ФИЗИКА ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ ТАИС МНМ МЕДИЦИНА АСТРОНОМИЯ

ФИЗИКА «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ» ТАИС МНМ

МЕДИЦИНА АСТРОНОМИЯ ХИМИЯ ФИЗИКА ЗООЛОГИЯ ГЕОГРАФИЯ ГЕОЛОГИЯ

ФОРМУЛЫ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ АГРЕГАТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ ИСПАРЕНИЕ. КОНДЕНСАЦИЯ. КИПЕНИЕ. УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПАРООБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ: «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

ОСНОВЫЕ ФОРМУЛЫ V СКОРОСТЬ (м/с) ПЛОТНОСТЬ (кг/м 3) СИЛА Fтяж. = m g СИЛА ТЯЖЕСТИ (Н) Fупр. = k ∆l P. = m g ВЕС (Н) ДАВЛЕНИЕ (Па) УПРУГОСТИ (Н) ρ p ДАВЛЕНИЕ столба жидкости (Па) СИЛА АРХИМЕДА (Н) FА = ρжg. Vж СИЛА АРХИМЕДА (Н) р=ρgh FА = ρвg. V ВЕС в ЖИДКОСТИ (Н) ПОДЪЁМНАЯ СИЛА (Н) P. = Fтяж - FА FП. = FА – (PТ+PГр +PГз)

ОСНОВЫЕ ФОРМУЛЫ РАБОТА (Дж) МОЩНОСТЬ (Вт) A=FS «ЗОЛОТОЕ ПРАВИЛО» МЕХАНИКИ M= F l МОМЕНТ СИЛЫ (Н м) КПД (Дж) η = 100% ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ (Дж) КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ (Дж) ЕП + ЕК = const ЕП = m g h ЕК = N A 1 = А 2

ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ - энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. U = ЕКм + ЕПм ! Внутренняя энергия тела НЕ зависит от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. Изменение внутренней энергии теплопередача U ∆ механическая работа

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА - процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самым телом. 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ - перенос тепла при взаимодействии частиц. ложка ( t 0 Л. ) стакан ( t 0 Ст. ) дерево, переносят пластмассы, МЕТАЛЛЫ тепло стекло, чай газы … ( t 0 Ч. ) Сначала t 0 Ч. > t 0 Л. ; t 0 Ч. > t 0 Ст ! РАЗНЫЕ ВЕШЕСТВА имеют РАЗНУЮ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ Твёрдые тела > Жидкости > Газы ТЕМПЕРАТУР ТЕЛ.

2. КОНВЕКЦИЯ - перенос тепла потоками жидкости или газа. Конвекция в воздухе, как и в жидкостях, объясняется действием силы Архимеда. ! КОНВЕКЦИЯ происходит только в ЖИДКОСТЯХ и ГАЗАХ. Тепловые слои воды и воздуха перемещаются вверх. тяга Примеры о использования конвекции окно радиатор комната

3. ИЗЛУЧЕНИЕ. Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение. Тела не только излучают энергию, но и поглощают. Излучение может осуществляться в полном вакууме. лёд Тела чёрного цвета значительно сильнее поглощают энергию, чем тела белого цвета. Тела с чёрной поверхностью быстрее нагреваются и быстрее охлаждаются. Теплоприёмники чёрного цвета Самолёты светлой Спутники окраски

КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ «Q» - необходимое для нагревания тела или выделяемое телом при остывании. зависит от: 1. Массы тела вещества из 2. Изменения температуры тела ( ∆t 0 ) Q = m c ∆t 0 Единица количества теплоты СИ: джоуль (Дж) 1 к. Дж = 1000 Дж 3. Рода которого состоит тело ( с ). Часть внутренней энергии, которую тело получает, или теряет в результате

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ «с» - величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температура вещества массой 1 кг на 10 С Удельная теплоёмкость вещества в разных агрегатных состояниях твёрдом, жидком и газообразном – различная.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ, Золото 130 Железо 460 Масло 1700 подсолнечное Ртуть 140 Сталь 500 Лёд 2100 Свинец 140 Чугун 540 Керосин 2100 Олово 230 Графит 750 Эфир 2350 Серебро 250 Стекло 840 Дерево 2400 (дуб) Медь 400 Кирпич 880 Дерево 2700 (ель) Цинк 400 Глина 900 Спирт 2500 Латунь 400 Алюминий 970 Вода 4200

ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА 0 Q = q m выделяется C соединение 0 C 0 0 масса топлива (уголь, торф, дрова, нефть, сланцы, природный газ. удельная теплота сгорания - физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 килограмм.

