1. Что такое удельная теплоёмкость вещества?
Удельная теплоёмкость вещества — это количество теплоты, необходимое для повышения температуры единицы массы этого вещества на 1 °C или 1 K. Она показывает, как много тепла нужно, чтобы нагреть определённую массу вещества.
2. Какова единица удельной теплоёмкости вещества?
Единицей измерения удельной теплоёмкости является джоуль на килограмм на градус Цельсия (Дж/(кг·°C)) или джоуль на килограмм на кельвин (Дж/(кг·K)). Оба варианта являются эквивалентными, так как изменение температуры в градусах Цельсия и кельвина одинаково.
3. Почему разные вещества имеют разную удельную теплоёмкость?
Разные вещества имеют разную удельную теплоёмкость из-за различий в их молекулярной структуре, связях между молекулами и взаимодействиях. Например, более сложные молекулы могут поглощать больше тепла для изменения своей температуры по сравнению с простыми молекулами.
4. Почему различна удельная теплоёмкость одного и того же вещества, находящегося в разных агрегатных состояниях?
Удельная теплоёмкость одного и того же вещества в различных агрегатных состояниях (твердом, жидком, газообразном) различна из-за разной организации молекул и межмолекулярных сил. Например, в газообразном состоянии молекулы имеют больше свободы движения, что влияет на теплоемкость.
1. Удельную теплоемкость измеряют как в Дж/кг*°С, так и в Дж/кг*°K. Объясните почему.
Это связано с тем, что изменения температуры в градусах Цельсия и кельвина равны. Поскольку разница между ними не влияет на вычисления, для удобства можно использовать обе единицы.
2. Почему в радиаторах центрального отопления используют воду?
Воду используют в радиаторах центрального отопления, так как она обладает высокой удельной теплоёмкостью, что позволяет ей эффективно накапливать и передавать тепло. Кроме того, вода относительно недорога и безопасна.
3. Климат морской отличается от климата континентального. Чем это объяснить?
Морской климат отличается от континентального из-за влияния океана, который действует как терморегулятор, смягчающий перепады температур. Вода нагревается и остывает медленнее, чем земля, что приводит к более стабильным и умеренным температурным условиям в прибрежных районах.
4*. В два цилиндрических стакана, стеклянный и алюминиевый, одинаковой высоты, ёмкости и массы одновременно наливают одинаковое количество горячей воды. Прикасаясь руками к стаканам, обнаруживают, что один стакан (какой?) прогрелся быстрее, хотя удельная теплоёмкость стекла и алюминия почти одинаковая. Объясните явление.
Алюминиевый стакан прогреется быстрее, чем стеклянный. Хотя удельная теплоёмкость у них почти одинаковая, алюминий проводит тепло лучше, чем стекло, что приводит к более быстрому повышению температуры его поверхности.
УПРАЖНЕНИЕ 8
1. Что потребует большего количества теплоты для нагревания на 1 °C — вода в стеклянной банке или вода такой же массы в алюминиевом бидоне? Массы банки и бидона считать одинаковыми.
Удельная теплоёмкость воды составляет примерно 4186 Дж/(кг·°C). Удельная теплоёмкость алюминия около 900 Дж/(кг·°C), а у стекла — около 840 Дж/(кг·°C).
Когда мы нагреваем воду в обеих ёмкостях, она будет поглощать тепло, но необходимо учитывать, что помимо нагрева воды, будет также нагреваться и сам материал ёмкости (алюминий или стекло).
Для воды в алюминиевом бидоне:
Тепло, необходимое для нагрева воды: Q1 = c_вода * m_вода * ΔT + c_алюминий * m_алюминий * ΔT. Для воды в стеклянной банке:
Тепло, необходимое для нагрева воды: Q2 = c_вода * m_вода * ΔT + c_стекло * m_стекло * ΔT. Так как массы ёмкостей одинаковы и изменения температуры одинаковы, можно выразить отношение:
Для алюминия: Q1 = 4186 * m * ΔT + 900 * m * ΔT. Для стекла: Q2 = 4186 * m * ΔT + 840 * m * ΔT. Это означает, что в алюминиевом бидоне требуется большее количество теплоты, чем в стеклянной банке, поскольку удельная теплоёмкость алюминия больше, чем у стекла.
Таким образом, больше тепла потребуется для нагревания воды в алюминиевом бидоне, чем в стеклянной банке, при равных условиях.
2. Что потребует большего количества теплоты для нагревания на 1 °C — 100 г воды или 100 г меди?
100 г воды потребует большего количества теплоты для нагревания на 1 °C, чем 100 г меди, поскольку удельная теплоёмкость меди меньше, чем у воды.
3. Ученик на вопрос учителя: «Что значит: удельная теплоёмкость цинка равна 400 Дж/кг*°С?» — ответил: «Это значит, что для нагревания цинка на 1 °C потребуется количество теплоты, равное 400 Дж». Правильный ли ответ дал ученик? Обоснуйте свой ответ.
Ответ ученика неправильный. Удельная теплоёмкость указывает на количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 °C. Таким образом, это количество теплоты требуется для 1 кг цинка, а не для всего вещества.
4. Медной и стальной гирькам одинаковой массы и температуры сообщили равное количество теплоты. У какой гирьки температура изменится больше?
Температура стальной гирьки изменится больше, так как удельная теплоёмкость стали меньше, чем у меди. Это означает, что при одинаковом количестве теплоты сталь будет нагреваться быстрее.
5. На горелках одинаковой мощности нагревают три одинаковых сосуда, в которых находятся вода, керосин и подсолнечное масло равной массы. Определите, какому веществу соответствует каждый график зависимости температуры от времени нагревания (рис. 26).
1-й график масло, 2-й керосин, 3-й вода
6. На электрической плитке стоит алюминиевый чайник, наполненный водой. На рисунке 27 приведены графики зависимости количества теплоты, полученного чайником и водой, от времени нагревания. Массы чайника и налитой в него воды одинаковы. Какой из графиков соответствует воде, а какой — алюминию?
1-й график алюминий, 2-й вода