение является равноускоренным. Перед нами стоит задача понять, как будет двигаться тело, в том случае, когда оно скользит по наклонной плоскости, т.е. между поверхностью и телом существует сила трения, которая препятствует движению.

Выдвинем гипотезу, что тело по наклонной плоскости скользит, тоже равноускоренно и проверим ее экспериментально, построив график зависимости скорости движения от времени. При равноускоренном движении этот график представляет собой прямую линию, выходящую из начала координат. Если построенный нами график, с точностью до погрешности измерений, можно будет считать прямой линией, то движение на исследованном отрезке пути можно считать равноускоренным. В противном случае это более сложное неравномерное движение.

Для определения скорости в рамках нашей гипотезы воспользуемся формулами равнопеременного движения. Если движение начинается из состояния покоя, то V = at (1), где а — ускорение, t – время движения, V -скорость тела в момент времени t . Для равноускоренного движения без начальной скорости справедливо соотношение s = at 2 /2 , где s – путь пройденный телом за время движения t. Из этой формулы a =2 s / t 2 (2).Подставим (2) в (1), получим: (3). Итак, чтобы определить скорость тела в данной точке траектории, достаточной измерить его перемещение из начального пункта до этой точки и время движения.

Расчет границ погрешностей. Скорость находится из эксперимента путем косвенных измерений. Прямыми измерениями мы находим путь и время, а затем по формуле (3) скорость. Формула для определения границы погрешности скорости в данном случае имеет вид:(4).

Ценка полученных результатов. В силу того, что в измерениях расстояния и времени присутствуют погрешности, значения скорости V не лягут точно на прямую (Рис 1,черная линия ). Чтобы ответить на вопрос, можно ли считать исследуемое движение равноускоренным необходимо вычислить границы погрешностей изменения скорости, отложить эти погрешности на графике для каждой измененной скорости(красные полоски), п остроить коридор(пунктирные линии),

Не выходящий за границы погрешностей. Если это возможно, то такое движение при данной погрешности измерений, можно считать равноускоренным. Прямая линия (синяя), выходящая из начала координат, расположенная полностью в этом коридоре и проходящая как можно ближе к измеренным значениям скоростей является искомой зависимостью скорости от времени: V =at. Чтобы определить ускорение надо взять на графике произвольную точку и разделить значение скорости в этой точке V 0 на время в ней же t 0:а= V 0 / t 0 (5).

Ход работы:

1. Собираем установку для определения скорости. Направляющую рейку закрепляем на высоте 18-20 см. Размещаем каретку в самом верху рейки и датчик располагаем так, чтобы секундомер включался в момент начала движения каретки. Второй датчик последовательно расположим примерно на расстояниях: 10, 20, 30, 40 см для проведения 4 опытов. Данные заносим в Таблицу.

2. Производим 6 пусков каретки для каждого положения второго датчика, всякий раз занося в Таблицу показания секундомера. Таблица

Скорость		Скорость		Скорость		Скорость

3. Вычисляем среднее значение времени движения каретки между датчиками – t ср.

4. Подставляя значения s и t ср в формулу (3) определяем скорости в точках, где установлен второй датчик. Данные заносим в Таблицу.

5. Строим график зависимости скорости движения каретки от времени.

6

Погрешность измерения пути и времени:

∆s= 0,002 м, ∆t=0,01 c.

7. По формуле (4) находим ∆V для каждого значения скорости. В данном случае время t в формуле, это t ср.

8. Найденные значения ∆V откладываем на графике для каждой построенной точки.

. Строим коридор погрешностей и смотрим, попадают ли в него рассчитанные скорости V.

10. Проводим в коридоре погрешностей из начала координат прямую V=at и определяем по графику значение ускорения а по формуле (5): а=

Вывод:__________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лабораторная работа №5

Лабораторная работа №5

Определение оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы .

Оборудование: линейка, два прямоугольных треугольника, длиннофокусная собирающая линза, лампочка на подставке с колпачком, источник тока, выключатель, соединительные провода, экран, направляющая рейка.

Теоретическая часть:

Простейший способ измерения оптической силы и фокусного расстояния линзы основан на использовании формулы линзы

d – расстояние от предмета до линзы

f – расстояние от линзы до изображения

F – фокусное расстояние

Оптической силой линзы называют величину

В качестве предмета используется светящаяся рассеянным светом буква в колпачке осветителя. Действительное изображение этой буквы получают на экране.

Изображение действительное перевернутое увеличенное:

Изображение мнимое прямое увеличенное:

Примерный ход работы:

F = 8 см = 0,08 м

F = 7 см = 0,07 м

F = 9 см = 0,09 м

Лабораторная работа по физике №3

Лабораторная работа по физике №3

ученицы 11 класса «Б»

Алексеевой Марии

Определение ускорения свободного падения при помощи маятника.

Оборудование:

Теоретическая часть:

Для измерения ускорения свободного падения применяются разнообразные гравиметры, в частности маятниковые приборы. С их помощью удается измерить ускорение свободного падения с абсолютной погрешностью порядка 10 -5 м/с 2 .

В работе используется простейший маятниковый прибор – шарик на нити. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания равен

Для увеличения точности измерения периода нужно измерить время t остаточно большого числа N полных колебаний маятника. Тогда период

И ускорение свободного падения может быть вычислено по формуле

Проведение эксперимента:

Установить на краю стола штатив.

У его верхнего конца укрепить с помощью муфты кольцо и повесить к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 1-2 см от пола.

Измерить лентой длину l маятника.

Возбудить колебания маятника, отклонив шарик в сторону на 5-8 см и отпустив его.

Измерить в нескольких экспериментах время t 50 колебаний маятника и вычислить t ср:

Вывод: Получается, что ускорение свободного падения, измеренное при помощи маятника, приблизительно равно табличному ускорению свободного падения (g=9,81 м/с 2) при длине нити 1 метр.

Алексеева Мария, ученица 11 “Б” класса

гимназии № 201 , г. Москва

Учитель физики гимназии № 201 Львовский М.Б.

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 4

Измерение показателя преломления стекла

ученицы 11 класса «Б» Алексеевой Марии.

Цель работы: измерение показателя преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции.

Теоретическая часть: показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле:

Таблица вычислений:

Вычисления:

n пр1=AE 1 / DC 1 =34мм/22мм=1,5

n пр2=AE 2 / DC 2 =22мм/14мм=1,55

Вывод: Определив показатель преломления стекла, можно доказать что это величина не зависит от угла падения.

Лабораторная работа №6

Лабораторная работа №6.

Измерение световой волны.

Оборудование: дифракционная решетка с периодом 1/100 мм или 1/50 мм.

Схема установки:

1. Держатель.

2. Черный экран.

   Узкая вертикальная щель.

Цель работы: экспериментальное определение световой волны с помощью дифракционной решетки.

Теоретическая часть:

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными помежутками.

Источник

Длина волны определяется по формуле:

Где d – период решетки

k – порядок спектра

Угол, под котором наблюдается максимум света

Уравнение дифракционной решетки:

Поскольку углы, под которыми наблюдается максимумы 1-го и 2-го порядков, не превышают 5 , можно вместо синусов углов использовать их тангенсы.

Следовательно,

Расстояние а отсчитывают по линейке от решетки до экрана, расстояние b – по шкале экрана от щели до выбранной линии спектра.

Окончательная формула для определения длины волны имеет вид

В этой работе погрешность измерений длин волн не оценивается из-за некоторой неопределенности выбора середины части спектра.

Примерный ход работы:

b=8 см, a=1 м; k=1; d=10 -5 м

(красный цвет)

d – период решетки

Вывод: Измерив экспериментально длину волн красного света с помощью дифракционной решетки, мы пришли к выводу, что она позволяет очень точно измерить длины световых волн.

Урок 43

Урок 43. Лабораторная работа 7

Измерение ускорения тела

Бригада ____________________

____________________

Цель исследования: измерить ускорение движения бруска по прямому наклонному желобу.

Приборы и материалы: штатив, направляющая рейка, каретка, грузы, датчики времени, электронный секундомер, поролоновая подставка.

Теоретическое обоснование работы:

Определение ускорения тела будем производить по формуле: , где v 1 и v 2 мгновенные скорости тела в точках 1 и 2, измеренные в моменты времени t 1 и t 2 , соответственно. За ось Х выберем линейку, расположенную вдоль направляющей рейки.

Ход работы:

1. Выберем на линейке две точки х 1 и х 2 , в которых будем измерять мгновенные скорости и занесем их координаты в Таблицу 1.

Таблица 1.

Точки на оси Х для измерения мгновенной скорости		Δх 1 = х ’ 1 — х 1 Δх 1 = см				Δх 2 = х ’ 2 — х 2 Δх 2 = см
Определение интервалов времени	Δt 1 = t ’ 1 — t 1 Δ t 1 = c			Δt 2 = t ’ 2 — t 2 Δ t 2 = c
Определение мгновенной скорости	v 1 = Δх 1 / Δt 1 v 1 = м/c		v 2 = Δх 2 / Δt 2 v 2 = м/с		Δ v = м/c
Определение интервала времени между точками измерения скоростей	Δ t = с
Определение ускорения каретки

2. Выберем на линейке точки х ’ 1 и х ’ 2 конечные точки интервалов для измерения мгновенных скоростей и рассчитаем длины отрезков Δх 1 и Δх 2 .

3. Установим датчики измерения времени сначала в точках х 1 и х ’ 1 , запустим каретку и запишем измеренный интервал времени прохождения каретки между датчиками Δ t 1 в таблицу.

4. Повторим измерение для интервала Δ t 2 , времени за которое каретка проходит между точками х 2 и х ’ 2 , установив датчики в эти точки и запустив каретку. Данные также занесем в таблицу.

5. Определим мгновенные скорости v 1 и v 2 в точкахх 1 и х 2 , а так же изменение скорости между точками Δ v , данные заносим в таблицу.

6. Определим интервал времени Δ t = t 2 — t 1 , которое затратит каретка на прохождение отрезка между точками х 1 и х 2 . Для этого расположим датчики в точках х 1 и х 2 , и запустим каретку. Время, показанное секундомером, заносим в таблицу.

7. Рассчитаем ускорение каретки а по формуле. Полученный результат занесем в последнюю строку таблицы.

8. Делаем вывод, с каким движением мы имеем дело.

Вывод: ___________________________________________________________

___________________________________________________________________

9. Аккуратно разбираем установку, сдаем работу, и с чувствами исполненного долга и собственного достоинства покидаем класс.

Лабораторная работа по физике №7

Ученицы 11 класса «Б» Садыковой Марии

Наблюдение сплошного и линейчатого спектров.

Оборудование: проекционный аппарат, спектральные трубки с водородом, неоном или гелием, высоковольтный индуктор, источник питания, штатив, соединительные провода, стеклянная пластина со скошенными гранями.

Цель работы: с помощью необходимого оборудования наблюдать (экспериментально) сплошной спектр, неоновый, гелиевый или водородный.

Ход работы:

Располагаем пластину горизонтально перед глазом. Сквозь грани наблюдаем на экране изображение раздвижной щели проекционного аппарата. Мы видим основные цвета полученного сплошного спектра в следующем порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Данный спектр непрерывен. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. Таким образом, мы выяснили, что сплошные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.

Мы видим множество цветных линий, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенной длины волны.

Водородный спектр: фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый.

Наиболее яркой является оранжевая линия спектра.

Спектр гелия: голубой, зеленый, желтый, красный.

Наиболее яркой является желтая линия.

Основываясь на нашем опыте, мы можем сделать вывод, что линейчатые спектры дают все вещества в газообразном состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.

Урок 37

Урок 42 . Лабораторная работа №5.

Зависимость силы электромагнита от силы тока

Бригада ___________________

___________________

Цель работы: Установить зависимость между силой тока, протекающего по катушке электромагнита, и силой, с которой электромагнит притягивает металлические предметы.

Приборы и материалы: катушка с сердечником, амперметр, переменное сопротивление (реостат), динамометр, блок питания, гвоздь, соединительные провода, ключ, штатив с держателем, металлическая подставка под магнитные детали.

Ход работы:

1. Соберите установку, показанную на рисунке. Закрепите лапку держателя в верхней части штатива. В держателе зажмите верхнюю часть динамометра, как показано на рисунке. Привяжите к гвоздю нитку, так чтобы она попала в углубление на остром конце гвоздя и не соскакивала с него. С противоположной стороны нити сделайте петлю и повесьте гвоздь на крючок динамометра.

Запишите показания динамометра. Это вес гвоздя, он вам понадобится при измерении силы магнита:

3. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке. Питание не включать, пока преподаватель не проверить правильность сборки.

4. Замкнуть ключ и, вращая реостат от максимального левого до максимального правого положения определить диапазон изменения тока цепи.

Ток меняется от___А до ____А.

5. Выберите три значения тока, максимальное и два меньших и занесите

Их во второй столбец таблицы. Вы проведете три опыта с каждым значением тока.

6. Замкните цепь и установите на амперметре с помощью реостата первое выбранное вами значение тока.

7. Прикоснитесь сердечником катушки к шляпке висящего на динамометре гвоздя. Гвоздь прилип к сердечнику. Опускайте катушку вертикально вниз и следите за показаниями динамометра. Запомните показания динамометра в момент отрыва катушки и занесите его в колонку F 1 .

8. Повторите еще два раза опыт с этой силой тока. Значения силы на динамометре в момент отрыва гвоздя занесите в колонки F 2 и F 3 . Они могут немного отличаться от первого из-за неточности измерения. Найдите среднее магнитной силы катушки по формуле F cp = (F 1 +F 2 +F 3)/3 и занесите колонку «Средняя сила».

9. Динамометр показывал значение силы равное сумме веса гвоздя и магнитной силы катушки: F = P + F M . Отсюда сила катушки равна F M = F – P. Вычтите из F cp вес гвоздя Р и результат запишите в колонку «Магнитная сила».

Номер	Сила тока I, А	Показания динамометра F, Н			Средняя сила F cp , Н	Магнитная сила F M , Н

10. Повторите опыты дважды с другими силами тока и заполните оставшиеся ячейки таблицы.

I,A 1. Постройте график зависимости магнитной силы F M от силы тока I .

