Soojuse ja küttekoguse valemid. Keha soojendamiseks vajaliku või sellest jahutamisel vabaneva soojushulga arvutamine

>>Füüsika: keha soojendamiseks vajaliku ja tema poolt jahutamisel vabaneva soojushulga arvutamine

Keha soojendamiseks vajaliku soojushulga arvutamiseks tehkem kõigepealt kindlaks, millistest kogustest see sõltub.
Eelmisest lõigust teame juba, et see soojushulk sõltub aine tüübist, millest keha koosneb (st selle erisoojusmahutavusest):
Q sõltub c-st
Kuid see pole veel kõik.

Kui tahame veekeetjas vett soojendada nii, et see muutuks ainult soojaks, siis me ei soojenda seda kaua. Ja selleks, et vesi kuumaks läheks, soojendame seda kauem. Kuid mida kauem on veekeetja küttekehaga kontaktis, seda rohkem soojust see sealt saab.

Järelikult, mida rohkem kehatemperatuur kuumutamisel muutub, seda suurem on soojushulk, mis tuleb sellele üle kanda.

Olgu keha algtemperatuur algav ja lõpptemperatuur kaldu. Siis väljendatakse kehatemperatuuri muutust erinevusena:

Lõpuks teavad seda kõik küte Näiteks 2 kg vee jaoks kulub rohkem aega (ja seega rohkem soojust) kui 1 kg vee soojendamiseks. See tähendab, et keha soojendamiseks vajalik soojushulk sõltub selle keha massist:

Seega on soojushulga arvutamiseks vaja teada selle aine erisoojusmahtuvust, millest keha on valmistatud, selle keha massi ning selle lõpp- ja algtemperatuuride erinevust.

Näiteks peate määrama, kui palju soojust on vaja 5 kg kaaluva rauaosa soojendamiseks, eeldusel, et selle algtemperatuur on 20 °C ja lõpptemperatuur peaks olema 620 °C.

Tabelist 8 leiame, et raua erisoojusmahtuvus on c = 460 J/(kg°C). See tähendab, et 1 kg raua kuumutamine 1 °C võrra nõuab 460 J.
5 kg raua soojendamiseks 1 °C võrra läheb vaja 5 korda rohkem soojust, s.t. 460 J * 5 = 2300 J.

Raua soojendamiseks mitte 1 °C, vaid A t = 600°C, läheb vaja veel 600 korda rohkem soojust, st 2300 J X 600 = 1 380 000 J. Täpselt sama (mooduli) hulk soojust eraldub, kui see triikraud jahtub 620-lt 20°C-ni.

Nii et keha soojendamiseks vajaliku või jahutamisel vabaneva soojushulga leidmiseks peate korrutama keha erisoojusmahu selle massiga ning selle lõpp- ja algtemperatuuride vahega:

??? 1. Too näiteid, mis näitavad, et keha kuumutamisel saadav soojushulk sõltub selle massist ja temperatuurimuutustest. 2. Millise valemiga arvutatakse soojushulk, mis on vajalik keha soojendamiseks või sellest vabaneb millal jahutamine?

S.V. Gromov, N.A. Rodina, füüsika 8. klass

Internetisaitide lugejad

Füüsika ülesanded ja vastused hinnete kaupa, füüsika konspektide allalaadimine, 8. klassi füüsikatunni planeerimine, kõik koolilastele tundideks valmistumiseks, füüsika tunnikonspektide kava, füüsika online testid, kodutööd ja töö

Keha soojendamiseks vajaliku soojushulga arvutamiseks tehkem kõigepealt kindlaks, millistest kogustest see sõltub.

Eelmisest lõigust teame juba, et see soojushulk sõltub aine tüübist, millest keha koosneb (st selle erisoojusmahutavusest):

Q sõltub c-st.

Kuid see pole veel kõik.

Kui tahame veekeetjas vett soojendada nii, et see muutuks ainult soojaks, siis me ei soojenda seda kaua. Ja selleks, et vesi kuumaks läheks, soojendame seda kauem. Kuid mida kauem on veekeetja küttekehaga kontaktis, seda rohkem soojust see sealt saab. Järelikult, mida rohkem kehatemperatuur kuumutamisel muutub, seda suurem on soojushulk, mis tuleb sellele üle kanda.

