Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела, равно:

Внутренняя энергия тела меняется при нагревании и охлаждении, при парообразовании и конденсации, при плавлении и кристаллизации. Во всех случаях телу передается или от него отнимается некоторое количество теплоты.

???
1. Что называют количеством теплоты ?
2. От чего зависит удельная теплоемкость вещества?
3. Что называют удельной теплотой парообразования?
4. Что называют удельной теплотой плавления?
5. В каких случаях количество теплоты положительная величина, а в каких случаях отрицательная?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,

О единицах количества теплоты. Единицу количества теплоты — «малую» калорию — мы определили выше как количество теплоты, которое требуется для повышения температуры воды на 1 К при атмосферном давлении. Но так как теплоемкость воды при разных температурах различна, необходимо условиться о той температуре, при которой выбирается этот одноградусный интервал.

В СССР принята так называемая двадцатиградусная калория, для которой принят интервал от 19,5 до 20,5°С. В некоторых странах применяется пятнадцатиградусная калория (интервал Первая из них равна Дж, вторая — Дж. Иногда применяется средняя калория, равная одной сотой количества тепла, необходимого для нагревания воды от до

Измерение количества теплоты. Для непосредственного измерения количества теплоты, отданного или полученного телом, служат специальные приборы — калориметры.

В наиболее простой своей форме калориметр представляет собой сосуд, заполненный веществом, теплоемкость которого хорошо известна, например водой (удельная теплоемкость

Измеряемое количество теплоты тем или иным путем передается калориметру, в результате чего изменяется его температура. Измерив это изменение температуры мы получим теплоту

где с — удельная теплоемкость вещества, заполняющего калориметр, его масса.

Необходимо учитывать, что теплота передается не только веществу калориметра, но и сосуду и различным устройствам, которые могут в нем помещаться. Поэтому перед измерением нужно определить так называемый тепловой эквивалент калориметра — количество теплоты, нагревающее «пустой» калориметр на один градус. Иногда эту поправку вводят добавлением к массе воды добавочной массы теплоемкость которой равна теплоемкости сосуда и других частей калориметра. Тогда можно считать, что тепло передается массе воды, равной Величина называется водяным эквивалентом калориметра.

Измерение теплоемкости. Калориметр служит также для измерения теплоемкости. В этом случае необходимо точно знать количество подведенного (или отведенного) тепла Если известно, то удельная теплоемкость вычисляется из равенства

где масса исследуемого тела, а изменение его температуры, вызванное теплотой

Тепло к телу подводится в калориметре, который должен быть устроен так, чтобы подводимое тепло передавалось только исследуемому телу (и, конечно, калориметру), но не терялось в окружающем пространстве. Между тем такие потери тепла в какой-то мере всегда происходят, и их учет является главной заботой при калориметрических измерениях.

Измерение теплоемкости газов затруднено тем, что из-за малой их плотности теплоемкость той массы газа, которая может быть помещена в калориметр, мала. При обычных температурах она может оказаться сравнимой с теплоемкостью пустого калориметра, что неизбежно понижает точность измерений. Это особенно относится к измерению теплоемкости при постоянном объеме При определении эту трудность можно обойти, если исследуемый газ заставить протекать (при постоянном давлении) через калориметр (см. ниже).

Измерение Едва ли не единственным методом непосредственного измерения теплоемкости газа при постоянном объеме является метод, предложенный Жоли (1889 г.). Схема этого метода представлена на рис. 41.

Калориметр состоит из камеры К, в которой на концах коромысла точных весов подвешены два одинаковых полых медных шара снабженных тарелками снизу и отражателями сверху. Один из шаров откачивается, другой наполняется исследуемым газом. Для того чтобы газ имел заметную теплоемкость, его вводят под значительным давлением Массу введенного газа определяют с помощью весов, восстанавливая гирями нарушенное введением газа равновесие.

После того как между шарами и камерой установится тепловое равновесие, в камеру впускают водяной пар (трубки для входа и выхода пара расположены на передней и задней стенках камеры и на рис. 41 не показаны). Пар конденсируется на обоих шарах, нагревая их, и стекает в тарелки. Но на сфере, заполненной газом, конденсируется больше жидкости, так как ее теплоемкость больше. Из-за избытка конденсата на одном из шаров равновесие шаров снова нарушится. Уравновесив весы, мы узнаем ту избыточную массу жидкости, которая сконденсировалась благодаря присутствию газа в шаре. Если эта избыточная масса воды равна то, умножив ее на теплоту конденсации воды найдем количество теплоты, которое пошло на нагревание газа от начальной температуры до температуры водяного пара Измерив эту разность термометром, получим:

где удельная теплоемкость — газа. Зная удельную теплоемкость мы найдем, что молярная теплоемкость

Измерение Мы уже упоминали, что для измерения теплоемкости при постоянном давлении исследуемый газ заставляют протекать через калориметр. Только таким путем можно обеспечить постоянство давления газа, несмотря на подвод тепла и нагревание, без которого нельзя измерять теплоемкость. В качестве примера такого метода приведем здесь описание классического опыта Реньо ( Схема аппарата представлена на рис. 42.