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ НЕКОТОРЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА, Дрова сухие 1, 0 107 Торф 1, 4 107 Каменный уголь 2, 7 107 Спирт 2, 7 107 Древесный уголь 3, 4 107 Природный газ 4, 4 107 Нефть 4, 4 107 Бензин 4, 6 107 Водород 12, 0 107

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОДИН ИЗ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ ПРИРОДЫ Еп; Ек = 0 V Еп - потенциальная энергия Ек Еп h Ек - кинетическая энергия E U ЕП = m g h Е - механическая энергия ЕК = E = ЕП + ЕК U - внутренняя энергия ЭНЕРГИЯ НЕ ИСЧЕЗАЕТ И НЕ СОЗДАЁТСЯ. ОНА ТОЛЬКО ПРЕВРАЩАЕТСЯ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ ИЛИ ПЕРЕХОДИТ ОТ ОДНОГО ТЕЛА К ДРУГОМУ, ПРИ ЭТОМ ЗНАЧЕНИЕ ЕЁ СОХРАНЯЕТСЯ.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ Eп; Eк=0 ↓E ↑Eк п E→U Eк; Eп=0 V=0 Eк =0; Eп =0; Е → U

АГРЕГАТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВА возгонка плавление парообразование ТВЁРДОЕ ЖИДКОЕ ГАЗООБРАЗНОЕ СОСТОЯНИЕ ВЕЩЕСТВА кристал- ВЕЩЕСТВА конденсация ВЕЩЕСТВА кристализация Плавление процессы с Кристаллизация Парообразование поглощением Конденсация Возгонка тепла отдачей тепла

Плавление – переход вещества из твёрдого состояния в жидкое и Кристаллизация – переход вещества из жидкого состояния в твёрдое t, 0 С t 0 пл. t 0 е ни ва ре дого а г на вёр ств т ще ве плавление вещества е ни а ев ого гр на идк ства ж е щ ве ох ла жи жде ве дко ние ще го ст ва кристаллизация вещества ох ла тв жде ве ёрдо ние ще го ст ва Кристаллы плавятся и отвердевают при определённой температуре (t 0 C). t 0 плавления = t 0 кристаллизации = const Q поглощается λ= λ Q выделяется t, мин Q. = λ m - удельная теплота плавления Q, Дж m= λ

ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ, 0 С (при нормальном атмосферном давлении) ВЕЩЕСТВО t пл, 0 С МЕТАЛЛ или СПЛАВ t пл, 0 С Азот -210 Алюминий 660, 4 Алмаз >3500 Вольфрам 3420 Бензин ниже -60 Железо 1539 Вода 0 Золото 1064, 4 Водород -259, 1 Калий 63, 6 Воздух -213 Константан -1260 Воск пчелиный 61 - 64 Латунь -1000 Йод 113, 5 Олово 231, 9 Кислород -218 Платина 177, 2 Масло сливочное 28 - 33 Серебро 961, 9 Соль поваренная 770 Сталь 1300 – 1500 Спирт -114, 2 Ртуть - 38, 9 Хлор -101, 0 Чугун 1100 - 1300

- УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ «λ» - ФИЗИТЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ПОКАЗЫВАЮЩАЯ, КАКОЕ КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛОТЫ НЕОБХОДИМО СООБЩИТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКОМУ ТЕЛУ МАССОЙ 1 КГ, ЧТОБЫ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ ПЛАВЛЕНИЯ ПОЛНОСТЬЮ ПЕРЕВЕСТИ ЕГО В ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ. [λ] = УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОТА ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ (при нормальном атмосферном давлении) МЕТАЛЛ [λ] , Алюминий 393 Платина 113 Вольфрам 184 Ртуть 12 Железо 270 Свинец 24, 3 Золото 67 Серебро 87 Медь 213 Сталь 84 Олово 59 Цинк 112, 2

Испарение парообразование, происходящее с поверхности жидкости. (сопровождается поглощением тепла, происходит при любой температуре). ИНТЕНСИВНОСТЬ ИСПАРЕНИЯ ЗАВИСИТ ОТ: 1. Температуры жидкости (чем t 0 температура больше, тем испарение быстрее; 2. Площади поверхности жидкости; 3. Скорости удаления паров с поверхности жидкости; 4. Рода жидкости Конденсация является превращением пара в жидкость. (сопровождается выделением тепла).

