Физика тепловые явления: Количество теплоты как физическая величина. Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.

Содержание

Количество теплоты как физическая величина. Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.









1.

Количество теплоты (теория)


Сложность:
лёгкое

1


2.

Нагревание воды разной массы


Сложность:
лёгкое

2


3.

Нагревание воды до разной температуры


Сложность:
лёгкое

2


4.

Нагревание одинаковых веществ разного объёма


Сложность:
среднее

2


5.

Нагревание разных веществ


Сложность:
среднее

3


6.

Перевод калорий в джоули


Сложность:
среднее

3


7.

Расчёт энергетической ценности продукта питания


Сложность:
сложное

4

Виды теплопередачи . Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.












1.

Теплопроводность


Сложность:
среднее

2


2.

Теплота


Сложность:
среднее

2


3.

Теплота


Сложность:
лёгкое

2


4.

Виды теплопередачи


Сложность:
лёгкое

2


5.

Теплота


Сложность:
среднее

1


6.

Термическое расширение


Сложность:
среднее

2


7.

Термическое расширение


Сложность:
среднее

3


8.

Термическое расширение


Сложность:
среднее

2


9.

Термическое расширение твёрдых тел


Сложность:
сложное

5


10.

Объёмное расширение жидкости


Сложность:
сложное

5

Что такое удельная теплоёмкость вещества. Физика, 8 класс: уроки, тесты, задания.











1.

Определение удельной теплоёмкости


Сложность:
лёгкое

1


2.

Нагревание детали


Сложность:
лёгкое

2


3.

Нагревание заклёпки


Сложность:
лёгкое

2


4.

Нагревание ударом молотка


Сложность:
среднее

3


5.

Удельная теплоёмкость камня


Сложность:
среднее

3


6.

Нагревание воды в бассейне


Сложность:
среднее

3


7.

Какова начальная температура при охлаждении?


Сложность:
сложное

4


8.

Нагревание воды в кастрюле


Сложность:
сложное

4


9.

График


Сложность:
сложное

5

Тепловые явления — Формулы по физике

Общая теория теплоты является аксиоматической наукой, Она не вводит специальных гипотез и конкретных представлений о строении вещества и физической природы теплоты. Ее выводы основаны на общих принципах или началах, являющихся обобщением опытных фактов. Она рассматривает теплоту как род какого-то внутреннего движения, но не пытается конкретизировать, что это за движение.

В авиации особое место уделяется двум ее элементам: тепловому расширению тел и явлению теплообмена.

Значимость процесса теплообмена как в природе, так и в технике определяется тем, что свойства тел самым существенным образом зависят от температуры, т.е. от их теплового состояния. Последнее же, в свою очередь, определяется условиями теплообмена, которые поэтому оказывают решающее влияние на процессы изменения агрегатного состояния вещества, на течение химических реакций (в частности, процесса горения), механические, элетроизоляционные, магнитные и другие свойства тел.

Именно этими обстоятельствами и объясняются бурное развитие теории теплообмена в ХХ веке и то исключительное внимание, которое ей уделяется в физике планетарных процессов, энергетике, химической технологии и в ряде других отраслей науки и техники.

2

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЕ ТЕОРИИ ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ

В отличие от механической энергии, которая может изменяться только за счет работы, внутренняя энергия может изменяться как за счет работы, так и при контакте с телами, имеющими другую температуру, т.е. в процессе теплообмена. Энергия, переданная при теплообмене (подведении тепла), называется количеством теплоты или теплотой. Теплота считается положительной, если система получает энергию, и отрицательной, если отдает.При соприкосновении двух тел, имеющих различную температуру, происходит обмен энергией движения структурных частиц ( молекул, атомов, свободных электронов), вследствие чего интенсивность движения частиц тела, имеющего меньшую температуру, увеличивается, а интенсивность движения частиц тела с более высокой температурой уменьшается. В результате одно из соприкасающихся тел нагревается, а другое остывает. Поток энергии, передаваемой частицами более горячего тела частицам тела более холодного, называется тепловым потоком.

Таким образом, для возникновения теплового потока, т.е. процесса теплообмена между различными областями пространства, заполненного вещественной средой, необходимо и достаточно, чтобы в этих областях имели место неодинаковые температуры. Иначе говоря, единственным условием возникновения теплообмена является наличие разности температур между рассматриваемыми телами. При этом тепловой поток направлен в сторону меньших температур.

Предметом теории теплообмена являются процессы переноса тепла из одной части пространства и другую.

Наряду с рассмотренным случаем теплообмена непосредственно в вещественной среде, являющегося следствием движения структурных частиц, имеет место также перенос теплоты посредством лучеиспускания (например, в космических процессах). Поэтому следует различать теплообмен путем

3

непосредственного соприкосновения тел и лучистый теплообмен, когда энергия передается от одного тела к другому посредством электромагнитного поля.

В вещественной среде распространение тепла, в конечном счете, всегда связано с тепловым движением структурных частиц. Однако непосредственный перенос определенных порций теплоты из одной области в другую может происходить не только в результате последовательного обмена энергией частиц,заполняющих пространство между рассматриваемыми областями, но и в результате перемещения состоящих из большого количества молекул объемов среды.

Процесс распространения тепла только вследствие движения структурных частиц называется тепопроводностью, а процесс теплопередачи, обусловленный перемещениями молярных объемов среды, — конвекцией.

Таким образом, существует три способа переноса тепла: теплопроводность (кондукция), перемешивание (конвекция) и излучение (радиация). В действительных процессах все эти три способа теплообмена обычно сопутствуют друг другу и частично связаны с переносом массы (диффузией), т.е. имеет место сложный тепло- и массобмен.

В теории теплопередачи расчет сложного теплообмена осуществляется с помощью методов, обощающих результаты раздельного излучения каждого из трех первичных способов переноса тепла. Следовательно, основным методом теории теплопередачи является расчленение сложного теплообмена на его составляющие по способу (механизму) переноса тепла и излучение этих составляющих методами математической физики и научного опыта.

При рассмотрении сложного теплообмена с сильно меняющими

ся в пространстве и времени температурными полями могут возникать задачи, которые не сводятся к моделям с квазиавтономными частными процессами теплообмена. В этих случаях понятия коэффициентов теплопередачи и теплоотдачи вообще лишены отчетливого смысла. Необходима постановка

4

задачи, в достаточно общей форме описывающей как механизмы теплопереноса в отдельных элементах системы. Так и их взаимодействия на границах раздела тел и фаз. Такие задачи называются сопряженными, и их конкретное рассмотрение, как правило, весьма индивидуализировано конкретными краевыми условиями. Общая же их постановка всегда опирается на основные уравнения.