Исследуемый газ из резервуара А через кран пропускают через змеевик, помещенный в сосуде с маслом В, нагреваемым каким-нибудь источником тепла. Давление газа регулируется краном а его постоянство контролируется манометром Проходя длинный путь в змеевике, газ принимает температуру масла, которая измеряется термометром

Нагретый в змеевике газ проходит затем через водяной калориметр, охлаждаясь в нем до некоторой температуры измеряемой термометром и выходит наружу. Измерив давление газа в резервуаре А в начале и в конце опыта (для этого служит манометр мы узнаем массу прошедшего через аппарат газа.

Количество теплоты отданное газом калориметру, равно произведению водяного эквивалента калориметра на изменение его температуры где начальная температура калориметра.

§ 1 Количество теплоты

Включим в холодном помещении электрообогреватель, и температура воздуха начинает повышаться. Или после зимней прогулки возвращаемся в теплый дом и ощущаем тепло. Названные примеры относят к теплообмену.

Теплообмен — это явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому телу без совершения механической работы. В процессе теплообмена энергия или, как говорят, теплота поступает (нагревание комнаты электрообогревателем) или выделяется в окружающую среду (остывание горячей воды в чаше).

К примеру, чтобы согреть помещение или охладить устройство, защитить механизм от перегрева, необходимо выполнить расчеты, а значит, ввести параметр, с помощью которого удастся быстро и эффективно сосчитать количество поступающей или выделяющейся теплоты.

Количество теплоты- это энергия, передающаяся от одного тела к другому при теплообмене.

Вы видите калориметр — прибор для измерения количества теплоты. Простейший калориметр состоит из двух стаканов: внутреннего алюминиевого и внешнего пластмассового, которые разделены воздушным промежутком.

Как его применяют на практике? Во внутренний стакан нальём 200 г воды. Измерим её температуру: 20 °С. Погрузим в воду горячее тело — металлический цилиндрик.

Внутри калориметра начнётся теплообмен, и некоторое количество теплоты перейдёт от цилиндрика к воде, в результате чего её температура повысится и станет равной 60 °С. Можно вычислить изменение температуры, тем самым узнаем, на сколько градусов повысилась температура воды в калориметре:

Известно, что масса воды 200 г, инженер-теплотехник объяснит, что вода получила 200 г · 40 °С = 4000 калорий теплоты, но в физике количество теплоты измеряют джоулями. Формула выглядит следующим образом:

количество теплоты равно произведению удельной теплоемкости вещества на массу взятого вещества и на его изменение температуры, где

В этой формуле появилась физическая величина — удельная теплоемкость.

Удельная теплоёмкость вещества — физическая скалярная величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для изменения температуры 1(одного) кг этого вещества на 1 °С.

Эта величина является табличной.

Удельные теплоёмкости всех веществ измерены и занесены в специальные таблицы. Например, для воды в жидком состоянии с = 4200 Дж/(кг°С). Физический смысл показывает, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С потребуется 4200 Дж теплоты. Иначе: каждый килограмм воды остывает на 1 °С, отдавая окружающим телам 4200 Дж тепловой энергии. Возвращаясь к нашему примеру, так как внутри калориметра находится вода, то воспользуемся данными таблицы и запишем ее значение: с = 4200 Дж/(кг°С)

Воспользуемся выше указанной формулой и сосчитаем количество теплоты, которое получила вода в джоулях:

§ 2 Единицы измерения количества теплоты

Для удобства и специфики работы используют внесистемные единицы количества теплоты — калории.

Калория — это количество тепла, необходимое для нагрева 1 г воды на 1 °С (от 19,5 до 20,5 °С).

Или используют:

1кДж = 1000Дж

1МДж = 1000000Дж

Данную формулу применяют не только в том случае, когда вещество нагревается, но и когда отдает тепло при охлаждении.

Калориметрические измерения показывают, что теплообмен всегда протекает так, что убывание внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же поступлением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это одно из проявлений закона сохранения и превращения энергии.

Для расчета количества теплоты применяют формулу, связывающую удельную теплоемкость вещества, массу тела и изменение температуры, которую используют для расчета при нагревании и при охлаждении вещества. Единица измерения количества теплоты в системе СИ — джоуль. Также выяснили табличную величину для разных веществ — удельная теплоемкость

Список использованной литературы:

1. Физика. 8 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений/А.В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2010.
2. Физика 7-9 Учебник И. В. Кривченко.
3. Физика Справочник. О.Ф. Кабардин. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2010.

Использованные изображения:

Когда мы будем обсуждать способы отоплении дома, варианты снижения утечек тепла, мы должны понимать, что такое тепло, в каких единицах оно измеряется, как передается и как теряется. На этой странице будут приведены основные сведения из курса физики, необходимые для рассмотрения всех перечисленных вопросов.

Теплота — один из способов передачи энергии

Энергия, которую получает или теряет тело в процессе теплообмена с окружающей средой, называется коли́чеством теплоты́ или просто теплотой.