Olgu keha algtemperatuur algav ja lõpptemperatuur kaldu. Siis väljendatakse kehatemperatuuri muutust erinevusena

Δt = t lõpp – t algus,

ja soojushulk sõltub sellest väärtusest:

Q sõltub Δt-st.

Lõpuks teavad kõik, et näiteks 2 kg vee soojendamine nõuab rohkem aega (ja seega rohkem soojust) kui 1 kg vee soojendamine. See tähendab, et keha soojendamiseks vajalik soojushulk sõltub selle keha massist:

Q sõltub m-st.

Seega on soojushulga arvutamiseks vaja teada selle aine erisoojusmahtuvust, millest keha on valmistatud, selle keha massi ning selle lõpp- ja algtemperatuuride erinevust.

Näiteks peate määrama, kui palju soojust on vaja 5 kg kaaluva rauaosa soojendamiseks, eeldusel, et selle algtemperatuur on 20 °C ja lõpptemperatuur peaks olema 620 °C.

Tabelist 8 leiame, et raua erisoojusmahtuvus on c = 460 J/(kg*°C). See tähendab, et 1 kg raua kuumutamine 1 °C võrra nõuab 460 J.

5 kg raua soojendamiseks 1 °C võrra on vaja 5 korda rohkem soojust, st 460 J * 5 = 2300 J.

Raua soojendamiseks mitte 1 °C, vaid Δt = 600 °C võrra on vaja veel 600 korda rohkem soojust, st 2300 J * 600 = 1 380 000 J. Täpselt sama (mooduli) soojushulk eraldub ja kui see triikraud jahtub 620-20 °C.

Niisiis, keha soojendamiseks vajaliku või sellest jahutamisel vabaneva soojushulga leidmiseks tuleb keha erisoojusmahtuvus korrutada selle massiga ning lõpp- ja algtemperatuuri vahega:

Kui keha kuumutatakse, tcon > tstart ja seega Q > 0. Kui keha on jahutatud, tcon< t нач и, следовательно, Q < 0.

1. Too näiteid, mis näitavad, et keha kuumutamisel saadav soojushulk sõltub selle massist ja temperatuurimuutustest. 2. Millise valemiga arvutatakse välja soojushulk, mis on vajalik keha soojendamiseks või sellest vabaneb jahutamisel?

Selles õppetükis õpime arvutama keha soojendamiseks vajalikku või sellest jahutamisel vabanevat soojushulka. Selleks teeme kokkuvõtte teadmistest, mis eelnevates tundides omandatud.

Lisaks õpime soojushulga valemit kasutades väljendama sellest valemist ülejäänud koguseid ja neid teisi suurusi teades arvutama. Vaadeldakse ka probleemi näidet soojushulga arvutamise lahendusega.

See õppetund on pühendatud soojushulga arvutamisele, kui keha kuumutatakse või eraldub kehast jahutamisel.

Arvutamisoskus nõutav summa soojus on väga oluline. Seda võib vaja minna näiteks ruumi soojendamiseks veele eraldatava soojushulga arvutamisel.

Riis. 1. Soojushulk, mis tuleb veele ruumi soojendamiseks anda

Või arvutada soojushulk, mis eraldub kütuse põletamisel erinevates mootorites:

Riis. 2. Soojushulk, mis eraldub kütuse põletamisel mootoris

Neid teadmisi on vaja ka näiteks Päikesest eralduva ja Maale langeva soojushulga määramiseks:

Riis. 3. Päikesest eralduv ja Maale langev soojushulk

Soojuse hulga arvutamiseks peate teadma kolme asja (joonis 4):

• kehakaal (mida saab tavaliselt mõõta kaalu abil);
• temperatuuride erinevus, mille võrra keha tuleb soojendada või jahutada (tavaliselt mõõdetakse termomeetriga);
• keha erisoojusmahtuvus (mida saab määrata tabelist).

