Загрузка...Удельная теплота сгорания
Сам по себе процесс сгорания топлива — это химическая, окислительная реакция. Большинство видов топлива содержит большое количество углерода С, водорода H, серы S и других веществ. Во время горения атомы C, H, и S соединяется с атомами кислорода О2, в результате чего получается молекулы СО, СО2, Н2О, SO2. При этом происходит выделение большого количества тепловой энергии, которую люди научились использовать в своих целях.
Рис. 1. Виды топлива: уголь, торф, нефть, газ.
Основной вклад в выделение тепла дает углерод C. Второй по количеству тепла вклад вносит водород H.
Рис. 2. Атомы углерода вступают в реакцию с атомами кислорода.
Удельная теплоемкость
Сегодняшний урок у нас будет посвящен такому физическому понятию, как удельная теплоемкость.
Как мы уже говорили на прошлом уроке, такая величина, как количество теплоты зависит от массы тела, разности температур и природы вещества этого тела. Вот именно род вещества будет характеризоваться такой величиной, как удельная теплоемкость тела. Рассмотрим то, как удельная теплоемкость характеризует вещество на примерах.
Пример 1. Представим, что необходимо нагреть 1 кг воды на 
. Для этого, естественно, понадобится определенное количество теплоты. Вот это количество теплоты и будет определять удельную теплоемкость воды, а в общем, удельную теплоемкость любого вещества. Например, для такого нагрева воды нам потребуется 4200 Дж теплоты.
Пример 2. Если рассмотреть нагревание 1 кг какого-либо другого вещества на , например, стали или железа, то потребуется уже другое количество теплоты, оно и будет являться удельной теплоемкостью для этого вещества. Для свинца понадобится в таком случае 130 Дж теплоты.
2. Формула для расчета удельной теплоемкости
Введем формулу для расчета удельной теплоемкости:
Обозначения:
удельная теплоемкость вещества, 
;
масса тела, кг;
разность температур тела, o 
;
количество теплоты, Дж.
3. Таблица удельных теплоемкостей
Когда идет речь об измерении значения удельной теплоемкости для конкретного вещества, то мы имеем право пользоваться уже измеренными приближенными значениями, которые собраны в специальной таблице удельных теплоемкостей различных веществ. Пример такой таблицы вы можете увидеть на рисунке 1.
Рис. 1. Таблица удельных теплоемкостей некоторых веществ ( Ис точ ник )
4. Определение удельной теплоемкости вещества
Определение.Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить телу для того, чтобы изменить его температуру на , притом, что масса этого тела 1 кг, называется удельной теплоемкостью вещества.
5. Калориметр
Рассмотрим такой прибор как калориметр (рис. 2).
Рис. 2. Калориметр
Калориметр (от лат. calor — тепло и metor – измерять) – прибор для измерения количества теплоты, выделяющейся или поглощающейся в каком-либо физическом, химическом или биологическом процессе. Термин «калориметр» был предложен А. Лавуазье и П. Лапласом.
Состоит калориметр из крышки, внутреннего и внешнего стакана. Очень важным в конструкции калориметра является то, что между меньшим и большим сосудами существует прослойка воздуха, которая обеспечивает из-за низкой теплопроводности плохую теплопередачу между содержимым и внешней средой. Такая конструкция позволяет рассматривать калориметр, как своеобразный термос, и практически избавиться от воздействий внешней среды на протекание процессов теплообмена у его содержимого.
Предназначен калориметр для более точных, чем указано в таблице, измерений удельных теплоемкостей и других тепловых параметров тел.
6. Пример на анализирование значения удельной теплоемкости
Замечание.Важно отметить, что такое понятие, как количество теплоты, которым мы очень часто пользуемся, нельзя путать с внутренней энергией тела. Количество теплоты определяет именно изменение внутренней энергии, а не его конкретное значение.
Отметим, что удельная теплоемкость у разных веществ разная, что можно увидеть по таблице (рис. 1). Например, у золота (рис. 3) удельная теплоемкость 
. Как мы уже указывали ранее, физический смысл такого значения удельной теплоемкости означает, что для нагревания 1 кг золота на , ему необходимо сообщить 130 Дж теплоты.
На следующем уроке мы обсудим вычисление значения количества теплоты.
Инструкция по расчёту параметра
Рассчитать с вещества достаточно просто и чтобы это сделать нужно, выполнить следующие шаги:
- Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
- Выписать исходные данные.
- Подставить их в формулу.
- Провести расчёт и получим результат.
В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.
Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:
Выписываем исходные данные:
- Q = 35 тыс. Дж;
- m = 480 г;
- ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.
Берём формулу, подставляем значения и решаем:
с=Q/(m*∆T)=35тыс.Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.
Показатели воздуха
Теплоемкость воздуха отличается, в зависимости от сопутствующих условий. Её величина влияет на объём тепла, который требуется для подведения при постоянном давлении к 1 кг воздуха. При этом задается цель — увеличить температуру на градус. Если газ имеет температуру 20°С, то необходимо подведение 1005 джоулей тепла, чтобы нагреть 1 кг этого вещества.
По мере роста температуры повышается удельная теплоемкость. Но здесь имеет место нелинейная зависимости. Средняя теплоемкость почти не меняется, если не отмечается воздействия экстремального холода и других критичных явлений. Но от температуры окружающего пространства зависит удельная теплоемкость вещества не так явно, если сравнивать с вязкостью. Иногда такие связи изображают в виде графиков для лучшего понимания.
При нагреве газов теплоемкость способна возрастать в 1,2 раз.
У влажного воздуха такой параметр является более высоким, нежели у сухого. Вода по сравнению с ним имеет большие значения теплоемкости. Соответственно, когда капли воды висят в воздухе, его теплоемкость становится больше.
