Параграф 12 Физика 8 класс Пёрышкин | Конспект

Расчёт количества теплоты. Уравнение теплового баланса

Формула расчета количества теплоты

Количество теплоты, получаемое или отдаваемое телом при нагревании или охлаждении, рассчитывается по формуле: Q=c⋅m⋅(t₂−t₁), где Q — количество теплоты, c — удельная теплоемкость вещества, m — масса тела, t₂−t₁ ​— изменение температуры. Эта формула позволяет определить, сколько теплоты необходимо для изменения температуры тела. Если тело охлаждается, то конечная температура t₂​ меньше начальной t₁​, и формула принимает вид:
Q=c⋅m⋅(t₁−t₂).
Таким образом, количество теплоты напрямую зависит от массы вещества и разницы температур. Эта зависимость показывает, что для нагрева или охлаждения больших масс требуется большее количество энергии. Применение формулы в расчетах позволяет учитывать все параметры, влияющие на тепловые процессы.

Пример расчета количества теплоты

В задаче, где рассматривается алюминиевый котелок массой 800 г и вода объемом 3 литра, нагреваемые с 20 °C до 60 °C, расчет теплоты проводится отдельно для котелка и воды. Необходимо учесть их удельные теплоемкости и разницу температур. Вычисление показывает, что общее количество теплоты, потребляемое системой, складывается из теплоты, идущей на нагрев воды и самого котелка. Для алюминия и воды значения различны, что подтверждает влияние удельной теплоемкости на тепловые процессы. После сложения теплоты для каждого вещества получается общая величина в 533 кДж. Это демонстрирует принцип суммирования теплоты при нагреве смеси веществ.

Уравнение теплового баланса

Уравнение теплового баланса отражает закон сохранения энергии: Qотд=Qпол​.
Это означает, что количество теплоты, отданное одним телом, равно количеству теплоты, полученному другим телом. Уравнение применяется, когда теплопередача происходит между телами без взаимодействия с внешней средой. В реальных задачах тепло может передаваться не только телам, но и окружающей среде, что усложняет расчет. Для правильного применения уравнения необходимо учитывать все источники тепла и процессы его передачи. Этот принцип лежит в основе термодинамических расчетов и объясняет, почему невозможно создать систему с бесконечным сохранением тепла.

Пример с термосом и чаем

В задаче о термосе рассматривается смешивание горячего кипятка и остывающего чая. Тепло передается от кипятка к чаю, и их температуры стремятся к равновесию. Уравнение теплового баланса позволяет определить конечную температуру смеси. В данном случае теплота, отданная горячей водой, равна теплоте, полученной холодным чаем. Эта задача показывает практическое применение закона сохранения энергии в повседневной жизни. При расчетах учитываются удельные теплоемкости, массы и начальные температуры жидкостей. Результаты подтверждают равенство теплоты в изолированной системе.

Применение уравнения теплового баланса

Уравнение теплового баланса используется для расчета тепловых процессов в закрытых системах, таких как термосы, кастрюли или изолированные контейнеры. Оно помогает определить, сколько энергии потребуется для достижения определенной температуры смеси или для поддержания тепла. Уравнение также применимо для анализа теплопередачи в инженерных системах, таких как радиаторы или теплообменники. Знание этого уравнения позволяет эффективно проектировать системы, минимизирующие потери тепла. Таким образом, уравнение теплового баланса является важным инструментом в термодинамике и энергетике.