В строгом смысле теплота представляет собой один из способов передачи энергии, и физический смысл имеет лишь количество энергии, переданное системе, но слово «тепло-» входит в такие устоявшиеся научные понятия, как поток тепла, теплоёмкость, теплота фазового перехода, теплота химической реакции, теплопроводность и пр. Поэтому там, где такое словоупотребление не вводит в заблуждение, понятия «теплота» и «количество теплоты» синонимичны. Однако этими терминами можно пользоваться только при условии, что им дано точное определение, и ни в коем случае «количество теплоты» нельзя относить к числу первоначальных понятий, не требующих определения. Во избежание ошибок под понятием «теплота» следует понимать именно способ передачи энергии, а количество переданной этим способом энергии обозначают понятием «количество теплоты». Рекомендуется избегать такого термина, как «тепловая энергия».

Теплота — это кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Теплота представляет собой одну из форм энергии, а поэтому должна измеряться в единицах энергии. В международной системе СИ единицей энергии является джоуль (Дж). Допускается также применение внесистемной единицы количества теплоты — калории: международная калория равна 4,1868 Дж.

Теплообмен и теплопередача

Теплопередача — это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда). Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен. 2*К)
Металлы
Алюминий ___________________205
Бронза _____________________105
Вольфрам ___________________159
Железо ______________________67
Медь _______________________389
Никель ______________________58
Свинец ______________________35
Цинк _______________________113
Другие материалы
Асбест _______________________0,08
Бетон ________________________0,59
Воздух _______________________0,024
Гагачий пух (неплотный) ______0,008
Дерево (орех) ________________0,209
Опилки _______________________0,059
Резина (губчатая) ____________0,038
Стекло _______________________0,75

Конвекция

Конвекция — это теплообмен за счет перемещения масс воздуха или жидкости. При подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент конвективного теплопереноса можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается.

Тепловое излучение

Третий вид теплопередачи — лучистый теплообмен — отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение — это один из видов электромагнитного излучения.

Мощным излучателем тепловой энергии является Солнце; оно нагревает Землю даже на расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения составляет примерно 1,37 Вт/м2.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток пропорционален четвертой степени температуры.

Теплоёмкость

Различные вещества обладают разной способностью накапливать тепло; это зависит от их молекулярной структуры и плотности. Количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы вещества на один градус (1 °С или 1 К), называется его удельной теплоемкостью. Теплоемкость измеряется в Дж/(кг К).

Обычно различают теплоемкость при постоянном объёме (C V ) и теплоемкость при постоянном давлении (С P ), если в процессе нагревания поддерживаются постоянными соответственно объём тела или давление. Например, чтобы нагреть на 1 К один грамм воздуха в воздушном шаре, требуется больше теплоты, чем для такого же его нагрева в герметичном сосуде с жесткими стенками, поскольку часть энергии, сообщаемой воздушному шару, расходуется на расширение воздуха, а не на его нагревание. При нагревании при постоянном давлении часть теплоты идёт на производство работы расширения тела, а часть — на увеличение его внутренней энергии, тогда как при нагревании при постоянном объёме вся теплота расходуется на увеличение внутренней энергии; в связи с этим С Р всегда больше, чем C V . У жидкостей и твёрдых тел разница между С Р и C V сравнительно мала.

Тепловые машины

Тепловые машины — это устройства, преобразующие теплоту в полезную работу. Примерами таких машин могут служить компрессоры, турбины, паровые, бензиновые и реактивные двигатели. Одной из наиболее известных тепловых машин является паровая турбина, использующаяся на современных тепловых электростанциях. Упрощенная схема такой электростанции на рисунке 1.

Рис. 1. Упрощенная схема паротурбинной электростанции, работающей на ископаемом топливе.

Рабочую жидкость — воду — превращают в перегретый пар в паровом котле, нагреваемом за счет сжигания ископаемого топлива (угля, нефти или природного газа). Пар высокого давления вращает вал паровой турбины, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Отработанный пар конденсируется при охлаждении проточной водой, которая поглощает часть теплоты. Далее вода подается в охлаждающую башню (градирню), откуда часть тепла уходит в атмосферу. Конденсат с помощью насоса возвращают в паровой котел, и весь цикл повторяется.

Другим примером тепловой машины может служить бытовой холодильник, схема которого представлена на рис. 2.

В холодильниках и бытовых кондиционерах энергия для его обеспечения подводится извне. Компрессор повышает температуру и давление рабочего вещества холодильника — фреона, аммиака или углекислого газа. Перегретый газ подается в конденсатор, где охлаждается и конденсируется, отдавая тепло окружающей среде. Жидкость, выходящая из патрубков конденсатора, проходит через дросселирующий клапан в испаритель, и часть ее испаряется, что сопровождается резким понижением температуры. Испаритель отбирает у камеры холодильника тепло, которое нагревает рабочую жидкость в патрубках; эта жидкость подается компрессором в конденсатор, и цикл снова повторяется.