скорости Оборудование … лабораторные работы Новая лабораторная работа Тема 4 Лабораторная работа №6. Измерение естественного…

Авдеева исследовательские работы по экологии введение

Автореферат диссертации

Оценки скорости течения воды провести измерения скорости течения воды Оборудование : … практикума, на уроках географии 7 класса в качестве лабораторной работы «Изучение… автомобилей отличается значительной неравномерностью в пространстве и времени…

На данном уроке мы будем рассматривать практическое применение полученных знаний на примере проведения лабораторной работы по физике с целью измерения удельной теплоемкости твердого тела. Мы познакомимся с основным оборудованием, которое будет необходимо для проведения данного опыта, и рассмотрим технологию проведения практических работ по измерению физических величин.

1. Поместим металлический цилиндр в стакан с горячей водой и измерим термометром ее температуру. Она будет равняться температуре цилиндра, т. к. через определенное время температуры воды и цилиндра сравняются.

2. Затем нальем в калориметр холодную воду и измерим ее температуру.

3. После этого поместим привязанный на нитке цилиндр в калориметр с холодной водой и, помешивая в нем воду термометром, измерим установившуюся в результате теплообмена температуру (рис. 6).

Рис. 6. Ход выполнения лабораторной работы

Измеренная установившаяся конечная температура в калориметре и остальные данные позволят нам рассчитать удельную теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр. Вычислять искомую величину мы будем исходя из того, что, остывая, цилиндр отдает ровно такое же количество теплоты, что и получает вода при нагревании, происходит так называемый теплообмен (рис. 7).

Рис. 7. Теплообмен

Соответственно получаем следующие уравнения. Для нагрева воды необходимо количество теплоты:

, где:

Удельная теплоемкость воды (табличная величина), ;

Масса воды, которую можно определить с помощью весов, кг;

Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

Начальная температура холодной воды, измеренная с помощью термометра, o .

При остывании металлического цилиндра выделится количество теплоты:

, где:

Удельная теплоемкость металла, из которого изготовлен цилиндр (искомая величина), ;

Масса цилиндра, которую можно определить с помощью весов, кг;

Температура горячей воды и, соответственно, начальная температура цилиндра, измеренная с помощью термометра, o ;

Конечная температура воды и цилиндра, измеренная с помощью термометра, o .

Замечание. В обеих формулах мы вычитаем из большей температуры меньшую для определения положительного значения количества теплоты.

Как было указано ранее, в процессе теплообмена количество теплоты, полученное водой, равно количеству теплоты, которое отдал металлический цилиндр:

Следовательно, удельная теплоемкость материала цилиндра:

Полученные результаты в любой лабораторной работе удобно записывать в таблицу, причем проводить для получения усредненного максимально точно приближенного результата несколько измерений и вычислений. В нашем случае таблица может выглядеть примерно следующим образом:

Масса воды в калориметре	Начальная температура воды	Масса цилиндра	Начальная температура цилиндра	Конечная температура

Вывод: вычисленное значение удельной теплоемкости материала цилиндра .

Сегодня мы рассмотрели методику проведения лабораторной работы по измерению удельной теплоемкости твердого тела. На следующем уроке мы поговорим о выделении энергии при сгорании топлива.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. — М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.

1. Интернет-портал «5terka.com» ()
2. Интернет-портал «k2x2.info» ()
3. Интернет-портал «youtube.com» ()

Домашнее задание

1. На каком из этапов проведения лабораторной работы есть вероятность получить наибольшую погрешность измерений?
2. Какими должны быть материалы и устройство калориметра для получения наиболее точных результатов измерений?
3. *Предложите свою методику измерения удельной теплоемкости жидкости.

Как определить удельную теплоемкость материалов Накопитель тепловой энергии использует примеры приложений igcse/O level/gcse Замечания по пересмотру физики

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ — объяснение и ее применение

IGCSE AQA GCSE Physics Edexcel GCSE Physics OCR GCSE Gateway Science Physics OCR GCSE 21st Century Science Physics Примечания к пересмотру школьной физики Дока Брауна: GCSE физика, физика IGCSE, физика уровня O, ~8, 9 классы СШАи 10 школьные курсы по естествознанию или эквивалентные для ~ 14-16 летних учащихся физика

Как определить удельную теплоемкость материала

Применение данных – накопление тепловой энергии и расчеты

Всякий раз, когда любой материал нагревается до более высокой температуры вы увеличиваете запас тепловой энергии материала. Мера того, сколько энергии необходимо, чтобы поднять температуры данного количества вещества до определенной температуры называется теплоемкостью материала. удельная теплоемкость вещества можно определить как количество энергии, необходимое для изменения температуры один килограмм вещества на один градус Цельсия. Из удельной теплоемкости материал, количество материала и температура изменяют материал опыта, вы можете рассчитать увеличение или уменьшение этого материала запас тепловой энергии.

Субиндекс для этой страницы

1. Объяснение и определение удельная теплоемкость вместимость материалов

2. Примеры вопросов включая удельную теплоемкость

3а. Как измерить удельная теплоемкость вещества — твердое

3б. Измерение удельная теплоемкость жидкости типа воды

3с. Два способа измерения теплоемкости твердого тела косвенным методом

4. Применение тепла данные о мощности — примеры систем хранения тепловой энергии — тепловая энергия переводы

ВСЕ мои заметки по физике

Найдите свой GCSE научный курс для получения дополнительной помощи, ссылки на примечания к редакции

Используй свой мобильный телефон или ipad и т. д. в «ландшафтном» режиме

это БОЛЬШОЕ веб-сайте, вам нужно потратить время на его изучение [Поиск по веб-сайту Коробка]

электронный документ коричневый

---

1. Объяснение и определение удельной теплоемкости вместимость материалов

Это хорошая идея, чтобы прочитать Примеры преобразования накопления энергии в системах сначала.

Конкретный латентный тепло рассматривается на отдельной странице

Всякий раз, когда вы получаете увеличение температуры системы, энергия должна передаваться от одного накопителя энергии к еще один.

Однако для того же количества переданная энергия тепла, повышение температуры будет варьироваться .

Повышение температуры будет зависеть от количество материала с подогревом и его структура .

Не путайте тепло и температуру !

Когда какой-либо объект нагревается, передаваемая тепловая энергия («тепло») увеличивает тепловую энергию хранилище объекта.

Температура повышается, но температура указывает только на то, насколько горячим или холодным является объект.

Когда вы нагреваете материал , тепловая энергия впитывается и его внутренняя энергия увеличивается за счет увеличения его запасы тепловой энергии и потенциальной энергии .

На уровне частиц это связано с :

(i) Увеличение кинетической энергии магазин , вызванный повышенной вибрацией твердых частиц или повышенной кинетической энергией свободного движения частиц жидкости и газа из одного места в другое.

Из кинетической теории частиц, значение температуры является мерой средней кинетической энергии частицы — большая часть средней внутренней энергии материала.

(ii) Увеличение потенциала энергия , вызванная увеличением кинетической энергии, противодействующей силы притяжения между частицами — частицы в среднем немного дальше друг от друга с повышением температуры.

Внутренний запас энергии представляет собой сумму запас кинетической энергии плюс запас потенциальной энергии — последний может часто игнорируются в описанных здесь ситуациях, касающихся теплоемкости.

Энергия, переданная данному материалу действие в качестве накопителя тепловой энергии для повышения ее температуры на определенную величину может варьироваться в широких пределах.

напр. вам нужно более четырех раз больше тепловой энергии для нагрева данной массы воды до заданной температуры чем для той же массы мазута центрального отопления или алюминия (у них разные удельные теплоемкости — но об этом позже).

Заявка: Солнечные панели могут содержать вода, нагретая излучением Солнца.

Вода обладает высокой теплоемкостью и может хранить много тепловой энергии.

Эта вода затем может быть использована для отапливать здания или обеспечивать горячую воду для бытовых нужд.

Вода обычный транспортер тепловой энергии в системах центрального отопления.

Вода очень хороший термальный запас энергии в горячей бутылке для холодных зимних ночей в постели.

Разные вещества хранят разное количество энергии на килограмм на каждое повышение температуры C.

Другими словами, разные веществам требуется разное количество тепловой энергии, чтобы поднять заданную количества материала при одинаковом повышении температуры.

Это называется удельной теплоемкостью и варьируется от материала к материалу, будь то газ, жидкое или твердое – все зависит от природы и устройства частицы — атомы, ионы или молекулы.

Материалы с высокой теплоемкостью будут выделять много тепловой энергии при охлаждении от более высокого к более низкому температура.

удельная теплоемкость ( SHC или просто c ) из вещества – это количество энергии, необходимое для изменения температуры один килограмм вещества на один градус Цельсия.

Это способ количественная оценка увеличения или уменьшения запаса тепловой энергии материала.

Формула для выражения количество переданного тепла между запасами энергии определяется уравнением.

изменение запаса тепловой энергии (Дж) = масса (кг) x удельная теплоемкость (Дж/кг ^o C) x изменение температуры ( ^o C)

∆E = м х с х ∆θ

∆ Е = передаваемая энергия в джоулях (изменение тепловой энергии)

m = масса материала в килограммах кг

c = SHC = удельная теплоемкость мощность Дж/кг ^o C,

∆ θ = ∆T = изменение температуры в градусах Цельсия ^o C

Удельная теплоемкость вода 4180 Дж/кг ^o C (Джоулей на килограмм на градус),

это означает, что требуется 4180 Дж тепловой энергии поднять температуру 1 кг воды на 1 ^или С.

Количество энергии, хранящейся в (переведено) или высвобождается из системы, так как изменения ее температуры можно рассчитать с помощью приведенное выше уравнение.

Другие значения удельной теплоемкости (Дж/кг ^o C):

лед 2100, алюминий 902, бетон 800, стекло 670, сталь 450, латунь 380, медь 385, свинец 130

Потому что каждый материал имеет разные теплоемкость , хотя можно нагреть ту же массу вещества от одного температуры к другому, вы не можете предположить, что они хранят одинаковое количество тепловая энергия на килограмм.

Материалы с самой высокой теплотой емкость будет сохранять наибольшее количество тепловой энергии на килограмм для того же повышение температуры — они эффективно более концентрированы запас тепловой энергии.

И наоборот, при разрешении материалов охлаждать будут материалы с наибольшей удельной теплоемкостью. высвобождать больше тепловой энергии на килограмм при том же уменьшении температура.

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

2. Примеры вопросов по удельной теплоемкости

Q1 Блок меди массой 0,5 кг поглотил 1520 Дж энергии, а его температура повысилась на 8,0 ^или С.

Рассчитайте удельную теплоемкость медь.

∆E = м x c x ∆T

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T)

SHC _медь = ∆E / (м x ∆T) = 1520 / (0,5 х 8,0) = 380 Дж/кг ^o С

 

Q2 Блоковая бронза имеет удельную теплоемкость 400 Дж/кг ^o С.

Если блок бронзы массой 1500 г поглотит 3000 J энергии, каким будет повышение его температуры?

∆E = m x c x ∆T, 1500 г = 1. 500 кг

так переставляя: ∆T = ∆E / (м x SHC _бронза ) = 3000 / (1,5 x 400) = 5.0 ^или С

 

Q3 Рассчитайте тепловую энергию в кДж, необходимую для нагревания 2 кг воды (SHC = 4180 Дж/кг ^o С) с 20 ^o С до 100 ^o С.

∆E = м х с х ∆T = 2 х 4180 х (100-20) = 6,68 х 10 ⁵ Дж

Требуемая тепловая энергия = 668 кДж

 

Q4 Резервуар для хранения воды содержит 500 кг горячая вода при 80 ^o C. (SHC вода = 4180 Дж/кг ^o C)

Сколько МДж тепловой энергии можно переводят в систему отопления, если температура воды падает до 25 ^или С?

∆E = м х с х ∆T = 500 х 4180 х (80-25) = 1,15 х 10 ⁸ Дж

Передаваемая тепловая энергия = 1,15 x 10 ⁸ / 10 ⁶ = 115 МДж (1,15 х 10 ² МДж, 3 ст. ф.)

 

Q5 Более сложная задача для решения — поэтому «двойной» подумайте хорошенько!

Допустим, 2 кг стали при температуре 80 ^o C помещается в 10 кг (~10 литров) воды на 15 ^o C.

Рассчитать конечную температуру материалы.

Сталь

SHC = 450 Дж/кг ^o C, SHC вода = 4180 Дж/кг ^o C

Потери в Дж от энергии стали запас = выигрыш в Дж запаса тепловой энергии воды.

При «тепловом равновесии» они будут оба при одинаковой температуре, давайте назовем это Т .

Падение температуры стали (80 — T ), превышение температуры воды составляет ( T — 15)

Потери от стали тепловой энергии запас = ∆E = m x c x ∆T = 2 x 450 x (80 — T) = 900 x (80 — T) Дж

Прирост тепловой энергии воды магазин = ∆E = m x c x ∆T = 10 x 4180 x (T — 15) = 41800 x (Т — 15) Дж

Итак, замена стального накопителя тепловой энергии = изменение запаса тепловой энергии воды

 900 х (80 — Т) = 41800 х (Т — 15)

72000 — 900Т = 41800Т — 627000

(смена сторон, смена знаков, мы получить)

72000 + 627000 = 900Т + 41800Т

699000 = 42700T

Т = 699000 / 42700 = 16. 4 ^или С (3 сф)

 

Q6 Ночной нагреватель содержит 75 кг бетон (SHC = 800 Дж/кг ^или С)

Ночью, когда электричество дешевле и охладителя дома, сколько кДж тепловой энергии необходимо для повышения температура бетона от 8 ^o С до 35 ^o С.

∆E = м х с х ∆T = 75 х 800 х (35 — 8) = 1,62 х 10 ⁶ Дж

1,62 х 10 ⁶ / 1000 = 1620 Дж

 

Q7 Этот вопрос основан на физическом эксперименте, который я провел в школе примерно в 1961.

Хороший небольшой эксперимент.

Точно взвесить 100,0 г (~100 мл) воды в стакане комнатной температуры.

Латунная гиря массой 50,0 г удерживалась тонким проволокой или парой щипцов в центре ревущего бунзеновского пламени.

Через несколько минут латунная гиря была погрузили в стакан со 100 г холодной воды, начальная температура которой была 19.5 ^o С.

После осторожного перемешивания термометром температура воды поднялась до 55,5 ^o С.