Riis. 4. Mida peate määramiseks teadma

Valem, mille järgi soojushulk arvutatakse, näeb välja järgmine:

Selles valemis on järgmised kogused:

soojushulk mõõdetuna džaulides (J);

Erisoojus ained, mõõdetuna ;

- temperatuuride erinevus, mõõdetuna Celsiuse kraadides ().

Vaatleme soojushulga arvutamise probleemi.

Ülesanne

Grammi massiga vaskklaas sisaldab temperatuuril liitrit vett. Kui palju soojust tuleb üle kanda klaasile veele, et selle temperatuur muutuks võrdseks ?

Riis. 5. Probleemsete tingimuste illustratsioon

Kõigepealt paneme kirja lühike seisukord (Antud) ja teisendada kõik suurused rahvusvahelisse süsteemi (SI).

Lahendus:

Esiteks määrake kindlaks, milliseid muid koguseid me selle probleemi lahendamiseks vajame. Kasutades erisoojusmahtuvuse tabelit (tabel 1) leiame (vase erisoojusmahtuvus, kuna seisukorra järgi on klaas vask), (vee erisoojusmahtuvus, kuna tingimuse järgi on klaasis vesi). Lisaks teame, et soojushulga arvutamiseks vajame veemassi. Vastavalt tingimusele antakse meile ainult maht. Seetõttu võtame tabelist vee tiheduse: (tabel 2).

Tabel 1. Mõnede ainete erisoojusmaht,

Tabel 2. Mõnede vedelike tihedused

Nüüd on meil kõik selle probleemi lahendamiseks vaja.

Pange tähele, et lõplik soojushulk koosneb vaskklaasi soojendamiseks vajaliku soojushulga ja selles oleva vee soojendamiseks vajaliku soojushulga summast:

Arvutame esmalt vaskklaasi soojendamiseks vajaliku soojushulga:

Enne vee soojendamiseks vajaliku soojushulga arvutamist arvutame vee massi valemiga, mis on meile tuttav alates 7. klassist:

Nüüd saame arvutada:

Siis saame arvutada:

Tuletagem meelde, mida kilodžaulid tähendavad. Eesliide "kilo" tähendab .

Vastus:.

Selle mõistega seotud soojushulga (nn otsesed probleemid) ja koguste leidmise probleemide lahendamise mugavuse huvides saate kasutada järgmist tabelit.

Harjutus 81.
Arvutage Fe redutseerimisel vabanev soojushulk 2 O 3 metallist alumiiniumi, kui saadi 335,1 g rauda. Vastus: 2543,1 kJ.
Lahendus:
Reaktsiooni võrrand:

= (Al 2 O 3) - (Fe 2 O 3) = -1669,8 -(-822,1) = -847,7 kJ

335,1 g raua vastuvõtmisel eralduva soojushulga arvutamine toimub proportsioonist:

(2 . 55,85) : -847,7 = 335,1 : X; x = (0847,7 . 335,1)/ (2 . 55,85) = 2543,1 kJ,

kus 55,85 aatommass nääre.

Vastus: 2543,1 kJ.

Reaktsiooni termiline mõju

Ülesanne 82.
Gaasiline etanool C2H5OH võib saada etüleeni C 2 H 4 (g) ja veeauru interaktsioonil. Kirjutage selle reaktsiooni termokeemiline võrrand, olles eelnevalt arvutanud selle soojusefekti. Vastus: -45,76 kJ.
Lahendus:
Reaktsiooni võrrand on järgmine:

C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = ?

Ainete standardsoojuste väärtused on toodud spetsiaalsetes tabelites. Arvestades, et lihtainete moodustumise kuumused on tavapäraselt aktsepteeritud võrdne nulliga. Arvutame reaktsiooni termilise efekti, kasutades Hessi seaduse tagajärge, saame:

= (C 2 H 5 OH) – [ (C 2 H 4) + (H 2 O)] =
= -235,1 -[(52,28) + (-241,83)] = -45,76 kJ

Reaktsioonivõrrandid, milles umbes sümbolid keemilised ühendid on näidatud nende agregatsiooni või kristallilise modifikatsiooni olekud, samuti numbriline väärtus termilisi efekte nimetatakse termokeemilisteks. Termokeemilistes võrrandites, kui pole konkreetselt öeldud, on konstantsel rõhul Q p soojusefektide väärtused näidatud võrdselt süsteemi entalpia muutusega. Väärtus esitatakse tavaliselt võrrandi paremal küljel, eraldatuna koma või semikooloniga. Aine agregatsiooni oleku jaoks on aktsepteeritud järgmised lühendatud nimetused: G- gaasiline, ja- vedelik, To

Kui reaktsiooni tulemusena eraldub soojust, siis< О. Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:

C2H4 (g) + H20 (g) = C2H5OH (g); = -45,76 kJ.