Практически большинство процессов, рассматриваемых теорией теплообмена, протекает при взаимодействии твердых тел и жидких сред в областях, размеры которых чрезвычайно велики по сравнению с длиной свободного пробега структурных частиц (атомов, молекул). Так, в объеме газа, равном 10-3 мм3, при давлении 9,8*104 Па и температуре 273 К содержится примерно 1016 молекул. Поэтому такие статистические понятия, как температура, давление, теплоемкость, вязкость и т.п., могут быть приписаны даже таким малым элементам системы, которые с физико-математической точки зрения могут рассматриваться в данном случае как дифференциалы ее объема.

Это означает, что в большинстве проблем теплообмена твердые и жидкие среды, составляющие систему, рассматриваются как непрерывные. Исключение приходится делать только для взаимодействия тел с весьма разряженным газом, когда размеры тела становятся соизмеримыми с длиной пути свободного пробега молекул.

5

2.ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ

Простые опыты и наблюдения убеждают нас, что при повышении температуры размеры тел немного увеличиваются, а по охлаждении – уменьшаются до прежней величины. При нагревании увеличивается нетолько длина тела, но другие линейные размеры. Изменение линейных размеров тела при нагревании называют тепловым линейным расширением. Увеличение линейных размеров сопровождается увеличением объемов тел (объемное расширение тел).

Линейное расширение тел

Измерения показывают, что одного и тоже тело расширяется при различных температурах по разному: при высоких температурах тепловое расширение обычно сильнее, чем при низких. Однако разница в расширении невелика, и при относительно небольших изменениях температуры мы можем ее принебречь и считать, что изменение размеров тела пропорционально изменению температуры.

Для того чтобы получить характеристику теплового расширения материала, из которого сделано тело, надо взять относительное удлинение, т.е. отношение

наблюденного удлинения к длине нашего тела при определенных “нормальных” условиях. “Нормальной” длиной считают длину тела при О0С, обозначанмую 0.

Итак, величина, характеризующая тепловое расширение

 — называется коэффициентом линейного расширения и показывает, на какую

долю своей нормальной длины увеличивается длина тела при нагревании на 10С.

При практическом применении этой формулы, достаточно измерить длину  стержня из исследуемого материала, поддерживая по всему его объему одну и ту же температуру t. Затем следует с той же относительной точностью измерить удлинение ` — , вызванное изменением температуры от t до t`. Чтобы увеличить точность измерения удлинения ` — , которое обычно бывает очень малым, приходится прибегать к особым приемам.

Зная коэффициент линейного расширения, можно рассчитать длину тела при любой температуре в пределах не очень большого температурного интервала. Преобразуем выше приведенную формула. Где для краткости приращение температуры t` — t обозначим одной буквой ,

` =  (1 +  ) (1.2)

перед нами формула линейного расширения. Выражение, стоящее в скобках носит название бинома расширения.

Бином расширения показывает, во сколько раз увеличилась длина тела при нагревании его на  градусов.

Формулой можно пользоваться и для того случая, когда нужно найти длину тела после его охлаждения.

Объемное расширение тел

Аналогично коэффициенту линейного расширения можно ввести коэффициент объемного расширения материала, характеризующий изменение объема при изменении температуры. Эмперическим путем было показано, что как и в случае линейного

7

расширения, можно без заметной ошибки принять, что приращение объема тела пропорционально приращению температуры, в пределах не слишком большого температурного интеравала.

Обозначим объем тела при начальной температуре t через V, объем при конечной температуре t` через V`, объем при 00С через Vи коэффициент объемного расширения через  , найдем:

= (V` — V ) / V0 (t` — t) (1.3)

Так как для твердых и жидких тел тепловое расширение незначительно, то объем V 0 при 00С очень мало отличается от объема при другой температуре, например комнатной. Поэтому в выражении коэффициента объемного расширения можно заменить V 0 через V, что практически удобнее.

 = (V` — V) / V (t` — t) (1.4)

Уместно отметить, что тепловое расширение газов настолько значительно, что замена на влечет уже заметное изменение, и поэтому в случае газов такое упрощение можно делать только для малых интервалов температур. Преобразую формулу (1.2), путем обозначения выражения (t`-t) на , напишем

— данная формула позволяет рассчитать объем тела, если известны начальный объем и приращение температуры. Выражение (1+) – носит название бинома объемного расширения.

При увеличении объема тела плотность их уменьшается во столько раз, во сколько увеличился объем.

8

Между коэффициентами линейного и объемного расширений существует определенная связь, которая расчетным и опытным путем была доказана и расчитана многими учеными и представляет собой следующее выражение

Отсюда видно, что коэффициент объемного расширения равен утроенному коэффициенту линейного расширения.

9

3. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА

При теплообмене энергия переходит от тела с большой температурой к телу с меньшей температурой. Любая температурная шкала должна удовлетворять этому свойству. Эпирические температурные шкалы основаны на косвенных измерениях, т.е. на измерениях параметров, монотонно зависящих от температуры. Газовая шкала температур опирается на уравнение состояния идеального газа V =  RT.

Термодинамическая, или абсолютная шкала температур определяется на основе второго начала термодинамики.

3.1 Виды теплообмена

Теплообмен осуществляется тремя различными способами. При теплообмене посредством теплопроводности перенос тепловой энергии происходит только путем взаимодействия частиц, находящихся в непосредственном соприкосновении друг с другом и имеющих различную температуру. Теплообмен путем теплопроводности в чистом виде имеет место толко в твердых телах.

Теплообмен посредством конвекции совершается путем перемещения материальных частиц и может иметь место только в жидкостях или газах. Если

причиной движения потоков жидкости или газа является неодинаковая плотность среды, вызванная разностью температур, то говорят о естественной конвекции. Движение потоков под действием внешних причин вызывает вынужденную конвекцию.

Третьим способом теплообмена является теплообмен посредством излучения.

Тепловое излучение представляет собой поток электромагнитных волн, излучаемых телом за счет его тепловой энергии и полностью или частично поглощаемых другими телами.

10

Теплопроводность. Распространение теплоты путем теплопроводности определяется законом Фурье q = —  grad , где q- тепловой поток, представляющий собой количество теплоты, переданной в единицу времени через единицу поверхности, grad  — градиент температуры;  — теплопроводность.