SHC из латуни = 380 Дж/кг ^o C, SHC вода = 4180 Дж/кг ^o C

(a) Если температура пламени T, рассчитать передачу двух накопителей тепловой энергии.

Передача тепловой энергии из латуни вес = ∆E = m x c x ∆T = (50/1000) x 380 x (T — 19.5) = 19,0 (Т — 19.5) Ж

Передача тепловой энергии из латуни вес = ∆E = m x c x ∆T = (100/1000) x 4180 x (55,5 — 19,5) = 15048 Дж

(b) Рассчитать температуру пламени T

Передача тепловой энергии из латуни вес (Дж) = передача тепловой энергии воде (Дж)

19,0 (Т — 19,5) = 15048

19,0Т — 370,5 = 15048

19,0Т = 15418,5

Т = 15418,5 / 19,0 = 812 ^или С (3 сф)

(b) Укажите некоторые источники ошибок в эксперимент

(i) вес теряет тепло энергии воздуху при передаче — возможно, совсем немного, так как экспериментальный ответ, который вы получаете, часто намного ниже реального ответа на флейм температура бунзеновского пламени ~1000-1200 ^o С.

(ii) стеклянный стакан поглощает некоторое тепла, поэтому его теплоемкость не учитывалась

(iii) нижняя часть проволоки передавать немного тепла, но если вы используете латунную проволоку, вы можете взвесить это тоже и убедитесь, что все погружено в воду!

 

Q8 Автомобиль массой 1000 кг, движущийся со скоростью 20,0 м/с, резко остановился. торможение.

Предположим, что вся кинетическая энергия преобразуется в тепловую энергию четырьмя стальными тормозными барабанами.

Если общая масса стальных барабанов тормоза составляет 25,0 кг, при отсутствии тепловых потерь рассчитайте максимальный подъем в температуре тормозные барабаны достигнут.

(a) Сначала рассчитайте кинетическую энергию (КЭ) автомобиля.

КЭ = мв ²

КЭ = х 1000 х 20 ² = 2,0 х 10 ⁵ J

(b) Рассчитайте повышение температуры тормозная система (СТС стали = 450 Дж/кг ^или С)

∆E = м x c x ∆T

∆T = ∆E / (м х с) = 2,0 х 10 ⁵ / (25 х 450) = 17. 8 ^или С (3сф)

 

Следующие два вопроса сложнее и включают использование формул электричества: Расчет мощности электроэнергии, P = IV

Удельная теплоемкость воды 4180 Дж/кг ^или С . Будьте осторожны со всеми юнитами .

 

Q9 Небольшой электрический чайник подключен к сети переменного тока 240 В и использует ток 8,0 А.

Содержит 1,5 кг воды (~1,5 литра, 1500 мл, 1500 см ³ ) в 20 ^o C.

(а) Рассчитайте мощность чайника и скорость передачи энергии.

P (Вт) = I (a) x V (p.d. в вольтах) = 8 х 240 = 1920 Вт = 1920 г. Дж/с

(b) Если чайник включен на 2.0 минут, сколько энергии передано в тепловой энергоаккумулятор вода?

P = 1920 Дж/с, переданная энергия = мощность х время = 1920 х 2 х 60 = 230400 Дж = 2. 3 х 10 ⁵ Дж

(c) Какой температуры будет горячая вода? тоже подняться?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E (Дж) = m (кг) x c (Дж/кг·C) x ∆T ( ^o C)

Перестановка: ∆T = ∆E / (m x SHC _h3O )

∆T = 230400 / (1,5 x 4180) = 36,7 ^o C

Следовательно, температура через 2 минуты отопления 20 + 36,7 = 56,7 ^или С

(d) Сколько энергии нужно, чтобы поднять температура воды от 20 ^o С до 100 ^o С?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

∆E = 1,5 х 4180 х (100 — 20) = 5,016 х 10 ⁵ Дж = 5,01 x 10 ⁵ J (3 ст. ст.)

(e) Начиная с холодной воды при 20 ^o C, сколько времени потребуется, чтобы вскипятить чайник в минутах и ​​секундах?

Какие предположения вы сделали для этот расчет?

Мощность чайника 1920 Вт, т. е. 1920 Дж/с и необходимая энергия = 5,016 x 10 ⁵ Дж

P = E/t, поэтому t = E/P = 5,016 x 10 ⁵ / 1920 = 261,25 с.

Время закипания = 4 минуты 21 секунда (с точностью до секунды).

Этот расчет предполагает все электрическая энергия, преобразованная в тепловую, фактически увеличила запас тепловой энергии воды.

Тем не менее, вы всегда получите небольшой количество неиспользуемой тепловой энергии, передаваемой в накопитель тепловой энергии корпуса котла теплопроводностью, конвекцией и излучением передача в хранилище тепловой энергии окружающего воздуха.

 

Q10

Баллон с горячей водой (погружной нагреватель) указан как имеющий вместимость «120 литров воды» (120 кг воды).

Бак оснащен подогревом мощностью 3 кВт. элемент отрабатывает от сети 240 В.

(а) Сколько энергии необходимо для нагрева пресная холодная вода от 12 ^o С до температуры 70 ^o С?

∆E = масса воды x SHC _h3O x повышение температуры

Требуемая энергия = 120 х 4180 х (70 — 12) = 29 092 800 Дж = 2,91 x 10 ⁷ J (3 ст. ст.)

(b) Сколько времени потребуется, чтобы нагреть поливать? (с точностью до минуты)

P (Дж/с) = E (Дж) / t (с), 3000 = 29 092 800 / т

время = E / P = 29 092 800 / 3000 = 9697,6 секунды

9697,6/60 = 161,6. время требуется = 162 минуты (сф)

(c) Какой ток протекает через нагревательный элемент?

P = I x V, I = P / V = ​​3000 / 240 = 12,5 А

(d) Каково сопротивление нагрева элемент?

В = ИК, R = В / I = 240 / 12,5 = 19,2 Ом

(e) Если погружной механизм был оснащен 6 кВт нагревательный элемент, как это повлияет на время нагрева воды до определенная температура?

Это в два раза больше мощности 3 кВт. нагревательный элемент.

P = E / t, t = E / P, для такое же количество воды и такое же повышение температуры, было бы занимать половину времени по сравнению с нагревателем мощностью 3 кВт.

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

3 а. Как измерить удельную теплоемкость вещества твердого тела

экспериментальная установка и установка для блока твердого материала

Вы нужен блок материала известной массы, например, от 0,5 до 1,5 кг.

Итак, вам нужен массовый баланс.

Блок должен быть окружен хорошим слоем изоляции, чтобы минимизировать потери тепла в окружающую среду. Полистирол был бы хорошим изолятором, и потому что он в основном карманы CO ₂ газа низкой плотности с низкой теплоемкостью (низкий запас тепловой энергии), но следите за тем, чтобы не «перегреть» и не размягчить полистирол! Слои хлопка или газеты могут подойти.

В блоке должны быть просверлены два отверстия — один для термометра и другой для нагревательного элемента.

Сделать дополнительную диаграмму с джоульметр?

Необходимо точно измерить его массу.

Нагревательный элемент соединен последовательно с помощью амперметра (для измерения силы тока I в амперах) и постоянного тока. источник питания например 5-15 вольт. Вольтметр должен быть подключен параллельно к нагревательному элементу. соединения элементов.

Вам также понадобится секундомер или секундомер.

В эксперименте электрическая энергия равна передается и преобразуется в тепловую энергию, которая поглощается блоком, повышение его температуры и увеличение запаса тепловой энергии .

электрический ток в цепи действует на нагреватель и, таким образом, передается электрическая энергия от источника питания к накопителям тепловой энергии нагревателей который, в свою очередь, передается в хранилище энергии металлического блока и, следовательно, его повышается температура.

 

Процедура и измерения

Метод (i) один набор измерений с использованием алюминиевого блока массой 0,50 кг

Включить подогреватель, установив напряжение на например, 12 В (но используйте для расчетов точное показание цифрового вольтметра).

Когда кажется, что блок нагревается стабильно, запустите часы/секундомер и запишите температуру.

Запишите п.д. напряжение и ток в ампер точным цифровым амперметром, оба показания которого должны быть постоянными на протяжении всего эксперимента.

После напр. 15 минут, запись финала температуры и проверьте показания напряжения и тока, и они все те же и очередь власти.

Когда блок остынет, можно повторить эксперимент.

 

Метод (ii) множественные измерения с использованием медного блока массой 1,1 кг

Другой подход заключается в измерении температуры считывание каждую минуту, например, в течение 15 минут после того, как медный блок, кажется, постоянно нагревается вверх. Показания напряжения и тока должны быть постоянными.

Это дает больше данных И делает их более надежными. результатов, чем метод (i), и устраняет несоответствия в температуре чтения.

Процедура аналогична методу (i), НО снятие большего количества показаний температуры между начальным и конечным термометром показания в течение более длительного периода времени.

Я принял те же ток и напряжение, однако в расчетах еще много работы!

 

Как рассчитать удельная теплоемкость твердого тела

Расчеты предполагают , что все электрическая энергия в конечном итоге увеличивает запас тепловой энергии металла блокировать.

В реальности не избежать небольшой потери тепло через изоляцию.

 

Данные результатов и расчет для метода (i)

Масса, например, алюминиевого блока 500 г = 0,50 кг

Начальная температура 29,5 ^o C, конечная температура 38,5 ^o C, повышение температуры ∆T = 9,0 ^или С

Ток 0. 39A , p.d. 11,5 В , время 15 мин = 15 х 60 = 900 с

Мощность P = ток x p.d. = I х V = 0,39 х 11,5 = 4,485 Вт = 4,485 Дж/с

, следовательно, общая электрическая энергия = тепло переданная энергия = P x время = 4,485 x 900 = 4036,5 Дж

(Примечание. Вы можете провести эксперимент с джоульметр , изначально установлено на нуле, так что нет необходимости в приведенных выше расчетах!)

переданной энергии = ∆ E (Дж) = m x c x ∆θ = масса Al (кг) x SHC _Al (Дж/кг ^o C) x ∆T

4036,5 = 0,5 х SHC _{алюминий} x 9,0 = SHC _{алюминий} х 4,5

поэтому при перестановке SHC _Al = 4036,5 / 4,5 = 897

значит, удельная теплоемкость алюминия = 897 Дж/кг ^o С

Обратите внимание на , что этот метод основан только на два показания температуры.

В экспериментах SHC вы можете включить цепь питания джоулев метр для измерения переданной энергии, которая сильно упрощает расчет. Используя джоульметр, вам не нужно вольтметр или амперметр.

переданной энергии = масса воды x удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии = ∆ E (Дж) = м х с х ∆θ = масса алюминия (кг) x SHC _Al (Дж/кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _Al = ∆E / (масса Al x ∆T)

Дайте температуре подняться хорошо 10 градусов и повторите эксперимент не менее двух раз, чтобы получить среднее значение — для самый точный результат.

 

Данные и расчет для метода (ii) много работы!

По показаниям напряжения (В) и тока (I) вы вычисляете общую энергию, переданную за все 15 минут показаний.

полная переданная энергия = P x t = I x V x t = ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

Таким образом, у вас есть 15 единиц переданной энергии. цифры, неуклонно увеличивающиеся от 1 до 15 минут

Допустим ток, напряжение как метод (i)

Я предполагаю, что показания термометра можно считывать до ближайшая 0,5 ^o C как типичная 0-100 ^o C школьная лаборатория термометр (более точный термометр, ртутный или цифровой с точностью до 0,1 ^o C). самая желанная!)

Следовательно, P = IV = 0,39 А x 11,5 В = 4,485 Дж/с, передаваемой энергии в секунду.

Таким образом, через 1 минуту передача энергии = 4,485 x 1 х 60 = ~ 269Дж,

это, наконец, возрастает до 4,485 x 15 x 60 = ~ 4037 Дж

Время/мин	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Передача энергии / Дж	0	269	538	807	1076	1346	1614	1884	2153	2422	2691	2960	3229	3498	3767	4037
Температура / o C	29,0	29,5	30,0	31,0	31,5	32,0	32,5	33,0	33,5	34,5	35,0	35,5	36,5	37,0	38,0	38,5

Ты затем постройте график зависимости температуры от энергии, переданной, например, от 29,5 ^o C до 38,5 ^o C. Если предположить, что показание температуры в лучшем случае равно ближайшие 0,5 ^o C, это делает «расчетные» данные более реалистичными И обоснование метода многократного чтения (ii).

Примечание к диаграмме: блок может не нагреваться сначала устойчиво, и вы можете получить кривую вверх в начале, но в конце концов график должен стать линейным И именно здесь вы измеряете градиент.

Расчет

Масса меди = 1,10 кг, пусть с = SHC _Cu

Уравнение удельной теплоемкости: ∆ E = м х с х ∆θ

переданная энергия = масса Cu x SHC _Cu х изменение температуры

Преобразование ∆E = m x c x ∆θ дает …

∆θ = ∆ Е/(м х с) и ∆θ / ∆E = 1 / (м x с)

Это означает градиент графика = 1 / (м х в)

т.о., c = SHC _Cu = 1/(m x градиент)

Из графика градиент = (38 — 30) / (3800 — 500) = 8 / 3300 = 0,002424

поэтому удельная теплоемкость меди = SHC _Cu = 1 / (1,10 x 0,002424) = 1 / 0,002666 = 376 Дж/кг ^o С

 

Источники ошибки

Несмотря на хорошую изоляцию, система всегда будет терять небольшое количество своего запаса тепловой энергии, поскольку разогревается. Система должна быть хорошо изолирована, т.е. вата или пузырчатая пленка.

Вам всегда нужно повторять эксперименты, чтобы быть более уверены в своих данных, но вы всегда должны знать об источниках ошибок и как минимизировать их.

Тепловая энергия должна проходить по всей блокировать и равномерно распределять, я сомневаюсь, что это так, поэтому измеренное показания температуры могут отличаться от средней температуры всего блокировать.

Чем лучше теплопроводность твердого тела, чем быстрее распространяется тепло, тем лучше результаты, поэтому алюминиевый или медный блок должен быть в порядке.

Результаты были бы не такими хорошими с плохой проводник вроде конкретный?