Тепловая энергия — это система измерения теплоты, которая была изобретена и используется еще два столетия назад. Основным правилом работы с данной величиной было то, что тепловая энергия сохраняется и не может просто исчезнуть, но может перейти в другой вид энергии.

Существует несколько общепринятых единиц измерения тепловой энергии . В основном их используют в промышленных отраслях, таких как . Внизу описаны самые распространенные из них:

Любая единица измерения, входящая в систему СИ, имеет предназначение в определении суммарного количества того или иного вида энергии, такого как выделения тепла или электроэнергия. Время проведения измерения и количество не влияют на эти величины, почему можно их использовать как для потребляемой, так и для уже потребленной энергии. Кроме того, любая передача и прием, а также потери тоже исчисляются в таких величинах.

Где применяют единицы измерения тепловой энергии

Единицы измерения энергии, переведенные в тепловую

Для наглядного примера ниже приведены сравнения различных популярных показателей СИ с тепловой энергией:

• 1 ГДж равен 0,24 Гкал, что в электрическом эквиваленте равняется 3400 миллионов кВт на час. В эквиваленте тепловой энергии 1 ГДж = 0,44 тонны пара;
• В то же время 1 Гкал = 4,1868 ГДж = 16000 млн. кВт на час = 1,9 тонн пара;
• 1 тонна пара равняется 2,3 ГДж = 0,6 Гкал = 8200 кВт на час.

В данном примере приводимая величина пара принята за испарение воды при достижении 100°С.

Чтобы провести расчеты количества тепла, используется следующий принцип: для получения данных о количестве тепла его используют в нагревании жидкости, после чего масса воды умножается на пророщенную температуру. Если в СИ масса жидкости измеряется килограммами, а температурные перепады в градусах Цельсия, то результатом таких расчетов будет количество теплоты в килокалориях.

Если есть необходимость в передаче тепловой энергии от одного физического тела другому, и вы хотите узнать возможные потери, то стоит массу получаемого тепла вещества умножить на температуру повышения, а после узнать произведение получаемого значения на «удельную теплоемкость» вещества.

Измерение тепла — видео по физике от Brightstorm

Измерение тепла производится в калориях. Одна калория — это количество энергии, необходимое для нагревания одного грамма воды на один градус Цельсия. Чтобы измерить тепло, вы делите изменение температуры образца воды на массу воды.

Измерение тепла, так как мы можем измерить тепло? Помните, что тепло — это поток энергии от горячего объекта к холодному или от чего-то более горячего к чему-то более холодному.Что ж, мы можем измерить это тепло с помощью чего-то, что называется калорией. Калория — это измерение количества тепла в веществе, и это, по сути, то количество энергии, которое требуется, чтобы поднять один грамм воды на один градус Цельсия, и мы можем использовать формулу, чтобы вычислить это изменение температуры по Цельсию, разделенное по массе воды, которая была нагрета при этом.

Давайте рассмотрим пример того, как можно рассчитать меру тепла, как рассчитать калории.Допустим, у нас есть образец пищи, и когда образец пищи сгорает, а тепло поднимает температуру 25 граммов воды с 10 градусов по Цельсию до 85 градусов по Цельсию, сколько калорий выделяется этой пищей? И давайте предположим, что мы получили всю энергию от этой пищи для нагрева воды, мы не много потеряли в окружающую среду и в другие места, что вся эта энергия была передана непосредственно в воду, хорошо, поэтому мы можем просто установить это вверх. У нас есть изменение температуры в порядке над нашей массой воды, хорошо, что, как вы знаете, мы собираемся использовать, а затем в граммах наши научные единицы, поэтому изменение температуры наша конечная температура была 85 градусов по Цельсию, наша начальная температура была, I извините, 10 градусов по Цельсию, а наша масса воды была 25 граммов, хорошо, поэтому, если мы разделим это, мы получим 75 градусов по Цельсию, это наше изменение температуры, деленное на 25 граммов воды, что будет равно 3 калориям, так что образец пищи произвел 3 Калории и 3 калории — это измерение тепла, которое было передано от этой пищи в воду, или переданное тепло — измерение тепла.

тепла: Меры тепла | Infoplease

Температура является мерой средней поступательной кинетической энергии молекул системы. Тепло обычно выражается в одной из двух единиц: калории, старой метрической единице, и британской тепловой единице (БТЕ), английской единице, обычно используемой в Соединенных Штатах. Ученые выражают тепло в джоулях, единицах, используемых для всех форм энергии.

При подводе тепла к веществу в твердом состоянии молекулы вещества приобретают кинетическую энергию, и температура вещества повышается.Количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы вещества на один градус температуры, называется удельной теплоемкостью вещества. Из-за того, как определяются калория и БТЕ, удельная теплоемкость любого вещества одинакова в любой системе измерения. Например, удельная теплоемкость воды составляет 1 калорию на грамм на градус Цельсия; т. е. для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия необходима 1 калория тепла; это также 1 британская тепловая единица за фунт на градус Фаренгейта.

