ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 8 класс · § 6
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 6. Расчёт количества теплоты при нагревании и охлаждении. Удельная теплоёмкость

От чего зависит энергия для нагревания воды и почему температура смеси не всегда равна полусумме?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

От чего зависит энергия для нагревания воды и почему температура смеси не всегда равна полусумме?

Наблюдаем и объясняем

Нагрев или смешивание

Сравни нагрев одной порции воды с теплообменом двух порций. Регуляторы массы и температуры общие для обоих опытов.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

1 кг
60 °C

Вода: c = 4200 Дж/(кг·°C). При смешивании сосуд и внешние потери не учитываются. Температуры не достигают кипения.

01

Три множителя в формуле

Если вещество сохраняет агрегатное состояние и его теплоёмкость можно считать постоянной, количество теплоты при нагревании вычисляют по формуле Q = cm(t₂ − t₁). Масса m должна быть выражена в килограммах, а c — в Дж/(кг·°C).

Разность температур в градусах Цельсия численно равна разности в кельвинах. Увеличение массы или требуемого нагрева вдвое увеличивает Q вдвое при одинаковом c. Формулу не используют для самой стадии плавления или кипения.

Q = cmΔt

Количество теплоты, Дж

Δt = t₂ − t₁

Разность, а не конечная температура

c

Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°C)

При изменении температуры без фазового перехода Q = cmΔt.

Воду нагрели от 20 до 60 °C: какое Δt?

Δt = 60 − 20 = 40 °C. Подстановка 60 вместо 40 ошибочно учитывает нагрев от нуля, которого в условии нет.

02

Смысл удельной теплоёмкости

Удельная теплоёмкость показывает, сколько энергии нужно передать 1 кг вещества для повышения температуры на 1 °C при заданных условиях. Для воды в учебных задачах принимаем c = 4200 Дж/(кг·°C), для льда — 2100 Дж/(кг·°C).

Большая c означает, что одинаковая масса требует больше энергии для одного и того же нагрева. Она не означает, что вещество всегда теплее. Значения c различаются у веществ и могут зависеть от температуры.

Смысл удельной теплоёмкости: сравнение
Веществоc, Дж/(кг·°C)Энергия для 1 кг на 10 °C
Вода420042 000 Дж
Лёд210021 000 Дж
Алюминий, приближённо9209200 Дж

Большая теплоёмкость означает меньший нагрев при той же переданной энергии.

Почему одинаковые массы воды и алюминия нагреваются неодинаково?

При одинаковом Q изменение температуры равно Q/(cm). У воды больше c, поэтому её температура изменится меньше.

Жидкостный термометр

В расчёте важна разность показаний до и после процесса.

Rama · CC BY-SA 3.0 fr · Источник. Без изменений.

Металлический чайник

Расчёт воды cmΔt не включает нагрев чайника и потери в комнату.

পাপৰি বৰা · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.

03

Разбор расчёта и знака

Нужно нагреть 0,5 кг воды от 20 до 60 °C. Вычисляем Δt = 40 °C и Q = 4200 · 0,5 · 40 = 84 000 Дж = 84 кДж. Это энергия, полученная водой, без учёта нагрева сосуда и потерь.

При охлаждении той же воды от 60 до 20 °C формула даёт Q = −84 кДж. Минус означает отдачу энергии. Если вопрос звучит «сколько теплоты выделилось», обычно приводят модуль: 84 кДж.

Переведи массу

500 г = 0,5 кг

Найди разность

60 − 20 = 40 °C

Подставь и оцени

Q = 84 кДж; нагрев требует притока энергии

Знак Q показывает направление передачи, а модуль — её величину.

Почему электрочайник затратит больше энергии, чем получит вода?

Часть энергии пойдёт на нагрев чайника и будет передана окружающей среде. Идеальный расчёт воды не включает эти затраты.

04

Тепловой баланс смеси

В теплоизолированной системе энергия, отданная горячей частью, равна энергии, полученной холодной. Для двух порций воды без фазовых переходов: mгор(tгор − t) = mхол(t − tхол), поскольку одинаковые теплоёмкости сокращаются.

Один килограмм воды при 80 °C и три килограмма при 20 °C дадут t = (1·80 + 3·20)/4 = 35 °C. Полусумма 50 °C была бы верна только при равных массах одинакового вещества и пренебрежении теплоёмкостью сосуда и потерями.

Баланс

Qотдано = Qполучено

Одна и та же жидкость

t = (m₁t₁ + m₂t₂)/(m₁ + m₂)

Проверка

20 °C < 35 °C < 80 °C

Температура смеси определяется тепловым балансом, а не всегда средним арифметическим.

Может ли такая смесь получиться горячее 80 °C?

Без внешнего источника энергии, реакции или других оговорённых процессов — нет. Результат вне диапазона исходных температур указывает на ошибку модели или расчёта.

Соберём главное

Шесть выводов

01При изменении температуры без фазового перехода Q = cmΔt.
02Большая теплоёмкость означает меньший нагрев при той же переданной энергии.
03Знак Q показывает направление передачи, а модуль — её величину.
04Температура смеси определяется тепловым балансом, а не всегда средним арифметическим.
05Массу в расчёте переводят в килограммы, энергию удобно выражать в джоулях или килоджоулях.
06Формула cmΔt не описывает энергию фазового перехода при постоянной температуре.
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе

Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.

1. Формула нагревания без фазового перехода?
2. Единица c?
3. Нагрев от 20 до 60 °C даёт Δt…
4. Q для 0,5 кг воды на 40 °C при c = 4200?
5. При удвоении массы и прежнем Δt Q…
6. При одинаковых Q и m большая c означает…
7. При охлаждении Q со знаком полученной энергии…
8. Смешали 1 кг воды 80 °C и 3 кг 20 °C без потерь. Температура…
9. Полусумма температур смеси верна для…
10. Можно ли формулой cmΔt посчитать само плавление при постоянной t?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 6. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 06. при нагревании и охлаждении.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.

Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.

↑

Загрузка прогресса…