Трудно устранить потери тепла, поэтому повышение температуры может быть немного меньше ожидаемого для идеальной изоляции, но вы всегда должны использовать изоляцию вокруг ВСЕХ поверхности блок для этого эксперимента по удельной теплоемкости.

 

Расширение эксперимента

Можно повторить для любого подходящего материала в твердая блочная форма.

Вы также можете поместить другие материалы в контейнер из полистирола. например, песок, почва и т. д.

Вы можете заменить блок и изоляцию на изоляционный пенопластовый стакан, наполненный известной массой жидкости.

Потребуется крышка с двумя отверстиями для нагревательного элемента и точного термометра.

Процедуры и расчеты будут такими же, как и для определить удельную теплоемкость жидкости.

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

3б. Измерение удельная теплоемкость жидкости типа воды

Вы можете использовать аналогичную настройку описанный выше для измерения SHC сплошного блока.

Вместо блока можно использовать стакан из полистирола (хороший утеплитель) с крышкой.

Измерьте массу жидкости в стакан из полистирола = масса стакана + жидкость — масса пустого стакана (измеряется на баланс массы).

Для удобства можно использовать воду.

Поместите чашку в термоизолированную коробку или стакан.

Двойная теплоизоляция Это необходимо для минимизации потерь тепловой энергии в окружающую среду.

Сделать дополнительную диаграмму с джоульметр?

Процедура идентична описано для твердого тела.

В экспериментах SHC вы можете включить цепь питания джоульметр для измерения переданной энергии, которая сильно упрощает расчет.

Используя джоульметр, который вам не нужен вольтметр и амперметр, плюс дополнительный расчет.

переданная энергия = масса воды x удельная теплоемкость воды x повышение температуры

переданной энергии = ∆ E (Дж) = м х с х ∆θ = масса воды (кг) x SHC _h3O (Дж/кг ^o C) x ∆T

перестановка дает: SHC _h3O = ∆E / (масса воды x ∆T)

Дайте температуре подняться хорошо 10 градусов и повторите эксперимент не менее двух раз, чтобы получить среднее значение — для самый точный результат.

Если у вас нет джоульметра, то, как в схему, снимите мерки с вольтметра и амперметра.

Используйте уравнение: полная переданная энергия (J) = P x t = I x V x t = ток (A) x p.d. (V) x время в секундах

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

3в. Измерение теплоемкости твердого тела косвенным методом (А)

(Процедуры (iv)(A) и (iv)(B) относятся к расчету Q5 в блоке вопросов по удельной теплоемкости выше)

Этот метод основан на передаче между накопителем тепловой энергии латунной гири и накопителем тепловой энергии воды.

Иллюстрация процедуры A

Метод (процедура А)

Медная гиря точно взвешена и помещают в стакан с ледяной водой (водопроводная вода плюс кусочки льда)

Это осталось на некоторое время и периодически помешивая, пока латунная гиря не станет той же температуры, что и вода.

В химический стакан взвешивают 250 г воды. и нагревают примерно до 80 ^o C (кипятить не нужно, увеличивает опасность).

После осторожного перемешивания температура берется теплая вода (Т2), непосредственно перед переводом.

Температура (T1) ледяной воды также взятое непосредственно перед переносом латунного груза из ледяной воды в теплую воду с помощью щипцов или тонкой проволоки и петли.

После переноса холодной латунной гири в теплую воду, дайте время для теплопередачи в латунь до полного взвешивания и после осторожного перемешивания считайте конечную температуру (T3)

 

Результаты и расчет (А)

Типичные результаты:

Масса латунной гири 200 г (0,200 кг), масса воды 250 г (0,250 кг), SHC воды = 4180 Дж/кг ^o C

Начальная температура ледяной воды T1 = 0,5 ^o С

Начальная температура теплой воды (Т2) = 79,5 ^o С

Конечная температура воды/латуни в 2-й стакан (T3) = 74,0 ^o C (холоднее, так как латунная гиря поглощает тепло)

∆ В = Передача тепловой энергии латунному грузу = Передача тепловой энергии от вода (все в Дж)

∆ В = m x c x ∆T = 0,200 x SHC _латунь х (Т3 — Т1) = 0,250 х 4180 х (Т2 — Т3) = 5747,5

∆ В = 0,200 x SHC _латунь x (74,0 — 0,5) = 0,250 x 4180 x (79,5 — 74,0) = 5747,5

0,20 x SHC _латунь x 73,5 = 5747. 5

14,7 x SHC _латунь = 5747,5

SHC _латунь = 5747,5 / 14,7 = 391 Дж/кг ^o С (3 сф)

 

Усовершенствования и источники ошибок (А)

(i) Не могу быть уверенным, что латунная гиря полностью остыла до ~0 ^o С (Т1).

(ii) Горячая вода в стакане все время теряя тепло, давая больший охлаждающий эффект, чем просто от латунный груз — может быть лучше использовать более низкую начальную температуру в 2-й стакан напр. 40-50 ^или С.

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

3в. продолжение: Альтернативная процедура, но аналогичная методика (B)

Иллюстрация процедуры B

Метод (процедура B)

Вы можете провести эксперимент, аналогичный (A), погружение латунной гири в горячую воду для нагревания до ~80-90 ^o C.

Вы можете нагреть воду прямо в стакане до ~80-90 ^или С.

Подождите, пока латунная гиря нагреется. вверх.

После тщательного осторожного перемешивания измерьте начальная температура латунной гири (Т1, ~90 ^o С) в горячей вода.

Измерьте начальную температуру холодная вода во 2-м стакане (T2, ~20 ^o C)

Поднимите латунный груз клещами или тонкая проволока и петля и перенесите его в стакан с водой комнатной температуры.

Разрешить время для накопителя тепловой энергии должны состояться трансферы.

После тщательного осторожного перемешивания измерьте конечная температура латунной гири/воды (T3) в «подогретой» воде.

 

Затем вы можете выполнить аналогичный расчет, как выше напр.

Результаты и расчет (В)

Типичные результаты:

Масса латунной гири 200 г (0,200 кг), масса воды 250 г (0,250 кг), SHC воды = 4180 Дж/кг ^или С

Начальная температура нагретой воды/латуни масса (T1) = 85,0 ^o C

Начальная температура холодной воды (Т2) = 20,5 ^o С

Конечная температура воды/латуни во 2-й стакан (T3) = 24,9 ^o C

∆ В = Передача тепловой энергии от горячей латунной гири = Передача тепловой энергии к вода (все в Дж)

∆ В = m x c x ∆T = 0,200 x SHC _латунь х (Т1 — Т3) = 0,250 х 4180 х (Т3 — Т2) = ?

∆ В = 0,200 x SHC _латунь x (85,0 — 24,9) = 0,250 x 4180 x (24,9 — 20,5) = 4598

0,20 x SHC _латунь x 60,1 = 4598

12,02 x SHC _латунь = 4598

SHC _латунь = 4598 / 12. 02 = 383 Дж/кг ^o С (3 сф)

 

Улучшения и источники ошибок (B)

(i) Не могу быть уверенным, что латунная гиря полностью прогрелась до ~80-90 ^o C (T1)

(ii) Не совсем уверен, что тепловой передача энергии от раскаленной латунной гири воде завершена — если оставить слишком долго 2-й стакан с водой начнет остывать изменение температуры, чем должно быть измерено.

(iii) Стакан поглощает часть дополнительная тепловая энергия передается в запас тепловой энергии воды.

 

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

4 . Применение данных о теплоемкости – примеры систем хранения тепловой энергии

Чем больше теплоемкость материала, тем больше тепловой энергии он может удерживать для данной массы материала.

Это означает, что высокая температура емкостные материалы могут накапливать много энергии при нагревании, а затем высвобождать много, если остыть. Другими словами, материалы с высокой удельной теплоемкостью емкости хороши для хранения тепловой энергии — хороший материал для теплового запас энергии.

Материалы, используемые в обогреватели/системы отопления, обычно имеют высокую удельную теплоемкость, например, вода (SHC H ₂ O = 4180 Дж/кг ^o C, очень высокая) используется в системах центрального отопления и легко прокачивается вокруг дома, чтобы распределять много тепла там, где это необходимо, отличный «мобильный» запас тепловой энергии.

Вода также используется в качестве хладагента в автомобильных двигателей, потому что он может поглощать много тепловой энергии для данного повышение температуры. Запас тепловой энергии блока цилиндров уменьшается, а запас тепловой энергии воды увеличивается. Термальный затем энергия воды передается окружающему воздуху. увеличить запас тепловой энергии через решетку радиатора.

Старая добрая горячая вода бутылка — хороший удобный накопитель тепловой энергии для обогрева кровати.

Бетон (SHC 750-960 Дж/кг ^o C, довольно высокая) используется в ночных накопительных нагревателях (используя дешевые ночные электричество).

Чем больше масса бетона, тем больше его повышение температуры повышение (безопасно!) тем больше его способность хранить тепловая энергия, которая в дальнейшем отдается в дом в дневное время..

Маслонаполненный нагреватели используются для хранения тепла небольшого масштаба (масло SHC = 900 Дж/кг ^o C, не так же хорошо, как вода), но будет конвектироваться в масляном радиаторе и постепенно выпускать нагревать.

Археологическая записка !

Доисторический человек изучил тысячи лет назад этот горячий камень сохранил много тепловой энергии .

Теплоемкость природного камня составляет обычно около 840 Дж/кг ^или С.

Большие камни были нагреты в огне и упал в каменные корыта для приготовления пищи, как показано ниже.

Тепло от накопителя тепловой энергии г. камень увеличивает запас тепловой энергии более холодной воды, поэтому кипячение вода и приготовление пищи, такой как мясо, помещаются в заполненный водой корыто.

Может показаться грубым, но латунные кастрюли были чем-то вроде предмета роскоши для многих доисторических людей!

Эта каменная корыто для приготовления пищи Каменный круг бронзового века (показан ниже) в Дромбеге, графство Корк, Ирландия.

Некоторые из них были построены на этом участок, питаемый и соединенный отведенным родниковым ручьем.

Их можно найти по всей Ирландии и Великобритании и, предположительно, в континентальной Европе.

коренных американских индейцев также использовали та же техника, бросая горячие камни в деревянную миску с едой и водой.

---

• Проверьте свой практическая работа, которую вы выполняли, или демонстрации учителя, которые вы наблюдали за в Разделе P1.1, все это является частью хорошего повторения для вашего вопросы контекста экзамена по модулю и помощь в том, «как работает наука».

  • Прохождение белого света через призмы и обнаружения инфракрасного излучения с помощью термометра.

  • Демонстрация с использованием мячей в поднос, чтобы показать поведение частиц в веществах в различных состояниях то есть газ, жидкость и твердое тело.

  • Измерение охлаждающего эффекта производится путем выпаривания путем наложения влажной ваты на колбу термометр или датчик температуры.

  • Спланировать и провести исследование факторов, влияющих на скорость охлаждения консервной банки. вода, например, форма, объем и цвет банки с использованием куба Лесли для продемонстрировать влияние излучения на изменение характера поверхности.

  • Исследование теплопроводности с использованием стержней из различных материалов.

---

НАВЕРХ СТРАНИЦЫ и субиндекс для этой страницы

---

Теплопередача и объяснение физических изменений и физических свойств с использованием модели частиц

Введение в теплопередачу — теплопроводность (и теплопроводность), конвекция и излучение gcse физика конспекты

Удельная теплоемкость: как определить, использование данных, расчеты и запасы тепловой энергии заметки по физике

Подробнее о методах снижения теплопередачи, например, в доме и исследование изоляционных свойств материалов

Плотность материалов и корпускулярная модель материи Примечания к пересмотру физики gcse

Передача энергии и КПД — расчеты и Диаграммы Санки пересмотр физики gcse примечания

Модели теории частиц, внутренняя энергия, теплопередача при изменении состояния и скрытая теплота и движение частиц в газах (написано больше с точки зрения «физики»)

Шлюз OCR GCSE 9-1 Научная физика: P1. 2d Уметь дать определение термину удельная теплоемкость и отличить его от термина удельная скрытая теплота. Исследование удельной теплоемкости различных металлов или воды с помощью электрические нагреватели и джоульметр. P1.2е Уметь применять зависимость между изменением внутренней энергии вещества и его масса, удельная теплоемкость и изменение температуры для расчета энергии задействовано изменение. IGCSE пересмотр отмечает удельную теплоемкость KS4 физика Научные заметки о конкретных теплоемкость GCSE руководство по физике заметки по удельной теплоемкости для школ колледжей академий репетиторов курсов естественных наук изображений рисунки диаграммы для удельной теплоемкости научные примечания к редакции удельная теплоемкость для повторения модулей по физике примечания к темам по физике для помощи в понимании удельная теплоемкость университетские курсы по техническим наукам карьера в области физики рабочие места в промышленности технический лаборант ученичество технические стажировки по инженерной физике США 8 класс США 9 класс10 класс AQA физика науки GCSE примечания по удельной теплоемкости Edexcel физика научные примечания по удельная теплоемкость для OCR 21 век физика наука OCR GCSE Gateway физика наука отмечает научный эксперимент WJEC gcse CCEA/CEA gcse для определить удельную теплоемкость

Контент сайта Dr. Фил Браун 2000+. Все авторские права защищены на примечания к редакции, изображения, викторины, рабочие листы и т. д. Копирование материалов веб-сайта НЕ разрешенный. Резюме пересмотренных экзаменов и ссылки на спецификации курса естественных наук являются неофициальными.

Определение удельной теплоемкости: метод смешения

1.0 Введение

Метод смешивания почти повсеместно используется учеными как быстрый, простой и полуточный тест удельной теплоемкости твердого образца, но что делает этот метод особенным, так это тот факт, что он настолько прост, что ученики старших классов во всем мире world представляют его как практический пример того, как удельная теплоемкость материалов является частью окружающего нас мира. Тот же самый эксперимент можно провести на очень дорогом оборудовании в высокотехнологичной лаборатории или на домашней кухне со стеклянной посудой, и единственная разница будет заключаться в точности результатов, которую можно улучшить, повторив эксперимент и используя средний результат.

Важнейшим фактором точности ваших результатов будет качество используемого вами калориметра. Калориметры используются для измерения теплопередачи от образца к сосуду с водой. Калориметры теперь можно найти в нескольких различных и очень сложных формах в профессиональных лабораториях, но мы сосредоточимся на простой модели тигля, поскольку именно она соответствует потребностям данного эксперимента.

