На практике часто пользуются тепловыми расчётами. Например, при строительстве зданий необходимо учитывать, какое количество теплоты должна отдавать зданию вся система отопления. Следует также знать, какое количество теплоты будет уходить в окружающее пространство через окна, стены, двери. Покажем на примерах, как нужно вести простейшие расчёты.
Итак, необходимо узнать, какое количество теплоты получила при нагревании медная деталь. Её масса 2 кг, а температура увеличивалась от 20°С до 280°С. Вначале по таблице определим удельную теплоёмкость меди см = 400 Дж/кг* °С"

Это означает, что на нагревание детали из меди массой 1 кг на 1°С потребуется 400 Дж. Для нагревания медной детали массой 2 кг на 1°С необходимо в 2 раза большее количество теплоты — 800 Дж. Температуру медной детали необходимо увеличить не на 1°С, а на 260°С, значит, потребуется в 260 раз большее количество теплоты, т. е. 800 Дж. 260 = 208 000 Дж.

Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить куску свинца массой 2 кг для его нагревания на 10 °С.

По таблице находим для свинца:

(Ответ: Q = 2800 Дж.)

Какое количество теплоты отдает 5 л воды при охлаждении с 50 °С до 10 °С?

Так как плотность воды ρ = 1000 кг/м3, то масса воды равна:

(Ответ: Q = -840 кДж.)

Знак «-» в ответе указывает на то, что вода отдает тепло.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.
1.Что нужно знать, чтобы вычислить количество теплоты, полученное телом при нагревании?
2. Объясните на примере, как рассчитывают количество теплоты, сообщённое телу при его нагревании или выделяющееся при его охлаждении.
3. Напишите формулу для расчёта количества теплоты.
4. Какой вывод можно сделать из опыта по смешиванию холодной и горячей воды? Почему на практике эти энергии не равны?
Задание 2. Реши задачи.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

Лабораторная работа №1 Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.

2 слайд

Описание слайда:

Цель работы: определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене, и объяснить полученный результат. Оборудование: калориметр, мензурка, термометр, стакан. Примечание Калориметр - прибор, применяемый во многих опытах при тепловых явлениях. Калориметр состоит из двух сосудов, разделенных воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.

3 слайд

Описание слайда:

Правила охраны труда и техники безопасности Будьте осторожны при работе с горячей водой. Не разливайте воду – возможны ожоги. Будьте осторожны при работе со стеклянной посудой (термометр, стакан, мензурка). Помните, стекло – хрупкий материал, легко трескается при ударах и резкой перемене температуры. Снимайте данные, не вынимая термометр из жидкости! На столе не должно быть никаких посторонних предметов.

4 слайд

Описание слайда:

ХОД РАБОТЫ: Налейте в стакан холодную воду массой 100 г (отмерить мерным стаканом). Измерьте температуру холодной воды. Результаты измерения запишите в таблицу. Налейте в калориметр горячую воду массой 100 г. Измерьте температуру горячей воды. Результаты измерения запишите в таблицу. Не вынимая термометра из горячей воды, вылейте холодную воду из стакана в калориметр. Измерьте температуру смеси. Результат измерения запишите в таблицу. Рассчитайте количество теплоты Qг, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси, и количество теплоты Qх полученное холодной водой при нагревании до той же температуры. Используйте формулы Qг = cmг (t2 - tг1) и Qх = cmх (t2 - tх1). Результаты вычислений запишите в таблицу. Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой (по модулю). Сделайте вывод.

5 слайд

Описание слайда:

Заполните таблицу Масса холодной воды mхкг Температура холодной воды tх1°С Количество теплоты, полученное холодной водой QхДж Температура смеси t2°С Масса горячей воды mг,кг Температура горячей воды tг1°С Количество теплоты, отданное горячей водой QгДж

6 слайд

Описание слайда:

Сравните количества теплоты Qг и Qх. Сделайте соответствующий вывод. ВЫВОД: _____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Тема урока: Лабораторная работа №1. Сравнение количеств теплоты при смешении воды разной температуры.

Задача:

Цели урока:

Образовательная: формирование умений применять теоретические знания на практике и решать задачи по теме количество теплоты, удельная теплоемкость вещества.

Воспитательная: воспитывать чувство ответственности и бережливости, способность работать в паре.

Развивающая: продолжать формировать навыки использования лабораторного оборудования на уроках физики.

Ход урока.

Организация урока(2 мин.)
- приветствие учащихся
- проверка явки учащихся и готовности класса к уроку.

Инструктаж по технике безопасности.(3 мин)

Выполнение лабораторной работы №1.(40 мин)

Лабораторная работа №1.

Сравнение количеств теплоты при смешении воды разной температуры .

Цель работы: определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене, и объяснить полученный результат.

1. Приборы и материалы: калориметр, измерительный цилиндр (мензурка),термометр, стакан с холодной водой, чайник с горячей водой (один на всех), весы с разновесом.

Примечание: Калориметр – прибор, применяемый во многих опытах по тепловым явлениям. Он подобен термосу.

Калориметр состоит из двух сосудов, разделенных воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего подставкой. Такое устройство позволяет уменьшать теплообмен содержимого внутреннего сосуда с внешней средой.

1. Указания к работе

С помощью мензурки отмерьте примерно 50см 3 холодной воды, вылейте ее во внутренний стакан калориметра.

Измерьте ее температуру.

Измерьте температуру горячей воды в чайнике и влейте горячую воду в калориметр, смешав ее с холодной водой, не вынимая при этом термометра из калориметра. Термометр держать в воде до тех пор, пока столбик жидкости в нем перестанет подниматься.

