Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Урок 7/49. Питома теплоємність речовини
Мета уроку: дати учням знання про питому теплоємність речовини,
навчити розраховувати кількість теплоти в теплових процесах.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
План уроку
|
Контроль знань |
5 хв |
1. Що таке теплова рівновага? 2. Що можна сказати про температуру тіл, що перебувають у тепловій рівновазі? 3. На чому заснована дія газових і рідинних термометрів? 4. Як треба користуватися термометром при вимірюванні температури? |
|
Демонстрації |
6 хв |
1. Демонстрація на приладі «Теплоємність металів» виділення тілами рівної маси з різних речовин неоднакових кількостей теплоти під час їх охолодження. 2. Нагрівання рівних мас води й масла |
|
Вивчення нового матеріалу |
25 хв |
1. Від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла? 2. Питома теплоємність речовини. 3. Порівняння питомих теплоємностей різних речовин. 4. Рівняння теплового балансу |
|
Закріплення вивченого матеріалу |
9 хв |
1. Контрольні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. 3. Поміркуй і відповідай |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла?
Нам уже відомо, що внутрішня енергія тіла може змінюватися як шляхом виконання роботи, так і шляхом теплопередачі (без виконання роботи).
Познайомимося із приладом для кількісного вивчення теплових явищ. На рисунку ви бачите калориметр — прилад для вимірювання кількості теплоти. Найпростіший шкільний калориметр складається із двох склянок: внутрішнього алюмінієвого й зовнішнього пластмасового. Склянки розділені повітряним проміжком.
Як же підрахувати кількість теплоти Q, необхідну для нагрівання тіла?
По-перше, внутрішня енергія визначається швидкістю теплового руху частинок, з яких складається тіло, отже, кількість теплоти як міра зміни внутрішньої енергії пов’язана з температурою тіла.
Якщо температура тіла зросла, то тіло одержало деяку кількість теплоти, якщо понизилася — то віддало. Таким чином, кількість теплоти залежить від зміни температури тіла:
.
По-друге, кількість теплоти залежить також від маси тіла.
Як показує досвід, чим більше маса тіла, тим більша кількість теплоти буде потрібна для нагрівання тіла до однієї й тієї самої температури. Звідси можна зробити висновок, що кількість теплоти пропорційна масі тіла:
.
По-третє, маси молекул тіл різних речовин різні, тобто при однаковій зміні температури кількість теплоти, отримана або віддана цими тілами, буде різною. Таким чином, кількість теплоти Q залежить від роду речовини.
2. Питома теплоємність речовини
Нагріємо на однакових пальниках дві посудини. Перша посудина містить воду, а друга — рослинне масло такої ж маси. Спостерігаючи за показаннями термометрів, ми побачимо, що масло нагрівається швидше. З’ясовуючи, чому це відбувається, ми приходимо до поняття питомої теплоємності речовини.
Питома теплоємність позначається буквою c , її одиницею в СІ є .
У різних речовин питома теплоємність має різні значення.
Так, наприклад, питома теплоємність цинку .
Це означає, що для нагрівання цинку масою 1 кг на 1 °C необхідно затратити кількість теплоти, що дорівнює 400 Дж.
3. Порівняння питомих теплоємностей різних речовин
Питома теплоємність — це характеристика речовини, й вона не залежить від маси тіла й зміни його температури.
Розглянемо таблицю питомих теплоємностей деяких речовин.
|
Речовина |
с, Дж/(кг·°C) |
Речовина |
с, Дж/(кг·°C) |
|
Золото |
130 |
Алюміній |
920 |
|
Ртуть |
140 |
Лід |
2100 |
|
Мідь |
400 |
Спирт |
2500 |
|
Залізо |
460 |
Вода |
4200 |
Вода, наприклад, має дуже велику питому теплоємність. Тому вода в морях й океанах, нагріваючись повільно, поглинає значну кількість теплоти. Завдяки цьому в тих місцях, які розташовані близько від великих водойм, улітку не буває так спекотно, як у місцях, віддалених від води.