Когда твердое тело достигает определенной температуры, оно превращается в жидкость. Эта температура является особым свойством вещества и называется его температурой плавления. Пока происходит переход твердого тела в жидкое, температура не меняется. Все добавляемое тепло преобразуется во внутреннюю потенциальную энергию, связанную с жидким состоянием. Количество теплоты, необходимое для превращения одной единицы массы вещества из твердого состояния в жидкое, называется теплотой плавления или скрытой теплотой плавления вещества.Как и удельная теплоемкость, скрытая теплота также является свойством конкретного вещества. Скрытая теплота плавления при переходе льда в воду составляет 80 калорий на грамм.

После полного перехода вещества из твердого состояния в жидкое дальнейшее добавление тепла снова вызывает повышение температуры до точки кипения, определенной температуры, при которой данное вещество переходит из жидкого состояния в газообразное. При переходе жидкость-газ температура остается постоянной до завершения перехода.Теплота парообразования, или скрытая теплота парообразования, — это теплота, которую необходимо добавить для превращения одной единицы массы вещества из жидкости в газ.

Электронная энциклопедия Колумбии, , 6-е изд. Авторское право © 2012, издательство Колумбийского университета. Все права защищены.

См. больше статей энциклопедии на тему: Физика

Тепло

Тепло

Тепло

Тепло — это способ передачи энергии между системами и его окружение, которое часто, но не всегда, меняет температура системы.Тепло не сохраняется, его можно либо созданы, либо уничтожены. В метрической системе теплота измеряется в единицах калорий , которые определяются как количество теплоты, необходимое для нагревания одного грамма вода от 14,5 ^o С до 15,5 ^o С.

В системе СИ единицей тепла является джоуля .

Теплоемкость

Теплоемкость вещества есть количество теплоты требуется для повышения температуры определенного количества чистого веществ на один градус (по Цельсию или Кельвину).Калорийность была определяли так, чтобы теплоемкость воды была равна единице.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества – это число калорий, необходимых для повышения температуры на один грамм на 1 ^o °С. Поскольку один градус по шкале Цельсия равен одному Кельвину, удельная теплоемкость в метрической системе может быть выражена в единицах либо кал/г- ^или C, либо кал/г-K.Единицы удельной теплоемкости в системе СИ – Дж/г-К. Поскольку 4,184 Дж в калория, удельная теплоемкость воды 4,184 Дж/г-К.

Легкость, с которой вещество приобретает или теряет тепло также может быть описано с точки зрения его молярной теплоты емкость , то есть количество тепла, необходимое для повышения температуры. один моль вещества на 1 ^или C или 1 K. В метрической системе единицами молярных теплоемкостей являются следовательно, либо кал/моль- ^или °С, либо кал/моль-К. В СИ единицами молярной теплоемкости являются Дж/моль-К.

Скрытая теплота

При нагреве льда тепло, первоначально поступающее в систему используется для растапливания льда. Когда лед тает, температура остается постоянна при 0, ^o C. Количество тепла, необходимое для плавления лед исторически назывался скрытой теплотой плавления . После того, как лед растает, температура воды медленно увеличивается от 0 ^o C до 100 ^o C.Но как только вода начинает кипеть, тепло, попадающее в образец, используется для преобразование жидкости в газ и температуру образца остается постоянной до тех пор, пока жидкость не испарится. Количество тепла для кипячения или испарения жидкость исторически была называется скрытой теплотой парообразования .

Более 200 лет назад Джозеф Блэк различал разумных теплота и скрытая теплота . Тепло, которое поднимает можно измерить температуру системы, но тепло, которое приводит к изменение состояния системы из твердого в жидкое или из жидкости в газ скрыто. Как скрытое изображение на фотопленка, которая не была проявлена ​​или со скрытыми отпечатками пальцев невидимое невооруженным глазом, скрытое тепло тепло, поступающее в систему без изменения температуры система.

Тепло и кинетика Молекулярная теория

Система — это небольшая часть Вселенной в которые нас интересуют, например вода в стакане или газ в поршне и цилиндре, как показано на рисунках ниже. окружение это все остальное Другими словами, остальная часть Вселенной.

Система и ее окружение разделены границей . Тепло передается через границу между системой и ее окрестности.

Одним из фундаментальных принципов кинетической теории является предположение, что средняя кинетическая энергия газового скопления частиц зависит от температуры газа и больше ни от чего.Газ становится теплее тогда и только тогда, когда средняя кинетическая энергия частиц газа увеличивается. Тепло, когда оно повышает температуру системы, приводит к увеличению скорости, с которой частицы системы движутся, как показано на рисунке ниже.

калорий | единица измерения

калория , единица энергии или тепла, определяемая по-разному. Первоначально калория определялась как количество тепла, необходимое при давлении в 1 стандартную атмосферу для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.С 1925 года эта калория определяется в джоулях, а определение с 1948 года гласит, что одна калория равна примерно 4,2 джоуля. Поскольку известно, что количество теплоты, представленное калорией, различается при различных температурах (на целых 1 процент), следовательно, необходимо определить температуру, при которой удельную теплоемкость воды следует принимать за 1 калорию. Таким образом, «15° калория» (также называемая грамм-калорией или малой калорией) была определена как количество тепла, которое повысит температуру 1 грамма воды с 14.от 5° до 15,5° C — равно 4,1855 Дж. Другими менее распространенными определениями в этой серии являются 20° калорий (4,18190 джоулей) от 19,5° до 20,5°C; и средняя калория (4,19002 Дж), определяемая как ¹ / ₁₀₀ тепла, необходимого для повышения температуры 1 грамма воды от 0° до 100°С.