Теплопроводность зависит от природы и физического состояния вещества. В анизотропных телах она зависит, кроме того, от направления распространения теплоты. Лучшими проводниками теплоты являются металлы. Наименьшей теплопроводностью обладают газы. Для газов теплопроводность зависит не только от состава газа, но и от температуры и при большом разрежении – от давления.

Полный тепловой поток, создаваемый разностью температур, определяется формулой

q = G  = /R (1.14)

где G— тепловая проводимость среды; R — тепловое сопротивление среды.

Тепловая проводимость среды зависит от теплопроводности, определяемой по справочным данным из геометрических соотношений, и для расчета можно использовать аналогичные формулы электрической проводимости, заменив удельную проводимость теплопроводностью.

Конвекция. Полный тепловой поток в результате теплоотдачи определяется формулой Ньютона

qS, (1.15)

где  — коэффициент теплоотдачи, S — поверхность тела;  — разность температур окружающей среды и тела. Коэффициент тепоотдачи при

11

естественной и вынужденной конвекции рассчитывается на основании теорий теплового и геометрического подобий.

При искусственной конвекции при поперечном омывании цилиндра (рис. 1-а)

коэффициент теплоотдачи для газов выражается формулой:

 газ = c/d *(vd/)= c/d * Ren (1.16)

Где d — диаметр цилиндра; v- скорость движения газа;  — кинематическая вязкость, равная абсолютной вязкости, отнесенной к плотности вещества;  — теплопроводность газа; c и n являются функциями скорости газа и размеров цилиндра и определяются по предварительно рассчитанной величине, назывемой критерием Рейнольдса Re = vd/ из приведенных ниже таблиц

Re

c

N

5-80

0,93

0,40

80-5*103

0,715

0,46

5*103

0,226

0,60

, 0C

, 1*10-6

м2

,1*10-2

Вт/(мК)

0

13,70

2,33

20

15,70

2,56

100

23,78

3,02

500

80,40

5,46

При расчете коэффициента теплоотдачи для жидкости в формулу (1. 16) входит критерий Прандтля Pr:

12

жидк = с/d RenPr 0,4 (1.17)

Критерий Прандтля Pr = / зависит от кинематической вязкости  и температуропроводности , физический смысл которой состоит в том, что она

является мерой скорости выравнивания температур различных точек жидкости. Температуропроводность зависит от теплопроводности , плотности  и удельной теплоемкости вещества с и определяется формулой

 / (с ) (1.18)

Приведенные формулы для теплоотдачи цилиндра в поперечном потоке справедливы для случая, когда угол , составленный осью цилиндра и направленния потока и называемый углом атаки, равен 900. Зависимость коэффициента теплоотдачи от угла атаки представленна на (рис. 1-б).

В таблицах, приведенных выше содержатся основные параметры соответственно сухого воздуха при P=105 Па и воды, необходимые для расчета коэффициентов теплоотдачи. Температура, при которой определены параметры в таблицах 1-2 и 1-3,считается как среднеарифметическая температура тела и среды.

13

Тепловое излучение свойственно всем телам, и каждое из них непрерывно излучает и поглощает энергию. Разность между излучаемой и поглощаемой телом лучистой энергией отлична от нуля, если температура тел, участвующих во взаимном обмене лучистой энергией, различна. По закону Стефана-Больцмана полное количество энергии, излучаемое в единицу времени единицей поверхности, имеющей температуру , равно E0=04, где 0=5.7*10-8 Вт/(м24) – константа излучения абсолютно твердого тела.

В технических расчетах этот закон применяется в более удобной форме :

E0=C0(/100)4, где C0— коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела:

C0=5.7 Вт/(м24). Закон Стефана-Больцмана применим и к реальным серым телам,

Но их коэффициент лучеиспускания С рассчитывается с учетом относительной излучательной способности или степени черноты тела , т. е. С=С0.

Количество поглощаемой телом лучистой энергии также зависит от степени черноты тела и определяется формулой Е =  Еэф, где Еэф – извне падающее эффективное излучение окружающих тел. При выводе формул лучистого теплообмена между телами необходимо учитывать, кроме лучеиспускательной, поглощательной и отражательной способности тел, их размеры и направление излучений.

На практике обычно имеет место комбинация различных способов теплообмена, которые могут быть учтены приводимыми ниже формулами.

3.2 Физические параметры теплообмена

Общий закон сохранения энергии с учетом процесса теплообмена и внутренней энергии имеет вид:

 Е мех + U = Ае + Q (1.7)

14

т.е. изменение полной (механической + внутренней) энергии системы равно работе внешних сил и теплоте, полученной при теплообмене с внешними телами. Иногда закон сохранения энергии формулируют как невозможность создания вечного двигателя первого рода (который производил бы работу из ничего). Первым началом термодинамики называют обычно применение этого закона к термодинамической системе, механическая энергия которой не меняется. Кроме того, в термодинамике удобнее использовать работу системы против внешних сил: А = — Ае. Получаем

Q = U+ А (1.8)

подведенная к термодинамической системе теплота идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы против внешних сил.

Второе начало термодинамики позволяет вывести важное соотношение для внутренней энергии простой системы, которое не может быть получено в рамках первого начала:

U/V)T = T ( p/T) V — p (1.9)

таким образом, невозможен процесс, единственым результатом которого было бы совершение работы за счет теплоты, взятой у теплового резервуара при постоянной температуре. Эквивалентна этому заключению и формулировка Клаузиуса: невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача энергии от более холодного тела к более горячему.

Клаузиус вывел неравенств относящееся к любому замкнутому циклу. Если в замкнутом цикле система получает теплоты Q1 ……,QN от внешних резервуаров, имеющих температуры Те1, …….ТеN , то удовлетворяет неравенство

Тепловые явления. Молекулярная физика. Введение

Механическое движение. В VIII классе подробно изучалась механическая форма движения материи, т. е. перемещение в пространстве одних тел относительно других с течением времени. То, что все тела состоят из атомов или молекул, не принималось во внимание. Тела рассматривались как сплошные, лишенные внутренней структуры.

Исследование свойств тел не входит в задачу механики. Ее цель – определение положения тел в пространстве и их скоростей в любой момент времени в зависимости от сил взаимодействий между ними при заданных начальных положениях и скоростях тел.

Тепловое движение. Атомы и молекулы вещества, как вам известно из курса физики VII класса, совершают беспорядочное (хаотическое) движение, называемое тепловым движением. В разделе «Тепловые явления. Молекулярная физика» в IX классе мы будем изучать основные закономерности тепловой формы движения материи.