Vastus:- 45,76 kJ.

Ülesanne 83.
Arvutage raud(II)oksiidi redutseerimisreaktsiooni termiline efekt vesinikuga järgmiste termokeemiliste võrrandite põhjal:

a) EO (k) + CO (g) = Fe (k) + CO 2 (g); = -13,18 kJ;
b) CO (g) + 1/202 (g) = CO2 (g); = -283,0 kJ;
c) H2 (g) + 1/2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ.
Vastus: +27,99 kJ.

Lahendus:
Raud(II)oksiidi redutseerimise reaktsioonivõrrand vesinikuga on järgmine:

EeO (k) + H2 (g) = Fe (k) + H20 (g); = ?

= (H2O) – [ (FeO)

Vee tekkesoojus on antud võrrandiga

H2 (g) + 1/2O2 (g) = H20 (g); = -241,83 kJ,

ja raud(II)oksiidi moodustumise soojuse saab arvutada võrrandi (a) lahutamisel võrrandist (b).

=(c) - (b) - (a) = -241,83 - [-283,o - (-13,18)] = +27,99 kJ.

Vastus:+27,99 kJ.

Ülesanne 84.
Gaasilise vesiniksulfiidi ja süsinikdioksiidi vastasmõjul moodustub veeaur ja süsinikdisulfiid CS 2 (g). Kirjutage selle reaktsiooni termokeemiline võrrand ja arvutage esmalt selle soojusefekt. Vastus: +65,43 kJ.
Lahendus:
G- gaasiline, ja- vedelik, To-- kristalne. Need sümbolid jäetakse välja, kui ainete agregatiivne olek on ilmne, näiteks O 2, H 2 jne.
Reaktsiooni võrrand on järgmine:

2H2S (g) + CO2 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = ?

Ainete standardsoojuste väärtused on toodud spetsiaalsetes tabelites. Arvestades, et lihtainete tekkesoojused on tinglikult null. Reaktsiooni termilise efekti saab arvutada Hessi seaduse järelduse abil:

= (H 2 O) + (СS 2) – [(H 2 S) + (СO 2)];
= 2(-241,83) + 115,28 – = +65,43 kJ.

2H2S (g) + CO2 (g) = 2H20 (g) + CS2 (g); = +65,43 kJ.

Vastus:+65,43 kJ.

Termokeemilise reaktsiooni võrrand

Ülesanne 85.
Kirjutage CO (g) ja vesiniku vahelise reaktsiooni termokeemiline võrrand, mille tulemusena tekivad CH 4 (g) ja H 2 O (g). Kui palju soojust eraldub selle reaktsiooni käigus, kui normaalsetes tingimustes tekiks 67,2 liitrit metaani? Vastus: 618,48 kJ.
Lahendus:
Termokeemilisteks nimetatakse reaktsioonivõrrandeid, milles keemiliste ühendite sümbolite kõrvale on märgitud nende agregatsiooni või kristallide modifikatsiooni olek, samuti soojusefektide arvväärtus. Termokeemilistes võrrandites on näidatud soojusefektide väärtused konstantsel rõhul Q p, mis on võrdne süsteemi entalpia muutusega, kui pole konkreetselt öeldud. Väärtus esitatakse tavaliselt võrrandi paremal küljel, eraldatuna koma või semikooloniga. Aine agregatsiooni oleku jaoks on aktsepteeritud järgmised lühendatud nimetused: G- gaasiline, ja- midagi, To- kristalne. Need sümbolid jäetakse välja, kui ainete agregatiivne olek on ilmne, näiteks O 2, H 2 jne.
Reaktsiooni võrrand on järgmine:

CO (g) + 3H2 (g) = CH4 (g) + H20 (g); = ?

