- Объяснять температуру движением частиц и переводить градусы Цельсия в кельвины
- Вычислять количество теплоты, необходимое для нагревания
- Различать теплопроводность, конвекцию и излучение
Металлическая ложка в горячем чае быстро нагревается, а деревянная почти не нагревается. Летом вода Каспийского моря прогревается гораздо медленнее воздуха. Чтобы понять эти явления, нужно знать, что такое температура и теплота и чем они различаются.
Что показывает температура?
Все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул, которые непрерывно и беспорядочно движутся. Это тепловое движение. Температура показывает, насколько быстро движутся частицы: чем горячее тело, тем быстрее движутся его молекулы.
В быту температуру измеряют по шкале Цельсия: при нормальном атмосферном давлении лёд плавится при 0 °C, а вода кипит при 100 °C. В физике используют и шкалу Кельвина. Её ноль — абсолютный ноль (−273 °C) — температура, при которой тепловое движение частиц слабее всего; охладить тело ниже невозможно.
- Tтемпература по шкале Кельвина, в К
- tтемпература по шкале Цельсия, в °C
Например, 20 °C = 293 К; разность температур на обеих шкалах одинакова.
Внутренняя энергия и количество теплоты
Сумма энергий движения и взаимодействия всех частиц тела называется внутренней энергией. Её можно изменить двумя способами: совершая работу (если потереть ладони, они нагреются) или путём теплопередачи (ложка в кипятке нагревается). Энергию, которую тело получает или отдаёт при теплопередаче, называют количеством теплоты (Q); её тоже измеряют в джоулях.
- Qколичество теплоты, в Дж
- cудельная теплоёмкость вещества, в Дж/(кг · °C)
- mмасса, в кг
Δt — изменение температуры (конечная − начальная), в °C
| Вещество | c, Дж/(кг · °C) |
|---|---|
| Вода | 4200 |
| Лёд | 2100 |
| Алюминий | 920 |
| Железо | 460 |
| Медь | 400 |
Какое количество теплоты нужно, чтобы нагреть 2 кг воды в чайнике от 20 °C до кипения (100 °C)?
Показать решениеСкрыть решение
Q = c · m · Δt = 4200 · 2 · 80 = 672 000 Дж = 672 кДж.
1 кг воды и 1 кг железа получают одинаковое количество теплоты — 42 000 Дж. На сколько градусов нагреется каждое из них?
Показать решениеСкрыть решение
Вода: Δt = 42 000 / (4200 · 1) = 10 °C.
Железо: Δt = 42 000 / (460 · 1) ≈ 91 °C.
Удельная теплоёмкость железа намного меньше, поэтому оно нагревается примерно в 9 раз сильнее воды.
Как передаётся тепло?
Тепло всегда переходит от более горячего тела к более холодному и прекращается, когда температуры сравняются. Это происходит тремя способами:
- Теплопроводность — энергия передаётся от частицы к частице, а само вещество не перемещается. Металлы хорошо проводят тепло, а дерево, воздух и шерсть — плохо.
- Конвекция — нагретая жидкость или газ поднимается вверх, а холодная опускается вниз. Именно так батарея обогревает комнату.
- Излучение — энергия переносится лучами и может проходить даже через пустоту. Так тепло Солнца доходит до Земли.
Главное
- Температура показывает, насколько быстро движутся частицы; T = t + 273.
- Внутренняя энергия меняется при совершении работы или теплопередаче.
- Количество теплоты для нагревания: Q = c · m · Δt.
- У воды большая удельная теплоёмкость: 4200 Дж/(кг · °C).
- Тепло передаётся теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Проверь себя
Вопросов: 10. Каждый правильный ответ приносит XP.