Количество теплоты. Единицы количества теплоты

1. Количество теплоты и её единицы измерения

Опре­де­ле­ние: Ко­ли­че­ство теп­ло­ты – это энер­гия, ко­то­рая пе­ре­да­ёт­ся с по­мо­щью теп­ло­пе­ре­да­чи.

Рас­смот­рим во­прос: какой ве­ли­чи­ной мы будем вы­ра­жать это ко­ли­че­ство теп­ло­ты?

Ко­ли­че­ство теп­ло­ты свя­за­но с внут­рен­ней энер­ги­ей тела, по­это­му, когда тело по­лу­ча­ет энер­гию, его внут­рен­няя энер­гия уве­ли­чи­ва­ет­ся, а когда от­да­ёт – умень­ша­ет­ся. Ана­ло­гич­ные вы­во­ды можно сде­лать и про тем­пе­ра­ту­ру тела.

Внут­рен­няя энер­гия вы­ра­жа­ет­ся в Джо­у­лях (Дж). Зна­чит, ко­ли­че­ство теп­ло­ты также из­ме­ря­ет­ся в Джо­у­лях (в си­сте­ме ин­тер­на­ци­о­нал – СИ):

.

2. Характеристики, от которых зависит количество теплоты

 – стан­дарт­ное обо­зна­че­ние ко­ли­че­ства теп­ло­ты.

Чтобы вы­яс­нить: от чего за­ви­сит , про­ве­дём 3 экс­пе­ри­мен­та.

Экс­пе­ри­мент №1

Возь­мём два оди­на­ко­вых тела, но раз­ной массы. На­при­мер: возь­мём две оди­на­ко­вые ка­стрюли и на­льём в них раз­ное ко­ли­че­ство воды (оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ры, см. Рис. 1).

Оче­вид­но, что для того, чтобы вски­пя­тить ту ка­стрю­лю, в ко­то­рой воды боль­ше, по­тре­бу­ет­ся боль­ше вре­ме­ни. То есть, ей необ­хо­ди­мо будет со­об­щить боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты.

Из этого можно сде­лать вывод, что ко­ли­че­ство теп­ло­ты за­ви­сит от массы (прямо про­пор­ци­о­наль­но – чем боль­ше масса, тем боль­ше ко­ли­че­ство теп­ло­ты).

 

Рис. 1. Экс­пе­ри­мент №1

Экс­пе­ри­мент №2

Во вто­ром экс­пе­ри­мен­те мы будем на­гре­вать тела оди­на­ко­вой массы до раз­ной тем­пе­ра­ту­ры. То есть, возь­мём две ка­стрюли с водой оди­на­ко­вой массы, и на­гре­ем одну из них на , а вто­рую, к при­ме­ру, на  (см. Рис. 2).

Оче­вид­но, что для того, чтобы на­греть ка­стрю­лю до боль­шей тем­пе­ра­ту­ры, по­на­до­бит­ся боль­ше вре­ме­ни, то есть, ей необ­хо­ди­мо будет со­об­щить боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты.

Из этого можно сде­лать вывод, что ко­ли­че­ство теп­ло­ты за­ви­сит от раз­но­сти тем­пе­ра­тур (прямо про­пор­ци­о­наль­но – чем боль­ше раз­ность тем­пе­ра­тур, тем боль­ше ко­ли­че­ство теп­ло­ты).

 

 Рис. 2. Экс­пе­ри­мент №2

Экс­пе­ри­мент №3

В тре­тьем экс­пе­ри­мен­те рас­смот­рим за­ви­си­мость ко­ли­че­ства теп­ло­ты от ха­рак­те­ри­стик ве­ще­ства. Для этого возь­мём две ка­стрюли и на­льём в одну из них воду, а в дру­гую – под­сол­неч­ное масло. При этом тем­пе­ра­ту­ры и массы воды и масла долж­ны быть оди­на­ко­вы. Будем на­гре­вать обе ка­стрюли до оди­на­ко­вой тем­пе­ра­ту­ры (см. Рис. 3).

Для того чтобы на­греть ка­стрю­лю с водой, по­тре­бу­ет­ся боль­ше вре­ме­ни, то есть, ей необ­хо­ди­мо будет со­об­щить боль­шее ко­ли­че­ство теп­ло­ты.

Из этого можно сде­лать вывод, что ко­ли­че­ство теп­ло­ты за­ви­сит от рода ве­ще­ства (по­дроб­нее о том, как имен­но, мы по­го­во­рим на сле­ду­ю­щем уроке).

 

 

Рис. 3. Экс­пе­ри­мент №3

После про­ве­ден­ных экс­пе­ри­мен­тов можно сде­лать вывод, что  за­ви­сит от:

массы тела;

из­ме­не­ния его тем­пе­ра­ту­ры;

рода ве­ще­ства.

От­ме­тим, что во всех рас­смот­рен­ных нами слу­ча­ях речь не идёт о фа­зо­вых пе­ре­хо­дах (то есть, из­ме­не­ни­ях аг­ре­гат­но­го со­сто­я­ния ве­ще­ства).

Вме­сте с тем, чис­лен­ное зна­че­ние ко­ли­че­ства теп­ло­ты может за­ви­сеть также и от его еди­ниц из­ме­ре­ния.

3. Калория и её связь с Джоулями

Кроме Джо­у­ля, ко­то­рый яв­ля­ет­ся еди­ни­цей СИ, ис­поль­зу­ет­ся ещё одна еди­ни­ца из­ме­ре­ния ко­ли­че­ства теп­ло­ты – ка­ло­рия (пе­ре­во­дит­ся как «жар», «тепло»).

Это до­ста­точ­ная ма­лень­кое зна­че­ние, по­это­му чаще ис­поль­зу­ет­ся по­ня­тие ки­ло­ка­ло­рии: .

Эта ве­ли­чи­на со­от­вет­ству­ет ко­ли­че­ству теп­ло­ты, ко­то­рое необ­хо­ди­мо пе­ре­дать  воды, чтобы на­греть его на .

На сле­ду­ю­щем уроке мы рас­смот­рим по­ня­тие удель­ной теп­ло­ём­ко­сти, ко­то­рая свя­зы­ва­ет ве­ще­ство и ко­ли­че­ство теп­ло­ты.