Движение молекул беспорядочно в связи с тем, что число их в телах, которые нас окружают, необозримо велико и молекулы взаимодействуют друг с другом. Понятие теплового движения не применимо к системам из нескольких молекул. Хаотическое движение огромного числа молекул качественно отличается от упорядоченного механического перемещения отдельных тел. Именно поэтому оно представляет собой особую форму движения материи, обладающую специфическими свойствами.

Тепловое движение обуславливает внутренние свойства тел, и его изучение позволяет понять многие физические процессы, протекающие в телах.

Макроскопические тела. В физике тела, состоящие из очень большого числа атомов или молекул, называют макроскопическими. Размеры макроскопических тел во много раз превышают размеры атомов. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень, земной шар – все это примеры макроскопических тел (рис. 1).

Мы будем рассматривать процессы в макроскопических телах.

Тепловые явления. Тепловое движение молекул зависит от температуры. Об этом говорилось в курсах физики VI и VII классов. Следовательно, изучая тепловое движение молекул, мы тем самым будем изучать явления, зависящие от температуры тел. При нагревании происходят переходы вещества из одного состояния в другое: твердые тела превращаются в жидкости, а жидкости – в газы. При охлаждении, наоборот, газы превращаются в жидкости, а жидкости – в твердые тела.

Эти и многие другие явления, обусловленные хаотическим движением атомов и молекул, называют тепловыми явлениями.

Значение тепловых явлений. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры воздуха на 20-30° C при смене времени года меняет все вокруг нас. С наступлением весны природа пробуждается, леса одеваются листвой, зеленеют луга. Зимой же богатые летние краски заменяются однообразным белым фоном, жизнь растений и многих насекомых замирает. При изменении температуры нашего тела всего лишь на один градус мы уже чувствуем недомогание.

Тепловые явления интересовали людей с древнейших времен. Люди добились относительной независимости от окружающих условий после того, как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных человеком.

Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Так, при нагревании или охлаждении изменяются размеры твердых тел и объем жидкостей. Значительно меняются также их механические свойства, например упругость. Кусок резиновой трубки не пострадает, если ударить по нему молотком. Но при охлаждении до температуры ниже –100° C резина становится хрупкой, как стекло. От легкого удара резиновая трубка разбивается на мелкие кусочки. Лишь после нагревания резина вновь обретет свои упругие свойства.

Все перечисленные выше и многие другие тепловые явления подчиняются определенным законам. Эти законы также точны и надежны, как и законы механики, но отличаются от них по содержанию и форме. Открытие законов, которым подчиняются тепловые явления, позволяет с максимальной пользой применять эти явления на практике, в технике. Современные тепловые двигатели, установки для сжижения газов, холодильные аппараты и другие устройства конструируют на основе знания этих законов.

Молекулярно-кинетическая теория. Теория, объясняющая тепловые явления в макроскопических телах и внутренние свойства этих тел на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных хаотически движущихся частиц, носит название молекулярно-кинетической теории. В теории ставится задача связать закономерности поведения отдельных молекул с величинами, характеризующими свойства макроскопических тел.

Еще философы древности догадывались о том, что теплота – это вид внутреннего движения частиц, слагающих тела. Большой вклад в развитие молекулярно-кинетической теории был сделан великим русским ученым М. В. Ломоносовым. Ломоносов рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он дал вполне правильное в общих чертах объяснение явлений плавления, испарения и теплопроводности. Им был сделан вывод о существовании «наибольшей или последней степени холода», когда движение частичек вещества прекращается.

Ломоносов Михаил Васильевич (1711 – 1765) – великий русский ученый, энциклопедист, поэт и общественный деятель, основатель Московского университета, носящего его имя. Пушкин назвал М. В. Ломоносова «первым русским университетом». М. В. Ломоносову принадлежат выдающиеся труды по физике, химии, горному делу и металлургии. Он развил молекулярно-кинетическую теорию тепла, в его работах предвосхищены законы сохранения массы и энергии. М. В. Ломоносов создал фундаментальные труды по истории русского народа, он является основоположником современной русской грамматики.

Однако трудности построения молекулярно-кинетической теории привели к тому, что окончательную победу она одержала лишь в начале XX в. Дело в том, что число молекул в макроскопических телах огромно и проследить за движением каждой молекулы невозможно. Необходимо научиться на основе законов движения отдельных молекул находить тот средний результат, к которому приводит их совокупное движение. Именно этот средний результат движения всех молекул определяет тепловые явления в макроскопических телах.

Термодинамика. Вещество обладает многими свойствами, которые можно изучать, не углубляясь в его строение. Тепловые явления можно описывать с помощью величин, регистрируемых такими приборами, как манометр и термометр, которые не реагируют на воздействие отдельных молекул.

В середине XIX в. после открытия закона сохранения энергии была построена первая научная теория тепловых процессов – термодинамика. Термодинамика – это теория тепловых явлений, в которой не учитывается молекулярное строение тел. Она возникла при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы задолго до того, как молекулярно-кинетическая теория получила всеобщее признание.

Термодинамика и статистическая механика. В настоящее время в науке и в технике используют как термодинамику, так и молекулярно-кинетическую теорию, называемую также статистической механикой. Эти теории взаимно дополняют друг друга.

Все содержание термодинамики заключается в нескольких утверждениях, называемых законами термодинамики. Эти законы установлены опытным путем. Они справедливы для всех веществ, независимо от их внутреннего строения. Статистическая механика – более глубокая, но зато и более сложная теория тепловых явлений. С ее помощью можно обосновать теоретически все законы термодинамики.

Вначале мы остановимся на основных положениях молекулярно-кинетической теории, известных нам частично из курса физики VI и VII классов. Затем познакомимся с количественной молекулярно-кинетической теорией простейшей системы – газа сравнительно небольшой плотности.

Тепловые явления. Обобщение 8 класс

Обобщающий урок по физике на тему: « Тепловые явления»

Цель урока: обобщить, систематизировать знания по теме «Тепловые явления», совершенствовать навыки решения задач различного типа, расширить кругозор учащихся через различные формы учебных взаимодействий.

Задачи урока:

Образовательная: получение взаимосвязи между параметрами, характеризующими тепловые процессы

Развивающая: формирование и развитие внимания, мышления и умения анализировать полученную информацию, видеть проявление изученных закономерностей в быту и технике.

Воспитательная: организация коммуникативного взаимодействия для приобретения обучающимися навыков самоорганизации, работы в группе, уважения мнения участников процесса обучения, проявления инициативы.

Тип урока: повторение и обобщение знаний.