Другая калория, единица тепловой энергии, есть Международная таблица калорий (IT калорий), первоначально определенная как ¹ / ₈₆₀ международных ватт-часов. Он равен 4.1868 Дж и используется в инженерных паровых столах.

Британская викторина

Забавные факты об измерениях и математике

Что измеряет барометр? В какой год люди растут быстрее всего? Соберитесь с мыслями и измерьте свои знания, пройдя этот тест.

Единицей тепловой энергии, используемой в термохимии, является термохимическая калория, равная 4.184 Дж. Он обычно используется в качестве единицы теплоемкости, скрытой теплоты и теплоты реакции.

В популярном использовании термина калория диетологи используют его для обозначения килокалории, иногда называемой килограммовой калорией, или большой калорией (равной 1000 калориям), при измерении калорийности, нагревании или метаболизме пищевых продуктов. Таким образом, «калории», учитываемые по диетическим соображениям, на самом деле являются килокалориями с опущенным префиксом «кило-»; в научных обозначениях используется калория с большой буквы.Другими словами, если персик указан как содержащий 40 калорий, это означает, что этот персик на самом деле содержит 40 000 калорий.

В области питания было предложено, чтобы килоджоуль заменил килокалорию в качестве предпочтительной единицы для обсуждения энергетической ценности пищевых продуктов. Такое изменение приблизило бы номенклатуру ученых-пищевиков к номенклатуре других ученых. Коэффициент пересчета килокалорий в килоджоули, рекомендованный Комитетом по номенклатуре Международного союза наук о питании, составляет 1 килокалория, равная 4.184 килоджоуля, исходя из килокалории, определенной при температуре от 14,5° до 15,5° C. Хотя в настоящее время в правительственных публикациях часто приводятся расчеты энергии в килоджоулях и килокалориях, калория по-прежнему является наиболее часто используемой единицей пищевой энергии во всем мире.

Удельная теплоемкость – обзор

2.31.2.2.1 Линейное сканирование

Наиболее распространенным режимом работы ДСК является нагрев или охлаждение с постоянной скоростью. Основным результатом такого эксперимента является график зависимости скорости теплового потока от времени.Если известна температура положения образца, то данные также могут быть представлены в виде зависимости скорости теплового потока от температуры. (Следует знать, что обычно измеряется температура вблизи образца, а не температура самого образца.) Типичный пример показан на рис. 2 .

Рисунок 2. Температурный профиль и измеренная скорость теплового потока для (а) пустых кювет, (б) сапфирового калибровочного стандарта (31,3 мг) и (в) исходно аморфного ПЭЭК (29 мг). Скорость нагрева β = 20 К мин ^-1 .

Из кривых теплового потока, показанных на рис. 2 , удельная теплоемкость c _p (T) может быть получена следующим образом

[8]cp(T)=cp,sapphire(T) msapphireβmsampleβΦsample(T)−Φempty(T)Φsapphire(T)−Φempty(T)=K(T)Φsample(T)−Φempty(T)msampleβ

с

K(T)=cp,sapphire(T)msapphireβΦsapphire (T)−Φпусто(T)

, где K ( T ) — калибровочный коэффициент, зависящий от температуры, который можно сохранить для использования в будущем. Здесь все измерения собираются с одинаковой скоростью сканирования. Изотермы в начале и в конце сканирования используются для поправки на небольшие изменения тепловых потерь между измерениями пустого стекла, сапфира и образца путем выравнивания этих частей кривых. Небольшие изменения потерь неизбежны, поскольку тепловые свойства, например теплопроводность, образцов различны. С другой стороны, проверка расхода тепла на изотермах позволяет проверить правильность размещения и термоконтактов всех частей измерительной системы, перемещаемых при смене образцов.Особенно высокотемпературная изотерма не должна сильно различаться между последовательными измерениями.

Удельная теплоемкость является наиболее полезной величиной, доступной с помощью ДСК, поскольку она напрямую связана со свойствами образца и, согласно уравнениям [1]–[5], напрямую связана со стабильностью и порядком. Тем не менее, часто представляется только скорость теплового потока, полученная при измерении одного образца. Есть несколько причин, по которым это не должно быть представлено:

1.

Каждый график теплового потока должен указывать эндотермическое или экзотермическое направление, поскольку направление графика не стандартизировано.

2.

Кривые, измеренные при разных скоростях сканирования, нелегко сравнивать.

3.

Если не разделить на массу образца, кривые для разных образцов нельзя сравнивать.

4.

Если измерения пустой чаши не вычитаются, кривые могут быть кривыми, и построение базовой линии для интегрирования пиков может быть затруднено.