Ainete standardsoojuste väärtused on toodud spetsiaalsetes tabelites. Arvestades, et lihtainete tekkesoojused on tinglikult null. Reaktsiooni termilise efekti saab arvutada Hessi seaduse järelduse abil:

= (H20) + (CH4) – (CO)];
= (-241,83) + (-74,84) - (-110,52) = -206,16 kJ.

Termokeemiline võrrand on järgmine:

22,4 : -206,16 = 67,2 : X; x = 67,2 (-206,16)/22?4 = -618,48 kJ; Q = 618,48 kJ.

Vastus: 618,48 kJ.

Moodustamissoojus

Ülesanne 86.
Millise reaktsiooni soojusefekt on võrdne moodustumise soojusega. Arvutage NO moodustumise soojus järgmiste termokeemiliste võrrandite põhjal:
a) 4NH3 (g) + 5O2 (g) = 4NO (g) + 6H20 (l); = -1168,80 kJ;
b) 4NH3 (g) + 3O2 (g) = 2N2 (g) + 6H20 (1); = -1530,28 kJ
Vastus: 90,37 kJ.
Lahendus:
Standardne moodustumise soojus on võrdne selle aine 1 mooli moodustumise reaktsioonisoojusega lihtainetest standardtingimustes (T = 298 K; p = 1,0325,105 Pa). NO moodustumist lihtsatest ainetest võib kujutada järgmiselt:

1/2N 2 + 1/2O 2 = EI

Antud on reaktsioon (a), mis tekitab 4 mol NO ja antud reaktsioon (b), mis annab 2 mol N2. Hapnik osaleb mõlemas reaktsioonis. Seetõttu koostame NO standardse moodustumise soojuse määramiseks järgmise Hessi tsükli, st peame võrrandist (b) lahutama võrrandi (a):

Seega 1/2N2 + 1/2O2 = NO; = +90,37 kJ.

Vastus: 618,48 kJ.

Ülesanne 87.
Kristalne ammooniumkloriid tekib ammoniaagi ja vesinikkloriidgaaside reaktsioonil. Kirjutage selle reaktsiooni termokeemiline võrrand, olles eelnevalt arvutanud selle soojusefekti. Kui palju soojust eraldub, kui reaktsioonis kuluks 10 liitrit ammoniaaki, arvutatuna tavatingimustes? Vastus: 78,97 kJ.
Lahendus:
Termokeemilisteks nimetatakse reaktsioonivõrrandeid, milles keemiliste ühendite sümbolite kõrvale on märgitud nende agregatsiooni või kristallide modifikatsiooni olek, samuti soojusefektide arvväärtus. Termokeemilistes võrrandites on näidatud soojusefektide väärtused konstantsel rõhul Q p, mis on võrdne süsteemi entalpia muutusega, kui pole konkreetselt öeldud. Väärtus esitatakse tavaliselt võrrandi paremal küljel, eraldatuna koma või semikooloniga. Vastu on võetud: To-- kristalne. Need sümbolid jäetakse välja, kui ainete agregatiivne olek on ilmne, näiteks O 2, H 2 jne.
Reaktsiooni võrrand on järgmine:

NH3 (g) + HCl (g) = NH4CI (k). ; = ?

Ainete standardsoojuste väärtused on toodud spetsiaalsetes tabelites. Arvestades, et lihtainete tekkesoojused on tinglikult null. Reaktsiooni termilise efekti saab arvutada Hessi seaduse järelduse abil:

= (NH4Cl) – [(NH 3) + (HCl)];
= -315,39 – [-46,19 + (-92,31) = -176,85 kJ.

Termokeemiline võrrand on järgmine:

Selles reaktsioonis 10 liitri ammoniaagi reaktsioonil vabanev soojus määratakse proportsioonist:

22,4 : -176,85 = 10 : X; x = 10 (-176,85)/22,4 = -78,97 kJ; Q = 78,97 kJ.

Vastus: 78,97 kJ.