Методы обучения: индивидуальные практические задания, словестный, наглядный, частично — поисковый.

Формы работы обучающихся: самостоятельная работа, работа с текстом, работа с формулами.

Необходимое техническое оборудование: урок проводится в кабинете, оснащенном компьютером, мультимедийным проектором, ноутбуком.

Методическое сопровождение урока

План проведения урока:

1. Орг. Момент

2. Основная часть.

  • Просмотр видеофрагмента

  • Назови обозначение физических величин.

  • Вспомни формулы.

  • Решить задачу:

  • Рассказ, содержащий физические ошибки.

3. Подведение итогов работы.

Ход урока:

  1. Просмотр видеофрагмента (Какие физические явления вы наблюдали в продемонстрированном фрагменте? (Предположительные ответы обучающихся: нагревание, охлаждение, плавление, замерзание, кристаллизация, температура и т.д.).

  1. Назови обозначение физических величин.

А) Q

2 )начальная температура тела (вещества)

Б) λ

3) удельная теплота плавления

В) c

4) изменение температуры тела (вещества)

Г) m

5) удельная теплота сгорания топлива

Д) q

6) удельная теплоемкость

Е) t2

7) масса

Ж) Δt

8) конечная температура тела (вещества

З) L

9) количество теплоты

И) t1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

З

И

Б

Ж

Д

В

Г

Е

А

  1. Вспомни формулы.

кипение

конденсация

нагревание

отвердевание

охлаждение

плавление

сгорание

  1. Решить задачу:

Какое количество теплоты необходимо сообщить воде массой 20 кг, взятой при температуре 10 С, чтобы довести её до температуры кипения и полностью испарить. ( С = 4 200 Дж/ кг* С, L = 2 260 000 Дж/кг )

Решение:

Дано:

mл=20 кг

t1=100С

t2=1000C

L=2260000

св=4200

Qобщ-?

Решение:

Qнагр= cm(t2 –t1) количество теплоты, полученное при нагревании воды

Qисп=Lm – количество теплоты, полученное при испарении

Qисп=2260000 ˑ20 кг =45 200 000 Дж

Qнагр=4200 * 20 кг (100-10)=7 560 000 Дж

Qобщ = Qнагр + Qисп

Qобщ = 45 200 000+ 7 560 000 = 52 760 000 Дж

Ответ: 52 760 000 Дж

  1. Рассказ, содержащий физические ошибки.

В яркий солнечный день ребята отправились в поход. Чтобы было не так жарко, ребята оделись в темные костюмы. С начала дорога шла по песчаному берегу реки. Песок был сухим и чистым. Идти было легко. Дальше путешественники свернули на луг и пришлось сбавить шаг.

На ночлег расположились на берегу реки. К вечеру стало свежо, но после купания стало теплее. На дне реки лежал большой камень, трое ребят с трудом подняли его в воде, зато легко выбросили на берег. Над костром подвесили два чайника: темный и светлый. В светлом чайнике вода закипела быстрее. Ребята налили себе горячий чай в железные кружки и с удовольствием пили его не обжигаясь.

Было очень здорово!!!

Используя слайд, найти физические ошибки и исправить их, объяснив физическую сущность процессов.

Домашнее Задание: повторить параграф 12-20.

Доклад: 1) паровой двигатель; 2)Двигатель внутреннего сгорания; 3) Двигатель внешнего сгорания.

«Разминка».

Учащиеся отвечают на вопросы в порядке очерёдности.

  1. Способ передачи тепла при помощи инфракрасных лучей.

  2. Способ изменения внутренней энергии тела без совершения механической работы.

  3. Какой металл расплавится в ладони?

  4. Какую наибольшую температуру можно измерить спиртовым термометром?

  5. Останется ли свинцовая проволока в твердом состоянии, если её опустить в расплавленный цинк?

  6. На вершине горы высотой 4000 м вода закипает при температуре 86°С. Как это объяснить?

  7. Докажите, что твердое тело тоже может испаряться.

  8. Почему после стирки белье сушат в развернутом виде?

конкурс (отвечают все).

Скажите, согласны ли вы со следующими утверждениями (да /нет):

  1. Испарением называют переход молекул из жидкости в пар.

  2. Испарение происходит при температуре кипения.

  3. Если нет притока энергии к жидкости извне, то ее температура при испарении понижается.

  4. Вода, пролитая на пол, испаряется значительно медленнее, чем то же количество воды в стакане.

  5. Чем выше температура жидкости, тем испарение происходит медленнее.

  6. Конденсацией называется процесс перехода молекул из пара в жидкость.

  7. Конденсация пара сопровождается выделением энергии.

Тепловые явления – конспект урока – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Цель урока: развитие и углубление интеллектуальных способностей учащихся по физике во внеурочное время.


Для учащихся 8-х классов.


Цель: развития и углубления интеллектуальных способностей учащихся по физике во внеурочное время


Задачи:

  • помочь школьникам неординарно мыслить, анализировать, решать нестандартные задачи.
  • научить отстаивать свою точку зрения, корректно оппонировать, проявлять свою индивидуальность, работая на команду, развивает в них внимательность, гибкость ума, следствием чего является высокая жизненная активность.
  • психологически подготовить к экзамену, олимпиадным работам, конференциям.


Оборудование: Столы и стулья для участников и членов жюри, сигнальные карточки, прибор «Кейс-знаний» (4+1 шт.), листы для решения задач и карточки с заданиями, для опытов: шарики воздушные, вода, свеча, иголка, машинка игрушечная, соломинка.


Этапы:

  1. Решение задач
  2. Брейн-ринг
  3. «Кейс-знаний» турнир для капитанов
  4. Занимательный опыт
  5. Поведение итогов

Правила и ход игры


Бой проходит в четыре тура.

Первый тур


Каждой команде даётся одно и тоже задание, включающее две задачи. Получив задание, команды за своими столами в течение 15-20 минут решают задачи либо индивидуально, либо коллективно. Причём дети стараются найти несколько решений к одной задаче.

Задача №1


Самое крупное животное в зоопарке – слониха Марта. Ее масса достигает 6 тонн, особенно после завтрака. Определите вес Марты после завтрака и сравните его с весом позавтракавшего без всякого аппетита самого мелкого существа в зоопарке попугая Жорика, масса которого 150 г.

Задача №2


Латунная гиря массой 1 кг, нагретая до 100С, положена в ледяной калориметр. Сколько граммов льда растает в этом калориметре, если температура гири понизится до 0С?