Измерьте температуру смеси холодной и горячей воды именно в этот момент. Важно не прозевать его!

Измерьте объем этой смеси мензуркой. Путем вычитания определите объем влитой горячей воды.

Рассчитайте массу холодной и горячей воды.

Вылив смесь из калориметра и, насухо вытерев его, определите его массу путем взвешивания на рычажных весах.

Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой при остывании до температуры смеси, и количество теплоты, полученное холодной водой при ее нагревании до этой же температуры. Результаты вычислений занесите в таблицу:

10.Сравните количество теплоты, отданное горячей водой, с количеством теплоты, полученным холодной водой, и сделайте вывод.

11.Рассчитайте количество теплоты Q 3 , полученное внутренним стаканом калориметра, который изготовлен из алюминия. Сделайте вывод, сравнив Q 3 с Q 1 и Q 2 .

Примечания:

1.Удельные теплоемкости воды и алюминия определите по таблице в учебнике «Физика-8».

2.Расчеты производите с учетом правил приближенных вычислений.

3.Произвести оценку погрешностей прямых и косвенных измерений.

Мы знаем, что внутреннюю энергию тела можно изменить не только за счет работы, но и за счет нагревания тела. При этом процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом. Изменение внутренней энергии при теплообмене называют полученной или

отданной теплотой. Мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при охлаждении), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры:

Измерить количество переданной теплоты можно в калориметрах. Это устройство мы будем использовать в этой работе.

Калориметр состоит из двух сосудов: внутреннего и внешнего. Внешний сосуд должен предохранять внутренний от потери тепла за счет теплообмена с окружающей средой. Сверху оба сосуда закрываются крышкой с установленным на ней термометром.

Если в калориметр налить воды массой m 1 при температуре а затем еще добавить воды массой m 2 при температуре t 2 , то в сосуде начнется теплообмен, а спустя некоторое время установится состояние теплового равновесия. При этом обе части воды будут иметь одну и ту же температуру t, и количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученной холодной водой. Последнее утверждение составляет смысл уравнения теплового баланса:

Пример выполнения работы:

Вычисления:

Количество теплоты, отданное горячей водой:

Количество теплоты, полученное холодной водой.

Лабораторные работы → номер 1

Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.

Цель работы: Определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене. Объяснить полученный результат.

Из учебника мы знаем, что при теплопередаче происходит переход энергии от одних тел к другим путем теплопроводности, излучения или конвекции. Энергия, которую получает или отдает тело при теплопередаче, называется количеством теплоты. Мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при остывании), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры.

Итак, понятно, что в процессе теплопередачи между двумя телами их температуры стремятся уравняться. Тело с более высокой температурой отдает некоторое количество теплоты, а тело с более низкой температурой получает это количество теплоты. Причем в идеальных условиях, когда два этих тела абсолютно изолированы от всего на свете, переданное количество теплоты должно быть равно полученному согласно закону сохранения энергии.

Однако, условия проводимого нами эксперимента безусловно далеки от идеальных. От горячей воды тепло передается не только холодной воде, но и калориметру, термометру, окружающему воздуху. Тем не менее, хотя мы и не получим входе эксперимента полного соответствия отданного количества теплоты полученному, эти показатели, если эксперимент выполнен аккуратно, должны быть близки. Ход работы описан в учебнике.

Пример выполнения работы.

Вычисления:

Количество теплоты, отданное горячей водой — 12600Дж.

Количество теплоты, полученное холодной водой — 10920Дж.

Вывод: Количество теплоты, полученное холодной водой близко к количеству теплоты, отданному горячей водой, что, с учетом далеких от идеальных условий эксперимента, можно считать равенством.

Контрольные вопросы:

1) Как определялась в эксперименте масса воды?

Через плотность по формуле m=pV, т. е. косвенно, без использования весов. Так как плотность воды 1 г/см3, то масса 100 мл = 100 см3 будет 100г = 0,1 кг

2) Почему калориметр имеет двойные стенки?

Чтобы меньше терялась теплота в окружающую среду

3) Почему холодную воду надо брать комнатной температуры?

Чтобы её температура не изменялась из-за влияния воздуха в кабинете, т. к. она же не в калориметре

4) Будут ли равными изменения температуры и количество отданной и принятой теплоты, если использовать неравные массы теплой и холодной воды?

Изменения температуры не будут одинаковыми, а количество отданной и принятой теплоты будут равны

Суперзадание: объясните, как влияет на полученные результаты участие в теплообмене калориметра. Всегда ли можно этим влиянием пренебречь?

Ответ: Уравнение теплового баланса строго выполняется только в том случае, если система теплоизолирована. Хотя калориметр снижает потери энергии, связанные с теплопередачей в окружающую среду, тем не менее они остаются. Кроме того, есть потери за счёт теплообмена между водой и калориметром. Поэтому количество теплоты, одданное теплой водой, будет всегда больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой. Если тёплую воду вливать в холодную, то различие между Qотд и Qпол будет больше, чем в случае, когда холодную воду добавляют в тёплую. Это обусловлено тем, что в первом случае потери энергии в окружающую среду будут частично скомпенсированы за счёт количества теплоты, которое холодной воде передают калориметр и термометр.

Таким образом, как это ни кажется странным, проверяемое положение о равенстве отданного и принятого количества теплоты выполнения работы будет подтверждено точнее, если в калориметр наливать сначала холодную воду, а затем доливать горячую (как и указано в работе).