Калориметр такого типа имеет сухую внутреннюю камеру для пробы (тигель), стенки которой выполнены из материала с высокой теплопроводностью. Средняя камера заполнена водой, температура которой будет измеряться встроенным термометром. Большинство калориметров также имеют встроенную мешалку для ускорения реакций и теплообмена. С другой стороны средней камеры тонкими стенками будет воздушная прослойка, а затем толстый слой теплоизоляционного материала.

Профессиональные калориметры спроектированы таким образом, чтобы максимально предотвратить утечку тепла, и они часто очень дороги, но любительские, самодельные версии могут быть достаточно точными для некоторых применений. Например, если вы вложите две чашки из пенополистирола, получится водяная камера, за которой следует воздушный зазор, а затем изоляционный слой, как худшая версия почти такой же конструкции из тех, что можно купить.

2.0 Исходная информация и соответствующие уравнения

2.1 Исходная информация

Важно отметить, что в этом эксперименте чем лучше изолирован ваш калориметр, тем точнее будут ваши результаты. Потеря тепла за счет теплопроводности является основной причиной ошибки в этом эксперименте.

Теория этого испытания на удельную теплоемкость основана на сохранении энергии. Тепло — это форма энергии, и в этом случае оно будет передаваться между образцом и водой. Мы будем измерять изменение температуры воды в калориметре, что позволит нам вычислить изменение теплоты воды в калориметре, которое, как мы знаем, равно и противоположно изменению теплоты образца. Теперь должно стать ясно, насколько удобен этот тест удельной теплоемкости, потому что единственное, что нужно сделать, когда эксперимент уже начался, — это измерить изменение температуры воды, которое является косвенным измерением изменения теплота твердого тела.

2,2 Соответствующие уравнения

Изменение тепла

Q = CMΔT

Q = изменение нагрева

C = Специфическое нагрев.

Q _w = – Q _s

Q _w = изменение теплоемкости воды1645 3.0 Материалы, экспериментальная установка и методика

3.1 Материалы

• Химический стакан
• Пробирка
• Термометр
• Подставка для стеклянной посуды с захватом для пробирок
• Калориметр
• Горячая плита
• Весы

3.2 Экспериментальная установка

• Поместите образец в пробирку.
• Прикрепите кронштейн к штативу так, чтобы он мог удерживать пробирку в вертикальном положении на несколько дюймов выше поверхности стола.
• Приготовьте немного дистиллированной воды.
• Настройте конфорку примерно на 105 градусов Цельсия.

3.3 Процедура

Измерьте массу образца (m _s ), затем взвесьте стакан, затем наполните стакан дистиллированной водой, взвесьте еще раз. Затем, чтобы найти массу объема дистиллированной воды (m _w ), вычтите массу стакана из объединенной массы стакана и воды. Затем налейте эту воду в калориметр и отставьте в сторону на некоторое время, чтобы вода достигла температуры окружающей среды, затем измерьте ее температуру (T ⁱ _w ).

Снова наполните химический стакан водой и поставьте его на плитку, пока она не закипит, и поддерживайте постоянную температуру чуть выше точки кипения, измерьте эту температуру и запишите ее как начальную температуру образца (T ⁱ _с ).

Установите подставку для стеклянной посуды так, чтобы она удерживала пробирку с образцом так, чтобы длина пробирки с образцом была полностью погружена в кипящую воду. Оставьте это не менее чем на десять минут, чтобы образец нагрелся равномерно. Убедитесь, что трубка не касается стенок или дна стакана.

Убедившись, что образец нагревается равномерно, отсоедините пробирку от штатива, налейте образец в калориметр и закройте крышку. Сделайте это как можно быстрее, стараясь свести к минимуму время контакта образца с воздухом. Следите за тем, чтобы вода, налипшая на пробирку, не попала в калориметр.

Внимательно следите за температурой в калориметре и, когда она перестанет повышаться, запишите ее как конечную температуру как воды, так и пробы (T ^f _w = T ^f _s ).

4.0 Расчеты и сравнения

4.1 Расчеты

Сосредоточение уравнений для изменения тепла,

Q = CMΔT

с принципом сохранения энергии,

Q _W = -q -q q q q q 7754777474747474747474747474747474747474747474747474747474747474747474747. Получаем

c _w m _w ΔT _w = c _s m _s ΔT _s

9

Какие мы можем найти удельную теплоемкость образца 0005

C _S = — C _W M _W ΔT _W / (M _S ΔT _S ). наша тщательная база данных, созданная в нашей профессиональной лаборатории.

https://thermtest.com/materials-database

5.0 Заключение

Этот эксперимент представляет собой очень быстрое и относительно точное испытание удельной теплоемкости твердого образца. Любой, у кого есть доступ к кухне, может провести эксперимент и стать теплофизиком.

Ссылки

«Теория тепла» — Максвелл, Джеймс Клерк — стр. 57-67 — Вестпорт, Коннектикут, Greenwood Press — 1970:
https://archive.org/details/theoryheat04maxwgoog/page/n77

Беседы о сохранении тепла, форме и функции калориметров, методе смешивания

«Эдинбургская энциклопедия, проводимая Дэвидом Брюстером» , при содействии выдающихся джентльменов в науке и литературе первое американское издание — опубликовано Джозефом и Эдвард Паркер в 1832 году — страница 294 :
http://bit.ly/2Lz2vdN

Это обсуждение новаторского открытия доктором Джозефом Блэком и доктором Уильямом Ирвином удельной теплоемкости.

Оригинальная работа д-ра Джозефа Блэка и д-ра Уильяма Ирвина о концепции тепла была опубликована посмертно благодаря усилиям д-ра Джона Робинсо, поскольку д-р Блэк не хотел отнимать время у своих учений, чтобы опубликовать ее. Ниже представлена ​​версия этого исследования. Каждая версия, которую я нашел, находится за платным доступом.

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/amb.1978.25.3.176 опубликовано Артуром Донованом в 2013 году

6.0 Сэкономьте несколько долларов

Весь этот эксперимент можно провести дома, за исключением термометра, заменив лабораторное оборудование обычной кухонной посудой.

6.1 Калориметр

Вы можете сделать свой собственный калориметр, вставив две чашки из пенопласта и сделав крышку из третьей. Обратите внимание, что размещение чашек создаст водяную камеру, за которой следует воздушный зазор, а затем изолирующий слой, как в профессиональном калориметре. Не забудьте сделать отверстие в крышке для термометра. Вы также можете использовать обычный термос в качестве калориметра, поскольку он также предназначен для значительного уменьшения теплопередачи внутренней части с окружающей средой.

6.2 Стакан и конфорка

Можно просто вскипятить кастрюлю с водой на плите вместо стакана и конфорки.

6.3 Пробирка и подставка

Вместо пробирки можно использовать щипцы (при условии, что образец представляет собой цельный кусок). не будет поглощать много тепла, и ручка не будет слишком горячей. Будьте очень осторожны и используйте толстые прихватки, если вы планируете подержать его в кипящей воде в течение 10 минут.

7.0 Примечания к образцу

7.1 Размер и форма

Обратите внимание, что чем больше площадь поверхности вашего образца по отношению к его массе, тем более вероятно, что он будет нагреваться равномерно. Однако чем больше масса вашего образца, тем больше тепла он будет поглощать и отдавать, а это означает, что результат будет более точным. Один из способов учета обеих характеристик состоит в том, чтобы ваша выборка состояла из множества более мелких фрагментов, а не из одного большого фрагмента.

7.2 Неоднородные образцы

Если ваш образец неоднороден, то правило смесей может позволить вам найти удельную теплоемкость одного компонента, если вы знаете удельную теплоемкость других компонентов, или их относительные массы, если вы знаете все удельные теплоты.

Автор: Коул Баучер, младший технический писатель Thermtest

Щелкните здесь, чтобы прочитать заявление об ограничении ответственности

Thermtest предоставляет этот продукт «как есть». Thermtest не предоставляет никаких гарантий на товар, будь то явных, подразумеваемых или предусмотренных законом, включая, помимо прочего, какие-либо гарантии товарного состояния или пригодности для определенной цели или какие-либо гарантии того, что содержимое товара не будет содержать ошибок. . Ни в каком отношении Thermtest не несет никакой ответственности за любой ущерб, включая, помимо прочего, прямой, косвенный, особый или последующий ущерб, возникающий в результате, в результате или каким-либо образом связанный с использованием изделия, независимо от того, основано оно или нет на гарантия, договор, правонарушение или иное; был ли нанесен ущерб лицам, имуществу или иным образом; а также независимо от того, был ли убыток понесен или возник в результате использования изделия или любых услуг, которые могут быть предоставлены Thermtest.

Учебное пособие по физике

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно передается или выделяется. Притоки или потери тепла приводят к изменениям температуры, изменениям состояния или производительности труда. Тепло – это передача энергии. Когда объект получает или теряет, в этом объекте будут происходить соответствующие энергетические изменения. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. И когда работа выполнена, происходит общая передача энергии объекту, над которым выполняется работа. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос г. Как можно измерить количество теплоты, полученное или выделенное объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаковым образом. Будут ли объекты нагреваться с одинаковой скоростью? Ответ: скорее всего нет. Различные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Под удельной теплоемкостью понимается количество теплоты, необходимое для того, чтобы заставить единицу массы (скажем, грамм или килограмм) изменить свою температуру на 1°C. Удельная теплоемкость различных материалов часто приводится в учебниках. Стандартными метрическими единицами являются Джоули/килограмм/Кельвин (Дж/кг/К). Чаще используются единицы измерения Дж/г/°C. Используйте виджет ниже для просмотра удельной теплоемкости различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. д.) и нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.

 

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж/г/°C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж/г/°C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1°С потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1°С. Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребовалось бы примерно в два раза больше тепла, чем для того же изменения температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти в два раза выше, чем у железа.

Теплоемкость указана на основе на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе на количество , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от количества вещества. Всякий человек, который кипятил на плите кастрюлю с водой, несомненно, знает эту истину. Вода кипит при 100°С на уровне моря и при несколько более низких температурах на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее температуру нужно сначала поднять до 100°C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла от горелки печи. Нетрудно заметить, что для доведения до кипения полной кастрюли воды требуется значительно больше времени, чем для доведения до кипения половины воды. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы привести к такому же изменению температуры. На самом деле, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в удвоенной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана на основе на K или на °C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градусов, указывает на то, что количество теплоты, необходимое для нагревания данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры. Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20°С до 100°С (изменение на 80°С) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60°С до 100°С (изменение на 40°С). °С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80°С требуется в два раза больше тепла, чем для изменения на 40°С. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды, а не с холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает последнего комментария. Термин « удельная теплоемкость » является чем-то вроде неправильного употребления . Этот термин подразумевает, что вещества могут иметь способность содержать вещь, называемую теплом. Как обсуждалось ранее, тепло не является чем-то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается объекту или от него. Объекты содержат энергию в различных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с другой температурой, мы называем переданную энергию как тепла или тепловой энергии . Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергетическая емкость.

Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m•C•ΔT

где Q — количество тепла, переданного объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, ΔT – результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины рассчитывается путем вычитания начального значения величины из конечного значения величины. В этом случае ΔT равно T _final — Т _{начальный} . При использовании приведенного выше уравнения значение Q может оказаться как положительным, так и отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает на то, что объект получил тепловую энергию из своего окружения; это будет соответствовать повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это будет соответствовать снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет вычислить четвертую величину. Распространенной задачей на многих уроках физики является решение задач, связанных с соотношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две задачи ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример задачи 1 Какое количество теплоты потребуется, чтобы нагреть 450 г воды с 15°С до 85°С? Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/г/°С.

Как и любая задача в физике, решение начинается с определения известных величин и связывания их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
г. С = 4,18 Дж/г/°С
T _{исходная} = 15°C
Т _{окончательная} = 85°С

Мы хотим определить значение Q — количество теплоты. Для этого воспользуемся уравнением Q = m•C•ΔT. m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температурам.

T = T _{окончательная} — T _{начальная} = 85°C — 15°C = 70°C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить Q.

Q = м•C•ΔT = (450 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(70°C)
Q = 131670 Дж
Q = 1,3×10 ⁵ Дж = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

 

Пример задачи 2 Образец неизвестного металла весом 12,9 г при температуре 26,5°C помещают в чашку из пенопласта, содержащую 50,0 г воды при температуре 88,6°C. Вода охлаждается, а металл нагревается до достижения теплового равновесия при 87,1°С. Предполагая, что все тепло, отдаваемое водой, передается металлу и что чаша идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/г/°С.

По сравнению с предыдущей задачей, это гораздо более сложная задача. На самом деле эта проблема как две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q _{, вода} ), равно количеству тепла, полученному металлом (Q _{, металл} ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно рассчитать Q _воды . Этот вопрос 9Значение 0253 для воды равно значению Q _{для металла} . Когда значение Q _{металла} известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета Q _{металла} . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

Часть 1: Определение потерь тепла с водой

Дано:

м = 50,0 г
С = 4,18 Дж/г/°С
T _{исходная} = 88,6°C
Т _{окончательная} = 87,1°С
ΔT = -1,5°C (T _{окончательный} — T _{начальный} )

Решить для воды Q :

Q _вода = m•C•ΔT = (50,0 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(-1,5°C)
Q _вода = -313,5 Дж (не округлено)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определение стоимости металла C

Дано:

Q _металл = 313,5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
г. m = 12,9 г
T _{исходная} = 26,5°C
Т _{окончательная} = 87,1°С
ΔT = (T _{окончательный} — T _{начальный} )

Решение для C _Металл :

Пересталка Q _Металл = M _Металл • C _Металл • ΔT _Металл для получения C _MELLAN = Q _MELATE . _металл )

C _металл = Q _металл / (m _металл • ΔT _металл ) = (313,5 Дж)/[(12,9 г)•(60,6°C)]
C _металл = 0,40103 Дж/г/°C
C _металл = 0,40 Дж/г/°C (округлено до двух значащих цифр)

 

Теплота и изменения состояния

Вышеприведенное обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m•C•∆T) связывают тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло приобретается или теряется, но температура не меняется. Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количеством теплоты.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца материи. В приведенной ниже таблице перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс	Изменение состояния
Плавление	Твердое вещество в жидкое
Замораживание	Из жидкого в твердое
Испарение	Жидкость в газ
Конденсат	Газ в жидкость
Сублимация	Твердое тело в газ
Депонирование	Газ в твердое тело

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества необходимо добавить энергию, чтобы вызвать изменение состояния. Такие изменения состояния называются эндотермическими. Замерзание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; лед получает энергию, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Существует ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Наверняка есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех факторов. Это зависит от того, что представляет собой вещество, от того, насколько вещество претерпевает изменение состояния и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердой воды) требуется разное количество энергии по сравнению с плавлением железа. И для таяния льда (твердой воды) требуется разное количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10,0 граммов льда требуется разное количество энергии, чем для плавления 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, влияющие на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с переходом из твердого состояния в жидкое.)
г.