Второй тур – «Брейн-ринг»


Ведущий чётко и довольно быстро читает заготовленные вопросы. Та команда, поднявшая сигнальную карточку первой после слова «время» получает возможность ответить. В случае неверного или не полного ответа, возможность передаётся другим командам.

Вопросы для тура:
  1. Назовите состояние вещества, при котором молекулы движутся беспорядочно с большими скоростями.
  2. Выступающий в жару пот охлаждает тело. Почему?
  3. Назовите явление сохранения скорости тела при отсутствии действия на него других тел.
  4. Сидя в поезде, мы движемся относительно телеграфного столба, в каком состоянии мы находимся?
  5. Как называется линия, по которой движется тело?
  6. Благодаря какому явлению маленькая крупинка краски может изменить цвет большого количества воды?
  7. Почему вечером после жаркого дня появляется роса?
  8. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
  9. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
  10. Можно ли в алюминиевом сосуде расплавить цинк?
  11. Почему выражение «шуба греет» не верно? Почему подвал самое холодное место в доме?
  12. Почему форточки для проветривания комнат помещают в верхней части окна, а не у пола?
  13. Будет ли плавиться свинец, если его бросить в расплавленное олово?
  14. Почему для измерения температуры наружного воздуха в холодных районах страны применяют термометры со спиртом, а не ртутью?
  15. Почему горячий чай остывает быстрее, когда на него дуют?
  16. Назовите вещество, которое все видели в трех агрегатных состояниях.
  17. Почему в сухом воздухе переносить жару легче, чем во влажном?
  18. В какую погоду скорее просыхают лужи от дождя?
  19. Какие неудобства представляет собой чайник с коротким носиком и почему?
  20. Сидевшая на ветке птичка вспорхнула и улетела. Куда в этот момент и почему отклонилась ветка?

Третий тур – «Кейс-знаний»


Турнир для капитанов. Капитаном необходимо, как можно быстрее и правильнее продемонстрировать знание формул из раздела «Тепловые явления». Прибор, на котором участники показывают данное знание, так и называется «Кейс-знаний» (разработан учениками школы, в случаи правильного ответа загорается лампочка).



Формульный опрос:

  • Как найти количество теплоты для нагревания тела?
  • Как найти количество теплоты, выделяемое, при сгорания тела?
  • Как найти удельную теплоёмкость?
  • Как найти количество теплоты для плавления тела?
  • Как найти количество теплоты для превращения жидкости в пар?


Четвёртый тур – занимательные опыты


В процессе проведённых экспериментов учеником– помощником командам необходимо ответить на вопрос: почему так происходит?



Опыт №1. «Почему при прокалывании воздушного шарика иголкой он не лопается?»


Опыт № 2. «Благодаря какому явлению, машинка движется?»


Опыт № 3. «Почему, нагреваемый над   свечой воздушный шар не лопается?»

Пятый тур – поведение итогов


Жюри является верховным толкователем правил боя, оценивает правильность решения задачи, оригинальность, способ решения, качество вопросов, заданных оппонентом докладчику, распределяет баллы, заполняет таблицу результатов. Если одна из команд не согласна с решением жюри по задаче, она имеет право немедленно потребовать перерыв на несколько минут для разбора ситуации.


Жюри может оштрафовать команду за шум, некорректное поведение, неуважение к сопернику. Каждый правильный ответ приравнивается к 1 баллу. За каждую задачу можно получить по 5 баллов, в случае полного решения, оформления по требованиям и присутствия нескольких вариантов решений.


По ходу боя результаты заносятся в таблицу:







Команда-название


     


     


     


     


Решение задач


 


 


 


 


Брейн-ринг


 


 


 


 


«Кейс знаний» -конкурс капитанов


 


 


 


 


Занимательный опыт


 


 


 


 



Выигравшей считается команда, набравшая большую сумму баллов сего физмат боя.  Так жюри вправе определить самого активного и результативного игрока, среди всех команд.


Тепловые явления — обзор

§64. Природа необратимости

Все тепловые явления в конечном итоге сводятся к механическому движению атомов и молекул в теле. Поэтому необратимость тепловых процессов, на первый взгляд, противоречит обратимости всех механических движений. На самом деле это противоречие только кажущееся.

Предположим, что одно тело скользит по другому телу. Из-за трения это движение будет постепенно замедляться, и система наконец достигнет состояния теплового равновесия; тогда движение прекратится.В этом процессе кинетическая энергия движущегося тела преобразуется в тепло, то есть кинетическая энергия случайного движения молекул в обоих телах. Это преобразование энергии в тепло, очевидно, может быть осуществлено бесконечным числом способов: кинетическая энергия движения тела в целом может быть распределена между огромным числом молекул огромным числом способов. Другими словами, состояние равновесия, в котором нет макроскопического движения, может возникать гораздо большим числом способов, чем состояние, в котором значительное количество энергии сосредоточено в форме кинетической энергии упорядоченного движения тела как целое.

Таким образом, переход из состояния неравновесия в состояние равновесия — это переход от состояния, которое может происходить небольшим числом способов, к состоянию, которое может происходить гораздо большим числом способов. Ясно, что наиболее вероятным состоянием тела (или системы тел) является то, которое может произойти самым большим числом способов, и это будет состояние теплового равновесия. Таким образом, если система, предоставленная самой себе (т. Е. Замкнутая система), не находится в состоянии равновесия, то ее последующее поведение почти наверняка будет заключаться в переходе в состояние, которое может произойти очень большим количеством способов, т.е.е. приблизиться к равновесию.

С другой стороны, когда закрытая система достигла состояния равновесия, маловероятно, что она выйдет из этого состояния спонтанно.

Таким образом, необратимость тепловых процессов равна вероятностной . Самопроизвольный переход тела из состояния равновесия в состояние неравновесия, строго говоря, не невозможен, но только гораздо менее вероятен, чем переход тела из неравновесного состояния в состояние равновесия. Необратимость тепловых процессов в конечном итоге обусловлена ​​очень большим количеством молекул, из которых состоят тела.