5.

Если калибровочный коэффициент теплового потока K ( T ) зависит от температуры, полученная теплота плавления и другие подобные параметры могут быть ошибочными.

Выполнение поправок (3)–(5) дает удельную теплоемкость согласно уравнению [8]. Поскольку большинство программных пакетов ДСК включают определение удельной теплоемкости по уравнению [8], настоятельно рекомендуется определять удельную теплоемкость, а не представлять кривые теплового потока. Хотя предпочтительнее представлять данные об удельной теплоемкости, могут быть причины не делать этого. Нормализация кривой теплового потока по скорости сканирования и массе образца может привести к «псевдо измерениям c _p », которые можно использовать для определения зависящей от температуры кристалличности и других величин, как показано в ссылке 8.Но есть еще один очень сильный аргумент в пользу представления удельной теплоемкости, а не «псевдо c _p » или скорости теплового потока. Для более чем 200 полимеров данные об удельной теплоемкости от 0 до 1000 К доступны в банке данных ATHAS (ATHAS-DB). ³⁶ Данные можно использовать для сравнения измеренных данных в стеклообразном или жидком состоянии с рекомендуемыми значениями. Это позволяет легко проверить качество измеренных данных, хотя следует иметь в виду, что точность рекомендуемых данных банка данных составляет всего около 6%. На рис. 3 показана удельная теплоемкость (согласно уравнению [8]), рассчитанная по данным, показанным на рис. 2 .

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости от температуры для исходно аморфного образца PEEK. Данные с Рисунок 2 . Справочные данные (прямые линии) для полностью аморфного (жидкого) и кристаллического (твердого) ПЭЭК доступны в базе данных ATHAS-DB. ³⁶

Более подробное обсуждение оценки кривых, показанных в Рис. 3 , дано в ссылке 35.

Помимо сканирующих измерений при нагреве, ДСК позволяет проводить охлаждение в широком диапазоне скоростей охлаждения. В зависимости от прибора и интересующего температурного диапазона может быть достигнута скорость охлаждения до 750 К мин ^-1 (HyperDSC™ PerkinElmer, США). ^20,37–39 Но, как правило, диапазон температур для контролируемого охлаждения при самых высоких скоростях ограничен.Измерения, проводимые в широком диапазоне скоростей нагрева или охлаждения, требуют оптимизации условий эксперимента. Масса образца должна масштабироваться обратно пропорционально скорости сканирования. При низких скоростях, когда тепловая задержка не является проблемой, масса образца должна быть высокой, чтобы иметь хорошее отношение сигнал/шум. При высоких скоростях, когда сигналы велики, масса образца должна быть небольшой, чтобы свести к минимуму тепловой поток к образцу, который пропорционален скорости и вызывает тепловую задержку. Были тщательно изучены проблемы, связанные с тепловой задержкой, температурной калибровкой и воспроизводимостью в экспериментах по быстрому сканированию ДСК, и были даны адекватные рекомендации. ^37,40,41 На рис. 4 показаны кривые охлаждения в диапазоне кристаллизации полиэтилена низкой плотности (ПЭ). При скоростях выше 200 К мин ^-1 управляемое охлаждение до 100 °C было невозможно из-за ограниченной охлаждающей способности используемого механического промежуточного охладителя. Если необходимы более высокие скорости охлаждения, необходимо использовать жидкий азот. Для более низких скоростей сканирования, показанных в Рисунок 4 , масса образца должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить хорошее отношение сигнал/шум.При более высоких скоростях большой образец (4 мг) вызывает некоторое термическое отставание, как обсуждалось в учебниках и ссылках 37, 40 и 42. Это также видно по уширению пика кристаллизации при 20 К мин ^–1  по сравнению с с образцом 0,4 мг при той же скорости охлаждения. Данные, показанные на Рис. 4 , предоставляют информацию о кинетике кристаллизации и могут быть проанализированы с использованием различных кинетических моделей. ^43–48

Рис. 4. Кривые охлаждения в области кристаллизации ПЭ низкой плотности.Образцы имеют массу 4 мг в алюминиевом противне на 25 мг для скоростей охлаждения до -20 K мин ^-1 и массой 0,4 мг в алюминиевой фольге на 2 мг для более высоких скоростей охлаждения. Теплоемкость отложена вниз.

Как показано на Рис. 4 , DSC имеет широкий динамический диапазон, который может быть расширен как минимум на 1 порядок в сторону более низких скоростей; таким образом, он покрывает 3 порядка.Расширение на несколько порядков в сторону более высоких скоростей обсуждается в разделе 2.31.3.2. Возможность достаточно быстрого охлаждения образца позволяет изучать структурообразование в далеко неравновесных ситуациях, таких как «квази»-изотермическая кристаллизация при глубоком переохлаждении.

Тепловая энергия — Энергетика Образование

Тепловая энергия объекта представляет собой энергию, содержащуюся в движении и вибрации его молекул. Тепловая энергия измеряется через температуру.

