В предыдущей записи говорилось, что повысить температуру тела (увеличить его внутреннюю энергию) можно, совершив над телом механическую работу.
Есть и другой способ повышения температуры тела - это путём его нагревания (теплообмена) между данным телом и более нагретым телом. Например, остывание горячей печи приводит к нагреванию других тел в комнате. При этом внутренняя энергия печи уменьшается, а внутренняя энергия тел в комнате увеличивается.
Никакой механической работы при этом не совершается.
Тело нагревается при непосредственном контакте с печью (горячим телом) и на расстоянии от неё. Здесь происходит следующее. Молекулы более горячего тела двигаются быстрее. При контакте холодного тела с горячим молекулы горячего тела передают часть своей кинетической энергии молекулам холодного тела. В результате суммарная кинетическая энергия молекул горячего тела уменьшается, а суммарная кинетическая энергия молекул холодного тела увеличивается. Теплообмен между печью и телом происходит и через воздух (за счёт конвекции), когда слои воздуха, соприкасающиеся с печью (горячим телом) поднимаются вверх, а на их место поступает более холодный воздух (холодный воздух опускается вниз). Происходит это, потому что плотность воздуха при повышении температуры уменьшается (происходит тепловое расширение газа).
Передача тепла происходит и через излучение (электромагнитные волны). Здесь не требуется присутствия воздуха (среды). Так, передача теплоты от Солнца идёт через пространство, в котором отсутствует вещество (через вакуум).
Для характеристики процесса теплообмена вводится понятие количества теплоты
Количеством теплоты называется то изменение внутренней энергии тела, которое происходит при теплопередаче.
Таким образом, тело может изменять свою температуру (внутреннюю энергию) двумя способами: 1)при совершении работы, 2) при передаче теплоты. Может одновременно происходить и то, и другое.
Количество теплоты, которое надо сообщить телу, чтобы повысить его температуру на 1 К, называется теплоёмкостью тела.
Для характеристики тепловых свойств вещества принимают теплоёмкость единицы массы этого вещества, называемую удельной теплоёмкостью. Так, удельная теплоёмкость воды, согласно измерениям Джоуля и многих других, равна 4,18 кДж/(кг К).
Количество теплоты, которое надо передать телу, чтобы повысить его температуру
находится по формуле:
Удельные теплоёмкости некоторых веществ приведены в таблице
Удельные теплоёмкости веществ можно находить с помощью калориметра. Калориметр - это двойной закрытый сосуд. Его заполняют некоторым количеством воды, в которую опускают нагретое тело. При теплообмене температуры тел выравниваются. Записывают закон сохранения энергии, называемый ещё уравнением теплового баланса, то есть приравнивают тепло, отданное горячим телом, к теплу, полученному водой и калориметром. Из уравнения находят удельную теплоёмкость вещества тела.
Различают ещё молярную теплоёмкость - она численно равна количеству теплоты, необходимой для нагревания 1 моля вещества на 1 К:
Связь между молярной и удельной теплоёмкостями:
В заключение отметим, что количество теплоты это мера передачи внутренней энергии от одного тела к другому при теплопередаче. Внутренняя же энергия тела является его характеристикой, то есть внутренняя энергия есть функция состояния тела. Понимать это надо так, что при возвращении температуры тела к прежней величине, его внутренняя энергия возвращается к своему прежнему значению. Изменение внутренней энергии при переходе тела (системы) из одного состояния в другое всегда равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях.
К.В. Рулёва
Подпишитесь на канал. Просьба дать информацию о нём своим друзьям.
Предыдущая запись: школьникам (внутренняя энергия)
Следующая запись: школьникам (первый закон термодинамики)
Смотрите ещё:
Занятие 36. Основы термодинамики.
Ссылки на занятия по другим темам даны в Занятии 1.