О маловероятности самопроизвольного выхода тела из состояния равновесия можно судить, рассматривая расширение газа в вакуум. Пусть изначально газ находится в одной половине сосуда, разделенной перегородкой на две равные части. Когда в перегородке делается отверстие, газ равномерно распространяется по обеим частям емкости. Противоположный перенос газа в одну половину сосуда никогда не произойдет без внешнего вмешательства. Причину этого легко увидеть, выполнив несложный расчет.Каждая молекула газа в своем движении в среднем проводит одинаковое время в каждой части сосуда; мы можем сказать, что вероятность найти его в любой половине сосуда равна 12. Если газ можно считать идеальным, его молекулы движутся независимо. Вероятность нахождения двух данных молекул в одной половине сосуда одновременно составляет 12ċ12 = 14; вероятность нахождения всех N молекул газа в одной половине сосуда составляет 2 N . Например, при относительно небольшом количестве газа, содержащем, скажем, 10 20 молекул, эта вероятность определяется фантастически малым числом 2 −1020 ≈ 10 −3 × 1019 .Другими словами, это явление можно было бы наблюдать примерно один раз за раз, представленное числом 10 3 × 1019 — независимо от того, не имеют значения секунды или годы, поскольку секунда, год и время существования Земли равнозначны. мала по сравнению с этим огромным промежутком времени.

Аналогично небольшое число (10 −3 × 1010 ) может быть показано для представления вероятности того, что один эрг тепла перейдет от тела при 0 ° C к другому телу при 1 ° C.

Из этих примеров ясно, что возможность любого заметного самопроизвольного обращения теплового процесса является, по сути, чистой абстракцией: ее вероятность настолько мала, что на практике необратимость тепловых процессов может считаться совершенно верной.

Вероятностный характер необратимости проявляется, однако, в том факте, что в Природе все же есть спонтанные отклонения от равновесия, хотя они очень малы и кратковременны; они называются колебаниями . Например, из-за флуктуаций плотность и температура в различных небольших областях тела в состоянии равновесия не совсем постоянны, но претерпевают некоторые очень незначительные изменения. Например, температура 1 миллиграмма воды в равновесии при комнатной температуре будет изменяться на величину порядка 10 -8 градусов.Есть также явления, в которых колебания играют важную роль.

1: Применение моделей к тепловым явлениям

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF

Без заголовков

В этой главе мы представляем модель энергетического взаимодействия , которая является основной темой курса . Мы применим эту модель вместе с трехфазной моделью чистых веществ , чтобы понять различные физические явления. Мы проанализируем чистые вещества, претерпевающие температурные и фазовые превращения, а также химические реакции.

  • 1.1: Куда мы направляемся?
    Модель взаимодействия энергии говорит нам, что такое энергия, как она сохраняется и как передается. Мы увидим, что, применяя модель энергетического взаимодействия к, казалось бы, очень странным тепловым явлениям, мы можем разобраться в них, мы можем объяснить, что происходит, и мы сможем ответить на всевозможные вопросы о явлениях.В этой главе мы применим модель энергетического взаимодействия к веществам, претерпевающим изменения температуры или фазовые изменения, а также к нескольким химическим реакциям.
  • 1.2: Трехфазная модель чистых веществ
    Мы начинаем наш анализ энергии с изучения того, какую роль она играет в трех фазах материи: твердых телах, жидкостях и газах. Сначала мы дадим краткий обзор трех фаз материи и объясним, какие свойства вещества меняются, когда энергия добавляется или удаляется из вещества.В частности, мы графически изобразим, как изменяется температура вещества, когда энергия добавляется или удаляется из вещества.
  • 1.3: Модель энергетического взаимодействия
    Научное значение энергии довольно сложно передать в двух предложениях. Для этого есть веская причина: энергия — это абстрактное понятие, над которым ученым потребовалось много времени. Хотя концепция энергии действительно универсальна в том смысле, что изменения энергии связаны почти со всеми явлениями и процессами, энергия не связана с каким-то одним свойством материи.
  • 1.4: Работа с моделью энергетического взаимодействия
    Некоторые примеры представлены с использованием модели энергетического взаимодействия и трехфазной модели чистых веществ для объяснения поведения чистого вещества и химических реакций. Инструмент, называемый диаграммами взаимодействия энергии, используется в качестве полезного руководства по применению этих моделей.
  • 1.5: Единицы измерения, таблицы данных и уравнения
    Этот раздел является хорошей ссылкой для полезных единиц этого курса, таблицы температур плавления и кипения, теплоты плавления и испарения, а также удельной теплоты для многих веществ , а также список уравнений для различных типов энергий.
  • 1.6: Взгляд в будущее
    Давайте поразмышляем над тем, что мы сделали на этом курсе до этого момента. Наше внимание было сосредоточено на разработке энергетической модели, которую мы назвали моделью энергетического взаимодействия, и на понимании того, как применить ее к некоторым конкретным тепловым явлениям. Мы использовали эту модель, чтобы начать понимать некоторые из более общих тепловых свойств материи. Мы продолжим развивать модель энергетического взаимодействия по мере ее применения к новым видам явлений в главе 2.

(PDF) ФИЗИКА ТЕПЛОВЫХ ЯВЛЕНИЙ — Введение в теплофизику

Термодинамика — это наука, которая имеет дело с теплом, работой и свойствами
веществ, имеющих отношение к теплу и работе. Как и все науки,
Основа термодинамики — экспериментальное наблюдение. Термодинамический
результаты были формализованы в некоторые основные законы, известные как
первый, второй и третий закон термодинамики. Помимо этих законов,
Нулевой закон термодинамики, который в логическом развитии
термодинамика предшествует первому закону.Таким образом
термодинамика — это наука о тепле и температуре и, в частности,
законы, регулирующие преобразование тепловой энергии в механическую, электрическую,
или другие формы энергии. Следовательно, это центральная отрасль науки, которая
важные приложения в химии, физике, биологии и технике.
Что делает термодинамику таким мощным инструментом?
Это вполне логичная дисциплина, которую можно применять без каких-либо
сложные математические методы. Его огромная практическая ценность заключается в
тот факт, что он систематизирует информацию, полученную в результате экспериментов
выполняется на системах и позволяет нам делать выводы без дальнейшего
экспериментируя с другими аспектами тех же систем и примерно аналогичных
аспекты других систем.Это позволяет нам предсказать, будет ли определенная реакция
будет продолжаться и его максимальная доходность. Термодинамика — это макроскопическая
наука, занимающаяся такими свойствами, как давление, температура, химические
потенциал и объем. В отличие от квантовой механики, термодинамика не
основана на конкретной молекулярной модели и поэтому неожиданно для наших
изменение представлений об атомах и молекулах. Действительно, основные основы
термодинамика была заложена задолго до того, как появились подробные атомные теории.
имеется в наличии. С отрицательной стороны, уравнения, полученные из законов
термодинамика не дает нам молекулярной интерпретации
сложные явления.Хотя термодинамика помогает нам предсказать
направление и степень химических реакций, это ничего не говорит нам о скорости
процесса, который скорее рассматривается химической кинетикой. Эта книга вводит Нулевой, Первый, Второй и Третий законы термодинамики и
обсуждает некоторые примеры термохимии.
Это введение в основы теплофизики, предназначенное для
бакалавриат и начинающие с дипломом. Теплофизика берет свое начало
лауреату Нобелевской премии Мюррею Гелл-Энну, открывшему кварк и
широко известно, что в любом начинании нет ничего интересного, кроме как
физика частиц.Интересно, что позже он изучает сложность — область, которая
в основном возникла из конденсированного состояния. Темы могут сильно отличаться от
что считается важным в термодинамике, в то время как некоторые из ее описаний
и объяснения, приведенные здесь, могут быть краткими, но они предназначены для хорошего
цель.