Узимку вода, повільно остигаючи, віддає велику кількість теплоти, тому зима в цих умовах менш сувора. Саме завдяки великій питомій теплоємності вода широко використовується в системі водяного опалення, у побуті й медицині, наприклад у грілках.
Слід пам’ятати, що питома теплоємність речовини, що перебуває в різних агрегатних станах, різна.
Наприклад, ртуть у стані рідини має питому теплоємність , а у твердому стані — .
4. Рівняння теплового балансу.
Для розрахунку кількості теплоти, яку необхідно передати тілу масою m для нагрівання його від початкової температури tп до кінцевої температури tк, можна скористатися формулою:
.
Наведене співвідношення справедливо й тоді, коли тіло не нагрівають, а охолоджують: у такому випадку кінцева температура tк нижче початкової температури tп й, отже, , тобто тіло віддає деяку кількість теплоти.
Розглянемо випадок, коли теплообмін відбувається тільки між двома тілами, тобто ні з якими іншими тілами вони теплом не обмінюються. Таку систему тіл називають теплоізольованою.
Щоб зробити систему тіл теплоізольованою, тіла поміщають у калориметр.
Наллємо, наприклад, у калориметр воду й зануримо в неї мідний брусок, вийнятий з окропу. Між бруском і водою почнеться теплообмін, внаслідок якого незабаром установиться теплова рівновага: брусок і вода будуть мати однакову температуру — позначимо її t.
У процесі теплообміну вода одержить кількість теплоти, тому для води . Брусок же віддасть деяку кількість теплоти, тому для бруска . Систему «вода + брусок» ми вважаємо теплоізольованою, тому, відповідно до закону збереження енергії, , звідси одержуємо:
.
Це рівняння часто називають рівнянням теплового балансу.
Рівняння теплового балансу можна, звичайно, узагальнити на випадок декількох тіл: якщо система цих тіл теплоізольована, . Якщо тіло здобуває енергію при теплопередачі, то . Якщо тіло віддає енергію при теплопередачі, то .
Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1. Навчаємося розв’язувати задачі
1. Залізному тягарцеві масою 100 г передали 920 Дж теплоти. На скільки градусів нагрівся тягарець?
2. Яка питома теплоємність речовини, якщо для нагрівання 1 кг цієї речовини на 2 °С потрібна була кількість теплоти 1 кДж?
3. Для нагрівання цегельної печі масою 1,5 т витрачено 26,4 МДж теплоти. До якої температури нагріли піч, якщо початкова температура була 10 °C?
Розв’язок. Відповідно до визначення, . Звідси знаходимо кінцеву температуру печі:
.
Перевіряємо одиниці величин:
.
З таблиці знаходимо, що питома теплоємність цегли дорівнює .
Обчислюємо температуру печі:
.
Відповідь: піч нагрілася до 30 °C.
2. Поміркуй і відповідай
1. Чим пояснюється, що в пустелях дуже великі добові перепади температур?
2. Які особливості клімату обумовлені великою питомою теплоємністю води?
3. У міських парках установлюють фонтани. Чому спекотного дня поблизу фонтану відчувається прохолода?
4. У якому випадку гаряча вода в склянці остудиться більше: якщо в склянку опустити срібну ложку чи таку саму алюмінієву? Чому?
5. Для охолодження інструментів, що нагріваються при роботі (різців, свердел), часто використовують воду. Чим можна пояснити цей факт?
Домашнє завдання-1
1. У-1: § 24.
2. Сб-1:
рів1 — № 27.1, 27.2, 27.3, 27.9, 27.10.
рів2 — № 27.15, 27.16, 27.21, 27.22, 27.23.
рів3 — № 27.27, 27.28, 27.29, 27.32.
Домашнє завдання-2
1. У-2: § 39, 40.
2. Сб-2:
рів1 — № 28.2, 28.3, 28.4, 28.5, 28.6.
рів2 — № 28.7, 28.10, 28.11, 28.17, 28.19.
рів3 — № 28.25, 28.26, 28.28, 28.31, 28.32.
Джерела:
1. Усі уроки фізики. 8 клас./ Кирик Л. А.— Х.: Вид. група «Основа», 2008.— 352 с.
2. Сайти: labbox.ru, school.xvatit.com