Энергия, содержащаяся в небольших движениях молекул объекта, может быть разбита на комбинацию микроскопической кинетической энергии и потенциальной энергии. Полная энергия тела равна:

[математика]E_T = E_K + E_P[/математика]

• [math]E_T[/math] — полная энергия объекта.
• [math]E_K[/math] — кинетическая энергия объекта.
• [math]E_P[/math] — это потенциальная энергия объекта.

Температура — это прямое измерение тепловой энергии. Это означает, что чем горячее объект, тем больше у него тепловой энергии.Теплота является мерой того, сколько тепловой энергии передается между двумя системами.

Механическую энергию легко превратить в тепловую, например, с помощью трения. Также возможно превратить тепловую энергию в механическую с помощью тепловой машины, но при этом методе всегда будет отработанное тепло.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного килограмма этого вещества на один градус Кельвина (или Цельсия, если вы не в лаборатории).

Скрытая теплота (энтальпия)

Скрытая теплота вещества — это тепло, необходимое объекту для изменения состояния, также называемого фазовым переходом. Вообще говоря, значения скрытой теплоты намного выше, чем значения удельной теплоемкости. Это также называют энтальпией. ^[1]

Лед и вода обладают огромной скрытой теплотой, поэтому снег тает так долго, а вода используется для приготовления пищи. Это также важно для обеспечения комфортной жизни на нашей планете и обеспечения достаточной устойчивости к изменению климата.

PhET: трение увеличивает тепловую энергию

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию PhET. Изучите симуляцию ниже, чтобы получить физическое представление о том, как трение может увеличить тепловую энергию и превратить макроскопическое движение в микроскопическое.

Ссылки

1. ↑ Рэндалл Найт, Физика для ученых и инженеров, 3-е изд. Нью-Йорк: Пирсон, 2013, гл. 17, с. 482.

Биологическая энергия

Измерение энергии

В четвертой главе рассказа «Знакомьтесь, брат Грегори» брат Мэтью изобретает новую единицу измерения тепла; horko , что в переводе с чешского означает «тепло». Он опоздал. У англичан уже была единица, которую они называли «британской термальной единицей», или BTU , основанная на их собственных единицах измерения «фут-фунт». Но в Европе, во всех странах, захваченных французским императором Наполеоном Бонапартом, утверждалась новая система измерений, особенно в науке. Это была «метрическая» система, основанная на единице измерения в одну сорокмиллионную часть земной окружности.

Метрическая система, в которой есть стандарты для измерения расстояния, объема, тепла и температуры, но, что любопытно, не времени, построена в единицах по десять.Латинские префиксы используются для дробей, а греческие префиксы используются для кратных десяти, так что десять метров становятся одним дека метров (греческий префикс), тогда как десятая часть метра составляет деци метров (латинский префикс).

Для измерения теплопередачи физикам-метрикам требовалась метрическая единица измерения. Они выбрали единицу, исходя из количества тепла (или энергии), необходимого для повышения температуры одного грамма воды с 14,5 до 15,5 градусов по Цельсию. Технически этот стандарт должен называться грамм-калорий , но большинство людей называют его просто калорией , слово, происходящее от латинского слова «тепло».

Помимо очевидного использования метрических единиц (грамм и градус Цельсия), это определение стандартной «калории» содержит две другие части, требующие объяснения; почему вода и почему 14,5-15,5 градусов?

Опыт и эксперименты быстро показали, что всем веществам требуется разное количество тепла, чтобы поднять их температуру на один градус Цельсия. Встаньте рядом с кузнецом, когда он или она стучит по раскаленному железному бруску, и полетят искры. Эти осколки металла очень, очень горячие (их температура высока).Но если один из них попадет вам на голую кожу, кроме шока, маловероятно, что вы обожжетесь. С другой стороны, если на вашу кожу упадет капля горячей воды, температура которой намного ниже температуры горячего утюга, вы, вероятно, ошпаритесь. Несмотря на разницу температур, вода держит гораздо больше тепла, чем утюг.

Требуется одна калория тепла, чтобы поднять температуру одного грамма воды на один градус, но та же самая калория тепла повысит температуру одного грамма алюминия 4.5 градусов, один грамм железа на 9 градусов, один грамм меди на 11 градусов, один грамм серебра на 18 градусов и один грамм свинца на 33 градуса. Это ясно показывает различие между теплом и температурой.

Поэтому при установлении «стандарта калорий» важно определить вещество, к которому добавляется тепло. Это также дает нам другое свойство веществ, называемое удельной теплоемкостью , то есть количество тепла (или энергии), необходимое для повышения температуры одного грамма этого вещества на один градус Цельсия.

Даже вода не постоянна в этом отношении. Количество тепла (или энергии), необходимое для повышения температуры воды на один градус, зависит от того, с какой точки шкалы Цельсия вы начинаете. Одному грамму воды при температуре 1 градус Цельсия требуется больше энергии, чтобы поднять ее температуру до 2 градусов Цельсия, чем требуется для повышения температуры одного грамма воды при 92 градусах Цельсия до 93 градусов Цельсия.