Глава 3. Тепловые явления, газов и твёрдых тел

§ 24. Количество теплоты. Удельная теплоёмкость вещества

Что называют теплопередачей?

Какие существуют виды теплопередачи?

1. Вы знаете, что возможны два способа изменения внутренней энергии тела: совершение работы и теплопередача. Мерой изменения внутренней энергии при совершении работы является величина работы. Возникает вопрос: какая величина характеризует изменение внутренней энергии тела при теплопередаче, является его мерой? Эту величину называют количеством теплоты.

Количеством теплоты называют физическую величину, равную изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.

Количество теплоты обозначают буквой Q. Единицей количества теплоты, как и любого вида энергии, является джоуль (1 Дж).

При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

2. Выясним, от чего зависит количество теплоты.

Если взять два одинаковых сосуда, в один из них налить 200 г воды, а в другой 800 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела. тем большее количество теплоты требуется ему для нагревания. При охлаждении тело большей массы отдаёт большее количество теплоты. Разумеется, что в данном случае речь идёт о телах из одного и того же вещества и нагреваются они или охлаждаются на одно и то же число градусов.

Следовательно, количество теплоты, необходимое для нагревания тела, пропорционально его массе:

Q ~ m.

3. Теперь предположим, что мы будем нагревать на горелках в одном сосуде 200 г воды от 20 до 50 °С, т. е. на 30 °С, а в другом таком же сосуде 200 г воды от 20 до 100 °С, т. е. на 80 °С. В первом случае на нагревание уйдёт меньше времени, чем во втором. Следовательно, количество теплоты, которое мы затратим на нагревание воды на 30 С, меньше, чем количество теплоты, необходимое для нагревания воды на 80 °С. Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально изменению температуры.

В данном случае конечная температура t₂ больше начальной температуры t₁, поэтому изменение температуры равно t₂ — t₁.

Тогда

Q ~ (t₂ - t₁).

При охлаждении тела конечная температура t₂ меньше начальной температуры t₁ поэтому изменение температуры будет равно t₁ - t₂.

4. Нальём в один сосуд 200 г воды. В другой такой же сосуд нальём немного воды и положим в него такое металлическое тело, чтобы общая масса тела и воды была равна 200 г. Убедимся, что начальная температура в обоих сосудах одинакова. Будем нагревать сосуды на одинаковых горелках. Через некоторое время измерим температуру. В сосуде, в котором находится только вода, температура будет ниже, чем в том, где были вода и металлическое тело. Следовательно, чтобы температура содержимого в обоих сосудах была одинаковой, воде нужно передать большее количество теплоты, чем воде и металлическому телу. Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

Продолжение >>>