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования приведены на основе на количество . Например, удельная теплота плавления воды равна 333 Дж/г. Чтобы растопить 1 г льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10,0 г льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Рассуждения таким образом приводят к следующим формулам, связывающим количество теплоты с массой вещества и теплотой плавления и парообразования.

Для плавления и замораживания: Q = m•ΔH _{плавление}
Для испарения и конденсации: Q = m•ΔH _{испарение}

где Q представляет собой количество энергии, полученной или высвобожденной в ходе процесса, m представляет собой массу образца, ΔH _{плавления} представляет собой удельную теплоту плавления (в расчете на грамм), а ΔH _{испарения} представляет собой удельную теплоту плавления испарения (в пересчете на грамм). Подобно обсуждению Q = m•C•ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и парообразования; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен получить энергию, чтобы расплавиться или испариться. Значения Q отрицательны для процессов замерзания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или сконденсироваться.
г.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3 Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и выделено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж/г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 г), теплоту плавления (333 Дж/г) и количество энергии (Q), имеет вид Q = m•ΔH _{слияние} . Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м•ΔH _{плавление} = (48,2 г)•(333 Дж/г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 ⁴ Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задача 3 включает в себя довольно простой расчет типа «подключи и пыхни». Теперь мы попробуем решить примерную проблему 4, которая потребует значительно более глубокого анализа.

Пример задачи 4 Какое минимальное количество жидкой воды при температуре 26,5 градусов потребуется, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды 4,18 Дж/г/°С, удельная теплота плавления льда 333 Дж/г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, необходимо передать 333 Дж энергии на каждый грамм льда. Эта передача энергии от жидкой воды льду охлаждает жидкость. Но жидкость может охлаждаться только до 0°C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет застывать (замерзать) и лед полностью не растает.

О льде и жидкой воде известно следующее:

Информация о льде:

м = 50,0 г
ΔH _сплав = 333 Дж/г

Информация о жидкой воде:

С = 4,18 Дж/г/°С
T _{исходная} = 26,5°C
Т _{окончательная} = 0,0°С
ΔT = -26,5°C (T _{окончательная} — T _{исходная} )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной водой.

Q _лед = -Q _{жидкая вода}

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q _лед = m•ΔH _сплав = (50,0 г)•(333 Дж/г)
Q _лед = 16650 Дж

Теперь мы можем положить правую часть уравнения равной m•C•ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 J = -Q _{жидкая вода}
16650 Дж = -m _{жидкая вода} •C _{жидкая вода} •ΔT _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} •(4,18 Дж/г/°C)•(-26,5°C)
16650 Дж = -м _{жидкая вода} •(-110,77 Дж/°C)
m _{жидкая вода} = -(16650 Дж)/(-110,77 Дж/°C)
м _{жидкая вода} = 150,311 г
м _{жидкая вода} = 1,50×10 ² г (округлить до трех значащих цифр)

Новый взгляд на кривые нагрева и охлаждения

На предыдущей странице урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды. Кривая нагревания показывала, как температура воды повышалась с течением времени при нагревании образца воды в твердом состоянии (т. е. льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает переход воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает переход воды из жидкого состояния в газообразное. Эти изменения состояния происходили без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, которая не находится при температуре фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых отопления на более количественной основе. На приведенной ниже диаграмме представлена ​​кривая нагрева воды. На линиях графика имеется пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5). Два горизонтальных участка отображают изменения состояния воды. В секции 2 происходит таяние пробы воды; твердое тело переходит в жидкое. В секции 4 образец воды подвергается кипячению; жидкость переходит в газ. Количество теплоты, переданной воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m•C•ΔT. А количество теплоты, переданной воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и парообразования формулами Q = m•ΔH _{слияние} (участок 2) и Q = m•ΔH _{испарение} (участок 4). Итак, теперь мы попытаемся рассчитать количество теплоты, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0°С в газообразное состояние при 120,0°С. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу на каждый участок приведенного выше графика. Поскольку удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C=2,00 Дж/г/°C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж/г/°C
Газообразная вода: C = 2,01 Дж/г/°C

Наконец, мы будем использовать ранее опубликованные значения ΔH _{плавления} (333 Дж/г) и ΔH _{испарения} (2,23 кДж/г).

Секция 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0°C до 0,0°C.

Использование Q ₁ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж/г/°C, T _{исходный} = -200°C и T _{окончательная} = 0,0°C

Q ₁ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(2,00 Дж/г/°C)•(0,0°C — -20,0°C)
Q ₁ = 2,00 x 10 ³ Дж = 2,00 кДж

 

Раздел 2 : Плавление льда при 0,0°C.

Использование Q ₂ = m•ΔH _{сплавление}

, где m = 50,0 г и ΔH _сплава = 333 Дж/г

Q ₂ = m•ΔH _сплав = (50,0 г)•(333 Дж/г)
Q ₂ = 1,665 x 10 ⁴ Дж = 16,65 кДж
Q ₂ = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0°C до 100,0°C.

Использование Q ₃ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж/г/°C, T _{начальная} = 0,0°C и T _{конечная} = 100,0°C

Q ₃ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(100,0°C — 0,0°C)
г. Q ₃ = 2,09 x 10 ⁴ Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0°C.

Использование Q ₄ = m•ΔH _{испарение}

, где m = 50,0 г и ΔH _{испарения} = 2,23 кДж/г

Q ₄ = m•ΔH _{испарение} = (50,0 г)•(2,23 кДж/г)
Q ₄ = 111,5 кДж
Q ₄ = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Секция 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100,0°C до 120,0°C.

Использование Q ₅ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж/г/°C, T _{начальная} = 100,0°C и T _{конечная} = 120,0°C

Q ₅ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(2,01 Дж/г/°C)•(120,0°C — 100,0°C)
Q ₅ = 2,01 x 10 ³ Дж = 2,01 кДж

 

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20°C в газообразную воду при 120°C, представляет собой сумму значений Q для каждого участка графика. то есть

Q _всего = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅

Суммирование этих пяти цифр числа Q приводит к правильным значениям Q и округлению значение 154 кДж как ответ на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

• Во-первых: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет одну из пяти секций графа. Поскольку вычислялось пять значений Q, они были помечены как Q ₁ , Q ₂ и т. д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
• Секунда: внимание было обращено на знак +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины минус начальное значение этой величины.
• Третье: Внимание уделялось юнитам на протяжении всей проблемы. Единицы Q будут либо в джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие величины умножаются. Пренебрежение вниманием к единицам измерения является распространенной причиной сбоев в подобных задачах.
• Четвертое: внимание уделялось значащим цифрам на протяжении всей задачи. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом любой проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

 

На этой странице мы узнали, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева/охлаждения и в любом процессе изменения состояния. Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице урока 2 по теме калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

 

 

 

Проверьте свое понимание

1. Вода обладает необычно высокой удельной теплоемкостью. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а. По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
в. По сравнению с другими веществами, пробе воды требуется значительное количество тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

2. Объясните, почему большие водоемы, такие как озеро Мичиган, могут быть довольно холодными в начале июля, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90°F (32°C).

3. В приведенной ниже таблице описывается термический процесс для различных объектов (обозначены красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, получает или теряет тепло объект, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

	Процесс	Получение или потеря тепла?	Эндо- или экзотермический?	В: + или -?
а.	Кубик льда кладут в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.
б.	Стакан холодного лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32°F.
с.	Горелки на электроплите выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.
д.	Учитель достает из термоса большой кусок сухого льда и кладет его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный углекислый газ.
эл.	Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется в окно и превращается в каплю росы (капли жидкой воды).

4. Образец металлического цинка весом 11,98 г помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4°C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенопласта, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T=27,0°C, плотность = 1,00 г/мл). Вода прогревается до температуры 28,1°C. Определить удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из шкафа банку газировки и наливает ее в чашку со льдом. Определить количество теплоты, отдаваемое газировкой комнатной температуры при ее плавлении 61,9.г льда (ΔH _сплав = 333 Дж/г).

6. Теплота возгонки (ΔH _{сублимация} ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж/г. Определите количество теплоты, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода. (Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры образца твердого пара-дихлорбензола массой 3,82 грамма с 24°C до его жидкого состояния при 75°C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54°C, теплоту плавления 124 Дж/г и удельную теплоемкость 1,01 Дж/г/°C (твердое состояние) и 1,19Дж/г/°C (жидкое состояние).

Следующий раздел:

223 Лаборатория физики: удельная и скрытая теплоемкость

	223 Лаборатория физики: Удельная и скрытая теплота Обзор лаборатории 223 и 224 | Вернуться к физике 223 Labs Назначение Справочный материал Цели эксперимента Оборудование и установка Советы и предостережения Онлайн-помощь Шаблон лабораторного отчета Вопросы о подталкивании Вопросы ТА Примечания Данные, результаты и графики Ответы на вопросы Лабораторное руководство КУПОЛ Эксперименты Назначение Целью этого лабораторного эксперимента является измерение удельной теплоемкости вместимостью неизвестных образцов металла, а также определить скрытая теплота плавления воды. В Кроме того, мы изучим эффективность различных калориметров. Фон Когда энергия в форме тепло , , добавляется к материалу, температура материала поднимается. Обратите внимание, что температура , в градусах Цельсия (°C) или Кельвин (К), является мерой насколько горячо или холодно вещество, в то время как тепла , в единицах джоулей (Дж) или калории (кал), является мерой его теплового энергия. 1 кал = 4,19 Дж. Удельная теплоемкость Мера эффективности, с которой вещество может хранить эту тепловую энергию. известен как удельная теплоемкость , или просто удельная теплоемкость , . Чем выше удельная теплоемкость материала, тем больше энергии необходимо добавить к изменить его температуру. Например, удельная теплоемкость воды задается как , Это означает, что для поднятия одного грамма воды необходимо 1,00 калории тепла. один градус Цельсия или 4190 джоулей тепла необходимо, чтобы поднять один килограмм воды один Кельвин. Указаны значения удельной теплоемкости для различных других материалов. в Таблице 1 ниже. Теплота, необходимая для изменения температуры, , в материале массы, , дается уравнением (1) куда — удельная теплоемкость этого материала. Как обычно, изменение температуры вещества — разница между его конечной и начальной температурами, . Таблица 1 Удельная и скрытая теплота сгорания Удельная теплоемкость Скрытая теплота плавления Материал (кал/г °С) (Дж/кг·К) (кал/г) (Дж/кг) Алюминий 0,215 900 94,5 3,96×10 5 Медь 0,092 385 49,0 2,05×10 5 Утюг 0,107 448 63,7 2,67×10 5 Вести 0,031 130 5,5 0,23×10 5 Латунь 0,092 385 Неизвестный Неизвестный Магний 0,245 1030 88,0 3,7×10 5 Цинк 0,093 390 27,0 1,1×10 5 пенополистирол 0,27 1131 Неизвестный Неизвестный Воздуха 0,240 1006 Н/Д Н/Д Вода 1. 000 4190 Н/Д Н/Д Лед 0,500 2095 79,7 3,34×10 5 При соприкосновении двух тел с разной температурой другой, тепловая энергия передается между телами. Возьмем, например, помещение куска горячего металла в емкость с прохладной водой. Из опыта мы знать, что со временем образец металла станет холоднее, а вода и его контейнер станут теплее до равновесной температуры достигается. Другими словами, согласно закону сохранения энергии полная тепловая энергия потерянная металлом это полная тепловая энергия полученная по воде и емкости: (2) Отрицательный знак используется, чтобы сохранить наше соглашение о знаках тепла; мы устанавливаем горячая сторона должна быть отрицательной, потому что энергия покидает горячий образец. Уравнение 2 справедливо, если нет теплообмена с окружающей средой. и , если ни один из материалов не подвергается фазовому переходу . Чтобы изолировать этот эксперимент от окружающей среды, мы будем использовать два типа калориметра : простая чашка из пенопласта (Рисунок 3 ниже) и более традиционный деревянный калориметр с алюминиевой вставкой (Рисунок 4 ниже). Вы определите эффективность обоих этих калориметров в этом эксперименте. Скрытая теплота плавления Если материалы претерпевают фазовый переход, как показано выше изображения, мы можем использовать , а не Уравнение 2. Если происходит фазовый переход, например, при плавлении или кипении, внутренняя энергия вещества изменяется, а его температура не меняется. Поскольку это изменение энергии не изменяет температуру материала, мы называем эту теплоту латентной или «скрытой» теплотой 9. 0004 . в случай, когда твердое тело переходит в жидкость (плавление), мы называем скрытая теплота плавления , , определяется как количество теплоты, необходимое для превращения одного грамм твердого вещества в жидкость без изменения температуры. Обратите внимание, что скрытое теплота плавления буквально означает «скрытое тепло, вызывающее плавление». Теплота, необходимая для полного расплавления данной массы, , вещества задается как (3) В Задаче 3 этого эксперимента вы должны определить скрытую теплоту плавления. льда, . Здесь вы добавите несколько кубиков льда в водяная баня комнатной температуры. Из водяной бани отводится тепло, чтобы растопить лед и . нагреть растаявшую ледяную воду до равновесной температуры. Опять же, от энергии аргументы сохранения, которые мы можем написать (4) Обратите внимание, что хотя в каждом эксперименте начальные температуры каждого материала отличается, они заканчиваются при одинаковой конечной температуре. Плотность Обычный и простой метод проверки результатов калориметрии заключается в следующем: рассчитать плотность материала. Если у вас возникли проблемы с определением идентичность вашего материала на основе их удельной теплотворной способности, часто раз быстрое измерение плотности может помочь вам определить, какой металл у вас есть в вашем владение. Значения плотности некоторых распространенных материалов приведены в таблице 2. ниже. Таблица 2 Плотность различных материалов Материал г/см 3 Алюминий 2,7 Медь 8,96 Утюг 7,87 Вести 11. 3 Латунь 8.4 Магний 1,74 Цинк 7.14 Вести 11.3 Вода 1,00 Лед 0,917 Цели Перед началом эксперимента возьмите два образца того же металла и поместите их обоих в ванну с горячей водой. Дайте образцам достаточно времени, чтобы достичь равновесной температуры. С одним из ваших металлических образцов используйте деревянный калориметр и определить удельную теплоемкость, , образца металла и установить идентичность образца металла. Обратите внимание, что чаша калориметра изготовлена ​​из алюминия. Используйте другой образец металла, чтобы определить, подходит ли чашка из пенопласта. является разумной заменой деревянному калориметру. Когда используя пенопластовый стаканчик, вы можете предположим, что стакан из пенополистирола не теряет и не получает тепла. То есть мы можем предположить знак равно пока = 0, поэтому тепло к чашке не передается. Есть ли способ определить, верно ли это предположение? Получите у инструктора немного льда и используйте пенопласт. чашка в качестве калориметра для определения скрытой теплоты плавления льда, . Используйте аргументы плотности, чтобы проверить идентичность вашего образца металла. Оборудование и установка (Рис. 1.) Два металлических образца. Вашей лабораторной группе потребуется две штуки или образец для этого эксперимента. (Рис. 2.) Металлические образцы нагревают в течение показана водяная баня. Аппарат включает в себя емкость и плита из нержавеющей стали. Стеклянный термометр используется для контроля температуры водяной бани. Стержень и зажим используются держать термометр на месте. (см. предупреждение ниже!) (Рис. 3.) Пенопластовый калориметр. (Рис. 4.) Типичный деревянный калориметр. Металлическая чаша изготовлена ​​из алюминия. (Рис. 5.) Компьютерный интерфейс Vernier и температура нержавеющей стали зонд. Зонд полезен для точного контроля температура воды в калориметре. (Рис. 6.) Скриншот программы Thermometer, расположенной в папке 223 Lab Programs на рабочем столе компьютера. См. Раздел «Советы и предостережения» ниже, чтобы узнать, как импортировать снимки экрана в свой лабораторный отчет. (Рис. 7.) Весы с тремя балками. (Рис. 8.) Надевайте защиту для рук при работе горячий контейнер из нержавеющей стали. Лед Бумажные полотенца Небольшой стакан Штангенциркуль [Для увеличения нажмите на картинки.] 1 2 3 4 5 6 7 8 Советы и предостережения Внимание!!! Нагревательная плита, контейнер из нержавеющей стали и металлические образцы, скорее всего, будут очень горячими. Обращаться осторожно. Внимание!!! При определении плотности ваших металлов, дайте вашему образцу остыть! Не прикасайтесь к горячим слиткам! Внимание!!! Не кладите книги, бумагу или другие легковоспламеняющиеся материалы близко к конфоркам! Внимание!!! При использовании зажима для крепления стеклянного термометра Будьте осторожны при затягивании зажима, чтобы не сломать термометр. Эта лабораторная работа может оказаться очень утомительной, и ее, возможно, придется повторить несколько раз. раз, если вы не продумаете шаги заранее. Осторожно спланируйте свою экспериментальную процедуру. Кроме того, выполните все расчеты в лабораторную комнату, прежде чем отправиться домой. Программное обеспечение для этой лаборатории находится на рабочем столе лабораторного компьютера. в папке Lab Programs . Точность датчика температуры определяется как ±0,2°С при 0°С и ±0,5°С при 100°С. Программное обеспечение температуры запрограммировано на запись данных только для 400 с (~ 6,5 минут). Пока достаточно времени, чтобы сделать свой калориметр показания, убедитесь, что вы поместили образцы металлов в калориметр достаточно времени, чтобы сделать необходимые измерения. При использовании программного обеспечения Logger Pro вы можете легко проверить значение каждой точки данных с помощью мыши, выбрав Analyze , а затем Проверить из строки меню программного обеспечения. Вы можете включить снимок экрана изображение температуры измерения в вашей лабораторной записи. Для этого с изображением на нажмите кнопку Print Screen на клавиатуре. Это будет поместите снимок экрана в память. Затем откройте приложение Paint . с рабочего стола компьютера и вставьте изображение. Краска очень простая приложение, но вы можете изменить размер изображения с помощью Команда Эскиз/Наклон из меню Изображение. Для достижения наилучших результатов сохраните образ в Формат GIF . Затем изображение может быть вставлено в ваш текстовый документ. Из-за различных термических свойств пенополистирола можно предположить, что калориметр из пенополистирола не поглощает и не теряет тепло. экспериментов. Верно ли это предположение? Не забудьте выключить плиту , когда эксперимент будет завершен! Онлайн-помощь Сравните рыночную цену из нескольких металлов Использование штангенциркуля Clemson Physics Лабораторные занятия Шаблон лабораторного отчета Каждая лабораторная группа должна скачать шаблон лабораторного отчета и заполните соответствующую информацию при выполнении эксперимента . Каждый человек в группе следует распечатать раздел «Вопросы» и ответить на них индивидуально. Поскольку каждая лабораторная группа сдает электронную копию лабораторного отчета, обязательно переименуйте файл шаблона лабораторного отчета. Соглашение об именах такое же, как следует: [Номер таблицы][Краткое название эксперимента].doc. Например, группа в лаборатории таблица № 5, работающая над экспериментом по закону идеального газа, переименует свой файл шаблона как «5 Gas Law.doc» . Подталкивающие вопросы Эти вопросов о подталкивании предназначены для получить ответ от вашей группы и проверить ваш TA , как вы делаете лабораторную . Они следует ответить в лабораторной тетради. Общие подталкивания Тщательно продумайте все шаги для этих Целей. Что у тебя экспериментальная процедура для каждого? Когда вы начнете измерять температуру калориметра ванна? Следует ли перемешивать водяную баню калориметра во время эксперимента? Нужно ли его постоянно помешивать? Почему или почему нет? Какова погрешность температуры бани калориметра? То есть, какова точность датчика температуры? Какова погрешность измерения массы? Каковы основные источники ошибок в этих экспериментах? Как эти ошибки уменьшить? Объектив 1 и 2 Толчки Какие величины необходимо измерить в этой задаче? Какие уравнения вы будете использовать для этой цели? Какова неопределенность температуры ванны с горячей водой? Запомнить, температуру горячей водяной бани измеряют стеклянным термометром. Как измеряется начальная температура металлических образцов? какая шаги, которые вы предприняли, чтобы убедиться, что это действительное измерение? Сколько воды вы добавите в калориметр, прежде чем образец металла будет вставил? Какие факторы влияют на ваше решение? Когда вы начнете измерять температуру калориметром ванна? Как вы уменьшите экспериментальную ошибку при переносе образец горячего металла в калориметр? Как узнать, когда прекратить сбор данных для этой цели? Если термометр или датчик температуры касается металлического образца или металлический контейнер, как это повлияет на замеры температуры, если вообще? Как дела определено для каждого материала в этой задаче? Какова неопределенность измерения? Когда задание 1 будет выполнено, следует ли вернуть образец металла в баня с горячей водой? Почему или почему нет? Цель 3 толчка Какие величины необходимо измерить в этой задаче? Какие уравнения вы будете использовать для этой цели? Сколько воды вы добавите в калориметр, прежде чем лед вставил? Больше лучше, чем меньше? Когда вы начнете измерять температуру калориметра ванна? Сколько льда вы будете использовать? Больше лучше, чем меньше? Какие факторы войти в ваше решение? Как узнать, когда прекратить сбор данных для этой цели? Как это определено для каждого материала в этой задаче? Какова неопределенность измерения? Цель 4 толчка Как вы определили плотность вашего металла? Вопросы Эти вопросы также можно найти в шаблоне описания лабораторной работы. На них должны ответить каждой особи группы. Это не командная деятельность. Каждый человек должен приложить свою копию к лабораторному отчету непосредственно перед передачей лабораторной работы вашему ТА. Какой калориметр лучше: традиционный деревянный или стакан из пенопласта? Обоснуйте свои рассуждения. Из материалов, перечисленных в таблице 1, которые лучший выбор для хранения солнечной тепловой энергии, захваченной солнечными батареями? Почему? Каковы преимущества использования кофейных чашек из пенополистирола по сравнению с алюминиевыми? В Задаче 2 мы исходили из того, что потери тепла в калориметре из пенополистирола отсутствуют. Было ли это верным предположением? Обоснуйте свой вывод. Используйте тот факт, что (удельная теплоемкость воды) велика, чтобы помочь объяснить роль, которую океаны играют на глобальном климате. Почему кастрюли, используемые для приготовления пищи, часто делаются с медным дном и алюминиевыми стенками? Возможно, вам придется учитывать удельную теплоемкость, плотность и цену металлов. за фунт. Примечания ТА Сообщите учащимся, что если веревка упадет в ванну с горячей водой что вы, ТА, уберете его. Не допускайте намокания штангенциркуля. По окончании учащиеся должны заново привязать датчик температуры кабель. Не теряйте закрученные завязки. Штангенциркули, термометры и датчики температуры должны храниться на столе TA и возвращаться в конце каждой лабораторной работы период. Группам может быть полезно представить свои данные о температуре во время устных выступлений. Это даст другим группам возможность указать очевидные ошибки: слишком поздно начать процесс сбора данных; окончание слишком ранний процесс сбора данных; касание горячих слитков датчик температуры и т.д. Вы можете попросить учащихся проанализировать эти два снимка экрана с температурой. для оценки викторины или части устной презентации. Они должны иметь возможность обсуждать ошибки, допущенные экспериментаторами. Викторина №1 | Викторина №2 Данные, результаты и графики Введите пароль ТА, чтобы просмотреть образцы данных и результаты этого эксперимент (формат MS Excel): г. Ответы на вопросы Введите пароль ТА для просмотра ответов на вопросы из этого эксперимент (формат MS Word): Эксперименты с КУПОЛОМ Вернье учебник. Если у вас есть вопрос или комментарий, отправьте электронное письмо координатору лаборатории: Джерри Хестер Обзор лаборатории 223 и 224 | Вернуться к физике 223 Labs
	./../purple.gif»>
	Copyright &copy 2006. Университет Клемсона. Все права защищены. Фото предоставлено Corel Draw. Последнее изменение 27.01.2006 14:25:18

11.2 Теплота, удельная теплоемкость и теплопередача – физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Объяснять теплоемкость, теплоемкость и удельную теплоемкость
• Различие между проводимостью, конвекцией и излучением
• Решение задач, связанных с удельной теплоемкостью и теплопередачей

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

• (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
  • (Ф) противопоставить и привести примеры различных процессов переноса тепловой энергии, включая теплопроводность, конвекцию и излучение.

Основные термины раздела

проводимость

конвекция

теплоемкость

излучение

удельная теплоемкость

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL][AL] Повторить понятия теплоты, температуры и массы.

[AL] Проверить предварительные знания о теплопроводности и конвекции.

Теплопередача, удельная теплоемкость и теплоемкость

В предыдущем разделе мы узнали, что температура пропорциональна средней кинетической энергии атомов и молекул в веществе и что средняя внутренняя кинетическая энергия вещества тем выше, чем выше температура вещества.

Если два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта (то есть объекта с большей температурой) к более холодному (с более низкой температурой) объекту до тех пор, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру . Чистая теплопередача отсутствует, когда температуры равны, потому что количество тепла, передаваемого от одного объекта к другому, равно количеству возвращаемого тепла. Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание повышает температуру, а охлаждение снижает ее. Эксперименты показывают, что теплота, передаваемая веществу или от него, зависит от трех факторов — изменения температуры вещества, массы вещества и некоторых физических свойств, связанных с фазой вещества.

Уравнение теплопередачи Q равно

Q = mcΔT, Q = mcΔT,

11,7

, где m — масса вещества, а Δ T — изменение его температуры в единицах Цельсия или Кельвина. Символ c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC. Удельная теплоемкость c является свойством вещества; его единица СИ — Дж / (кг ⋅ ⋅ K) или Дж / (кг ⋅ ⋅ ° C ° C). Изменение температуры (ΔTΔT) одинаково в единицах кельвинов и градусах Цельсия (но не в градусах Фаренгейта). Удельная теплоемкость тесно связана с понятием теплоемкости. Теплоемкостью называется количество теплоты, необходимое для изменения температуры вещества на 1,00°С°С. В форме уравнения теплоемкость C равно C=mcC=mc, где m — масса, а c — удельная теплоемкость. Обратите внимание, что теплоемкость такая же, как удельная теплоемкость, но без какой-либо зависимости от массы. Следовательно, два тела из одного и того же материала, но с разной массой, будут иметь разную теплоемкость. Это связано с тем, что теплоемкость является свойством объекта, а удельная теплоемкость является свойством любого объекта, сделанного из того же материала.

Значения удельной теплоемкости необходимо искать в таблицах, так как нет простого способа их расчета. В таблице 11.2 в качестве удобного справочника приведены значения удельной теплоемкости для нескольких веществ. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, значит, для нагревания 1 кг воды требуется в пять раз больше теплоты, чем для повышения температуры 1 кг стекла на столько же. количество градусов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL][AL]Объясните, что эта формула работает только тогда, когда фаза вещества не изменяется. Перенос тепловой энергии, тепла и фазовый переход будут рассмотрены далее в этой главе.

Предупреждение о заблуждении

Единицами удельной теплоемкости являются Дж/(кг ⋅°C⋅°C ) и Дж/(кг ⋅⋅ К). Однако градусы Цельсия и Кельвина не всегда взаимозаменяемы. В формуле удельной теплоемкости используется разница температур, а не абсолютная температура. По этой причине вместо Кельвинов можно использовать градусы Цельсия.

Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж/(кг ⋅°C⋅°C )
Алюминий	900
Асбест	800
Бетон, гранит (средний)	840
Медь	387
Стекло	840
Золото	129
Тело человека (среднее)	3500
Лед (средний)	2090
Железо, сталь	452
Свинец	128
Серебро	235
Дерево	1700
Жидкости
Бензол	1740
Этанол	2450
Глицерин	2410
Меркурий	139
Вода	4186
Газы (при постоянном давлении 1 атм)
Воздух (сухой)	1015
Аммиак	2190
Углекислый газ	833
Азот	1040
Кислород	913
Пар	2020

Стол 11. 2 Удельная теплоемкость различных веществ.

Снап Лаборатория

Изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода? Вы ответите на этот вопрос, проведя измерения для изучения различий в удельной теплоемкости.

• Открытое пламя — завяжите все распущенные волосы и одежду перед тем, как поджечь открытое пламя. Следуйте всем инструкциям вашего учителя о том, как зажечь пламя. Никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра. Знать расположение противопожарного оборудования в лаборатории.

• Песок или почва
• Вода
• Духовка или лампа накаливания
• Две маленькие баночки
• Два термометра

Инструкции

Процедура

1. Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две маленькие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить равные массы, используя на 50 процентов больше воды по объему. )
2. Нагревайте оба вещества (используя духовку или нагревательную лампу) в течение одинакового времени.
3. Запишите конечные температуры двух масс.
4. Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
5. Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Удельная теплоемкость почвы приблизительно равна 800 Дж/кг °C. С наступлением зимы фермер отслеживает как температуру почвы на своем поле, так и температуру близлежащего пруда. Будет ли поле или пруд первым достигать 0 °C и почему?

1. Пруд сначала достигнет 0 °C из-за большей удельной теплоемкости воды.

2. Поле сначала достигнет 0 °C из-за более низкой удельной теплоемкости почвы.

3. Они достигнут 0°C в одно и то же время, потому что находятся под воздействием одной и той же погоды.

4. Вода нагревается и охлаждается дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у суши.

Теплопроводность, конвекция и излучение

При любой разнице температур происходит теплопередача. Теплопередача может происходить быстро, например, через кастрюлю, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. рисунок 11.3.

Рисунок 11. 3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в помещение. Теплопередача также происходит за счет теплопроводности в помещение, но гораздо медленнее. Теплопередача конвекцией также происходит через холодный воздух, поступающий в помещение через окна, и горячий воздух, выходящий из помещения, поднимаясь вверх по дымоходу.

Теплопроводность – это передача тепла посредством прямого физического контакта. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном кастрюли, передается теплопроводностью. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно. Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем ткани, такие как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один кажется холоднее другого? Это объясняется различной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его более холодным.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL][AL] Спросите учащихся, какая сейчас температура в классе. Спросите их, все ли предметы в комнате имеют одинаковую температуру. Как только это будет установлено, попросите их положить руку на стол или на металлический предмет. Стало холоднее? Почему? Если их стол сделан из ламината Formica, то он будет холодным для их рук, потому что ламинат является хорошим проводником тепла и отводит тепло от их рук, создавая ощущение «холода» из-за тепла, покидающего тело.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (такие как медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле больше, чем в более холодном. При столкновении двух частиц энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией. Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT=Thot−Tcold ΔT=Thot−Tcold . Поэтому от кипятка вы получите более сильный ожог, чем от горячей водопроводной воды.

Рисунок 11,4 Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на поверхности контакта, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию до столкновения, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в более высокотемпературной области (левая сторона) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция – это передача тепла движением жидкости. Такой вид теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или в грозу, когда горячий воздух поднимается вверх к основанию облаков.

Советы для успеха

В повседневном языке термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы больны и врач говорит вам «вводить жидкости», это означает всего лишь пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике под жидкостью понимается жидкость или газ . Жидкости движутся не так, как твердые материалы, и у них даже есть собственная ветвь физики, известная как гидродинамика , которая изучает то, как они движутся.

При повышении температуры жидкостей они расширяются и становятся менее плотными. Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с разной температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, более быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по сравнению с окружающей средой создает плавучесть (тенденцию к подъему). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотный, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Уплотнение протечек вокруг дверей с помощью герметика защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и кастрюля с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанические течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11,5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективный контур, передающий энергию в другие части помещения. По мере того как воздух охлаждается на потолке и снаружи стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем комнатный воздух, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, которая использует естественную конвекцию, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рисунок 11,6 Конвекция играет важную роль в передаче тепла внутри этого горшка с водой. После того, как тепло передается внутренней жидкости, передача тепла к другим частям электролизера происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, ее плотность уменьшается, и она поднимается, чтобы передать тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется до тех пор, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма теплопередачи, возникающая при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие волны имеют более высокую частоту и большую энергию).

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Электромагнитные волны также часто называют электромагнитными волнами. Мы по-разному воспринимаем электромагнитные волны разных частот. Точно так же, как мы можем видеть определенные частоты как видимый свет, мы воспринимаем некоторые другие как тепло.

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и от солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не прикасаясь к дверце и не заглядывая внутрь — она может просто согреть вас, когда вы проходите мимо. Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором не требуется среда, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с каким-либо веществом или переноситься им. Пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности передачи тепла путем конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается излучением, и Земля нагревается, поглощая электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рисунок 11,7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, не глядя на него прямо. (Дэниел Х. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. рис. 11.7). Скорость передачи тепла излучением зависит главным образом от цвета объекта. Черный — самый эффективный поглотитель и излучатель, а белый — наименее эффективный. Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают носить черную одежду. Точно так же черный асфальт на парковке будет теплее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное: черный цвет излучает лучше, чем зеленый. В ясную летнюю ночь черный асфальт будет холоднее зеленой травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый — плохой поглотитель, а также плохой излучатель. Белый объект отражает почти все излучение, как зеркало.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Попросите учащихся привести примеры теплопроводности, конвекции и излучения.

Виртуальная физика

Энергетические формы и изменения

В этой анимации вы исследуете передачу тепла с помощью различных материалов. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Это можно сделать, перетащив объект на пьедестал, а затем удерживая рычаг в положении «Нагрев» или «Охлаждение». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете наблюдать, как быстро он нагревается или остывает в режиме реального времени.

Теперь давайте попробуем передать тепло между объектами. Нагрейте кирпич, а затем поместите его в холодную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор параметра быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла, чтобы сэкономить время.

Сравните, как быстро нагреваются или охлаждаются различные материалы. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какой из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

1. Больше всего времени потребуется воде, а утюгу потребуется меньше всего времени для нагрева, а также для охлаждения. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

2. Вода будет нагреваться меньше всего, а железо дольше всего нагреваться, как и остывать. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

3. Кирпичу потребуется меньше всего времени, а железу потребуется больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

4. Вода будет нагреваться быстрее всего, а кирпич дольше всего нагреваться и остывать. Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Предложите учащимся рассмотреть различия в результатах интерактивных упражнений при использовании разных материалов. Например, спросите их, будет ли изменение температуры больше или меньше, если кирпич заменить блоком железа той же массы, что и кирпич. Попросите учащихся рассмотреть одинаковые массы металлов алюминия, золота и меди. После того, как они установят, больше или меньше изменение температуры для каждого металла, пусть они обратятся к таблице 11.2 и проверят, были ли их предсказания правильными.

Решение проблем теплопередачи

Рабочий пример

Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля весом 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20,0 °C°C до 80,0 °C°C. а) Какое количество тепла потребуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (b) кастрюли и (c) воды?

Стратегия

Посуда и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и сковороды увеличивается на одинаковую величину. Воспользуемся уравнением теплообмена при заданных изменениях температуры и массы воды и алюминия. Удельные теплоемкости воды и алюминия приведены в предыдущей таблице.

Решение для (a)

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

1. Рассчитать разницу температур.

   ΔT=Tf-Ti=60,0°C ΔT=Tf-Ti=60,0°C

   11,8

2. Рассчитайте массу воды, используя соотношение между плотностью, массой и объемом. Плотность — это масса на единицу объема, или ρ=mVρ=mV . Преобразовав это уравнение, найдите массу воды.

   mw=ρ⋅V=1000 кг/м3×(0,250 л×0,001 м31 л)=0,250 кгmw=ρ⋅V=1000 кг/м3×(0,250 л×0,001 м31 л)=0,250 кг

   11,9

3. Рассчитайте теплоту, переданную воде. Используйте удельную теплоемкость воды из предыдущей таблицы.

   Qw=mwcwΔT= (0,250 кг)(4186 Дж/кг°C)(60,0°C) = 62,8 кДжQw=mwcwΔT= (0,250 кг)(4186 Дж/кг°C)(60,0°C) = 62,8 кДж

   11.10

4. Рассчитайте тепло, переданное алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия из предыдущей таблицы.

   QAl=mAlcAlΔT= (0,500 кг)(900 Дж/кг°C)(60,0°C) = 27,0 ×103J = 27,0 кДжQAl=mAlcAlΔT= (0,500 кг)(900 Дж/кг°C)(60,0°C) = 27,0 × 103 Дж = 27,0 кДж

   11.11

5. Найдите общее переданное тепло.

   QTotal=Qw+QAl= 62,8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДжQTotal=Qw+QAl= 62,8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж

   11,12

Решение (b)

Процент тепла, идущего на нагрев сковороды, составляет (c)

Процент тепла, идущего на нагрев воды, составляет

62,8 кДж 89,8 кДж × 100% = 69..9%62,8 кДж89,8 кДж×100%=69,9%

11,14

Обсуждение

В этом примере большая часть всего передаваемого тепла используется для нагревания воды, даже несмотря на то, что кастрюля имеет вдвое большую массу. Это связано с тем, что удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза превышает удельную теплоемкость алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла, чем для алюминиевой кастрюли.

Вода может поглощать огромное количество энергии при очень незначительном изменении температуры. Это свойство воды делает возможной жизнь на Земле, потому что она стабилизирует температуру. Другие планеты менее пригодны для жизни, потому что дикие перепады температур создают суровые условия. Возможно, вы заметили, что климат ближе к большим водоемам, таким как океаны, мягче, чем климат, не имеющий выхода к морю в центре большого континента. Это связано с смягчающим климат эффектом большой теплоемкости воды — вода накапливает большое количество тепла в жаркую погоду и постепенно отдает тепло, когда на улице холодно.

Рабочий пример

Вычисление повышения температуры: тормоза грузовика перегреваются на спусках

Когда грузовик тормозит на спуске, тормоза должны выполнять работу по преобразованию потенциальной гравитационной энергии грузовика во внутреннюю энергию тормозов. Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика и удерживает грузовик от ускорения и потери управления. Повышенная внутренняя энергия тормозов повышает их температуру. Когда подъем особенно крутой, повышение температуры может произойти слишком быстро и привести к перегреву тормозов.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж/кг ⋅°C⋅°C при спуске грузовика массой 10 000 кг с высоты 75,0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия

Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ) грузовика, а затем находим повышение температуры тормозов.

Решение

1. Рассчитайте изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика под уклон.

   Mgh=(10 000 кг)(9,80 м/с2)(75,0 м)=7,35×106JMgh=(10000 кг)(9,80 м/с2)(75,0 м)=7,35×106J

   11,15

2. Рассчитайте изменение температуры по переданному теплу, переформулировав уравнение Q = mcΔTQ = mcΔT, чтобы найти ΔT. ΔT.

   ΔT=Qmc, ΔT=Qmc,

   11,16

   , где м — масса тормозного материала (не всего грузовика). Подставить значения Q = 7,35×10 ⁶ Дж (поскольку теплопередача равна изменению потенциальной энергии гравитации), м == 100 кг и c == 800 Дж/кг ⋅⋅°C°C, чтобы найти

   ΔT=7,35×106 Дж(100 кг)(800 Дж/кг ⋅°C)=91,9°C. ΔT=7,35×106 Дж(100 кг)(800 Дж/кг⋅°C)=91,9°C.

   11.17

Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик какое-то время ехал, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, поднимет температуру тормозного материала выше точки кипения воды, что отрицательно скажется на тормозах. Вот почему водители грузовиков иногда используют другую технику, называемую «торможение двигателем», чтобы не сжечь тормоза во время крутых спусков. Торможение двигателем использует силы замедления двигателя на пониженной передаче, а не тормоза для замедления.

Практические задачи

5.

Сколько теплоты потребуется, чтобы нагреть 10,0 кг воды на 1,0 °С?

1. 84 Дж
2. 42 Дж
3. 84 кДж
4. 42 кДж

6.

Рассчитайте изменение температуры 1,0 кг воды, которая изначально имела комнатную температуру, при добавлении 3,0 кДж тепла.

1. 358 °С
2. 716 °С
3. 0,36 °С
4. 0,72 °С

Проверьте свое понимание

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижение учащимися целей обучения раздела. Если учащиеся борются с определенной целью, эти вопросы помогут определить, какая именно, и направить учащихся к соответствующему содержанию.

7.

Что вызывает теплопередачу?

1. Разница в массе двух объектов вызывает теплопередачу.

2. Разница в плотности между двумя объектами вызывает теплопередачу.

3. Разница температур между двумя системами вызывает теплопередачу.

4. Разность давлений между двумя объектами вызывает теплопередачу.

8.

Когда соприкасаются два тела с разной температурой, каково общее направление теплопередачи?

1. Общее направление передачи тепла — от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

2. Общее направление передачи тепла — от объекта с более низкой температурой к объекту с более высокой температурой.

3. Направление передачи тепла сначала от объекта с более низкой температурой к объекту с более высокой температурой, затем обратно к объекту с более низкой температурой и так далее, пока объекты не придут в тепловое равновесие.

4. Направление передачи тепла сначала от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой, затем обратно к объекту с более высокой температурой и так далее, пока объекты не придут в тепловое равновесие.

9.

Какие существуют методы теплопередачи?

1. проводимость, излучение и отражение

2. проводимость, отражение и конвекция

3. конвекция, излучение и отражение

4. проводимость, излучение и конвекция

10.

Верно или неверно — проводимость и конвекция не могут происходить одновременно

1. Верно
2. Ложь

удельная теплоемкость | Определение и факты

Словарь викторины Один хороший факт

Подписывайся

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история

• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

• Руководство по покупке
  Совет эксперта по покупке. От техники до товаров для дома и здоровья.
• Студенческий портал
  Britannica — это лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и многое другое.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.