Кипение - явление превращения жидкости в пар. Кипение происходит при определённой и постоянной для каждой жидкости температуре (t 0 кипения) Во время кипения температура жидкости не меняется. PА ↓ t 0 кипения ↓ PА↑ t 0 кипения ↑ Q = L m L= m= Кипение происходит с поглощением теплоты. « L » - удельная теплота парообразования и конденсации. [ L ] =

«L» - удельная теплота парообразования - физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо, чтобы обратить жидкость массой 1 кг в пар без изменения температуры. Удельная теплота преобразования воды при различной температуре и нормальной атмосфере давления. Зависимость удельной теплоты парообразования от температуры. L, 3000 t, 0 С L, 2501 2477 2458 2500 0 2101 80 2308 5 2489 100 2256 10 2477 160 2430 2382 2083 15 2466 200 1941 18 2458 300 1404 20 2453 370 2489 2466 2453 2000 1500 2308 2256 2083 1941 1404 438 30 2430 374 50 2382 374, 15 115 0 1000 500 0 438 115 0 1 100 200 300 374. 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 t, 0 С

Температура кипения воды при различных давлениях (ниже нормального атмосферного) ДАВЛЕНИЕ Зависимость температуры кипения воды от давления. tкип, 0 С 120 Кп. А ММ РТ. СТ. 0 0, 6 4, 6 10 1, 2 9, 2 40 7. 4 55, 3 70, 1 526 84, 5 634 90, 7 680 94, 7 710 97, 3 730 98, 9 98, 7 740 99, 3 101, 325 760 98. 1 95 100 99. 3 100 98. 9 96. 5 90 80 90 95 96, 5 60 40 40 98, 1 100 20 tкип, 0 С 0 0 10 10 3 2 1 4 5 6 7 100 13 14 15 16 8 9 10 11 12

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ МАШИНЫ, В КОТОРЫХ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ ТОПЛИВА ПРЕВРАЩАЕТСЯ В МЕХАНИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ ПАРОВАЯ МАШИНА η≈15% ВИДЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ η≈20% - 40% РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ η≈20% - 30% ДВИГАТЕЛ ЕЙ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Η≈25%-29 ПАРОВАЯ ТУРБИНА η≈30%

РЕКОМЕНДАЦИИ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

1. Условие задачи всегда связано с каким-либо тепловым явлением, процессом (одним или несколькими). Поэтому решение задачи следует начинать с выявления этого процесса или явления. 2. Определите тела, участвующие в тепловых процессах (в VIII классе, как правило, ограничиваются теплообменом между двумя телами). З. Если необходимо, сделайте рисунок, поясняющий явления. 4. Используя выражения и формулы физических законов, записанных в предыдущих схемах этой книги, составьте уравнение. Следует учесть, что некоторые величины являются табличными. 5. Решите уравнение. Произведите подстановку численных значений в полученную формулу и получите окончательных ответ. 6. Произведите анализ полученного результата.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ»

Пример № 1. Какое количество теплоты получили алюминиевая кастрюля массой 200 г и находящаяся в ней вода массой 2 кг при нагревании их от 10°С до 40 °С? Анализ задачи. Кастрюля и вода от 10°С до 40°С нагреваются вместе. Между ними происходит теплообмен. Но массы и удельные теплоёмкости воды и алюминия различны. Значит они получили разное количество теплоты. • Q 1 - количество теплоты, полученное кастрюлей. • Q 1= САЛ • m 1(t° 2 - t° 1) • Q 2 - количество теплоты, полученное водой. • О 2 = Св. - m 2(t° 2 - t° 1) • Q - количество теплоты, полученное кастрюлей и водой. Дано: СИ m 1= 200 г 0, 2 кг Св. = 920 m 2= 2 кг САЛ = 4200 t° 1 =10° С t° 2 =40° С Q - ? Решение Q = Q 1 + Q 2 Q= САЛ • m 1 (t° 2 - t° 1) + Св. • m 2 (t° 2 - t° 1) Подставляем числовые данные. Q = 920 • 0, 2 кг (40°С - 10°С) + 4200 • 2 кг (40°С – 10°С)= 257520 Дж = 257, 2 к. Дж Ответ: Q= 257, 2 к. Дж

Пример № 2. В калориметр , содержащий воду массой 300 г при температуре 20°С опущено стальное тело массой 100 г нагретое до температуры 80°С. Температура воды в калориметре повысилась до 25°С. Определите удельную теплоёмкость стали. Анализ задачи. Между телами, находящимися в калориметре, происходит теплообмен. Теплота передаётся от тела с большей температурой телам с меньшей температурой. • Q 2 - количество теплоты, которое получает вода. • Q 2 = Св. - mв. (t°см - t° 1) • Стальное тело отдаёт такое же количество теплоты, какое получает вода. Дано: СИ mв. = 300 г 0, 3 кг Св. = 4200 mст. = 200 г 0, 2 кг t° 1 =20° С t° 2 =80° С t°см. =25° С Cст. - ? Решение Q 1 = Q 2 Св. • mв. (t°ст. - t° 1) = Сст. • mст. (t° 2 - t°см. ) Сст. = Сст. = = 500 Сст. Ответ: = 500

«Не стыдно чего-нибудь не знать, но стыдно не хотеть учиться» . (Сократ)

Разработано преподавателем информатики г. Одинцово Мацькив Н. М на основе справочника Рассказовой Г. А.