IV. Использование основных идей о тепловых явлениях для объяснения интригующего явления — Исследование физических явлений

Раздел 2: Изучение природы тепловых явлений

Один из аспектов природы науки — это использование центральных идей, основанных на доказательствах, при разработке объяснений интригующих явлений.Основная идея о том, что материалы различаются по свойству теплопроводности, может объяснить, почему одни материалы кажутся более холодными, чем другие, даже если они имеют одинаковую температуру.

A. Применение свойства теплопроводности в повседневной жизни

Вопрос 2.5 Почему металлические ножки стула кажутся более прохладными, чем его пластиковое сиденье?

  • Используйте центральное представление о теплопроводности, чтобы объяснить это наблюдение.
  • Также попросите друга или члена семьи узнать о таких тепловых явлениях.

Заполните свои ответы, прежде чем читать образец студенческой работы.

1. Пример студенческой работы, объясняющей интересное тепловое явление

Обсудив разницу между жарой и температурой, студент написал:

Приведенные выше идеи могут помочь объяснить, почему металлические части стула кажутся более холодными, чем пластиковое сиденье, даже если обе части стула находились в одной комнате в течение одинакового времени. Важно помнить, что температура металлической и пластиковой частей одинакова, независимо от того, как они себя чувствуют.Металлическая часть стула является проводником, поэтому тепло от нашего тела быстро передается на металл, оставляя ощущение холода в руке. Однако пластик не такой проводящий; тепло от нашего тела дольше передается пластику, поэтому рука становится теплее.

Я пригласил своего друга исследовать тепловые явления вместе со мной. Я заставил своего друга подумать о разнице между жарой и температурой, адаптировав занятия, которые мы выполняли в классе, с материалами, которые у меня были в моем доме.Я дал ей металлическую лопатку, деревянную ложку и чашку из пенополистирола. Я попросил ее пощупать каждый из объектов, отсортировать эти материалы по температуре и приблизительно оценить температуру каждого объекта. Она, как и многие из нас в классе, дала четкую оценку и предположила, что температура каждого объекта резко различается.

Затем я объяснил, поскольку у меня не было термометра, чтобы доказать это, что все материалы имели одинаковую температуру.Она озадаченно посмотрела на меня и прямо спросила, почему они так сильно отличаются друг от друга. Я объяснил ей, как было сказано выше, что материалы действуют как проводники, одни лучше, чем другие, и что скорость передачи тепла определяет то, что мы чувствуем.

Затем она сказала мне, что уже знала об этом раньше, но она не прижилась. Надеюсь, так и будет.

Студент-физик, весна 2016

Это типичный отчет, в котором друг или член семьи ранжирует предметы по тому, насколько они горячие или холодные, выражает удивление, когда им показывают или говорят, что предметы имеют одинаковую температуру, признает объяснение, что все они имеют комнатную температуру, но различаются тем, насколько хорошо они проводят энергию по всему материалу, и отмечает недостаток усвоения знаний, имевший место ранее.

Примечания к редакции

по тепловым явлениям | askIITians

(a) Вес тела остается неизменным при нагревании или охлаждении.

(b) Тепловые потоки от более высокой температуры к более низкой

(c) При любом теплообмене тепло, теряемое горячим телом, равно теплу, полученному холодным телом.

(d) Вещества обычно расширяются при нагревании

(e) Определенное количество тепла, известное как скрытая теплота, требуется для изменения состояния тела с твердого на жидкое или с жидкого на газ без каких-либо изменений температуры.

  • Тепловая энергия: — В соответствии с динамической теорией тепла сумма поступательной, колебательной и вращательной энергий молекул системы называется тепловой энергией системы.

  • Тепловая единица: —

(a) Калорийность (кал.): — Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1ºC.

(b) Килокалория (ккал): — это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 килограмма воды на 1ºC.

? В нем говорится, что две системы ( A, и B ), которые по отдельности находятся в равновесии с третьей системой (C), также должны быть в равновесии друг с другом.

(a) Закон Чарля: — V t = V 0 (1+ t /273)

(b) Закон Гей-Люссака: — P t = P 0 (1+ t /273)

(c) Абсолютный ноль температуры определяется как температура, при которой газ имеет нулевой объем и оказывает нулевое давление.Это та температура, при которой движение молекул прекращается.

(d) C ∝√ T , C = √ [ c 1 2 + c 2 2 + ……. + c n 2 ] / n

Градус Цельсия в точности равен абсолютному градусу Кельвина.

C /100 = ( K -273) / 100 = ( F -32) / 180 = R e /80 = ( R α -492) / 180

Здесь C , K , F , R e и R α , соответственно, температуры одинаковы как по шкале Цельсия, так и по шкале Кельвина, Фаренгейта, Реумера и Ранкина соответственно.

Когда расширение из-за нагрева происходит только в одном направлении, расширение называется одномерным и линейным.

  • Коэффициент линейного расширения ( α ): — Коэффициент линейного расширения материала стержня определяется как изменение длины на единицу длины при 0 º C на один градус повышения температуры по Цельсию.

α = л т л 0 / л 0 т

  • Расширение в двух измерениях (Поверхностное расширение): —

? Когда тепловое расширение тела ограничено плоскостью, это должно быть двухмерное расширение или поверхностное расширение.

β = S т S 0 / S 0 т

  • Расширение в трех измерениях (кубическое расширение / объемное расширение): — Когда тепловое расширение тела происходит в пространстве, это называется трехмерным расширением или кубическим расширением.
  • Коэффициент кубического расширения ( γ ): — Коэффициент кубического расширения определяется как изменение объема на единицу объема при 0ºC на один градус повышения температуры по Цельсию.

γ = V т V 0 / V 0 т

(a) Соотношение между α и β : —

β = 2α

(б) Соотношение между α и γ : —

γ = 3 α

(c) Связь между β и γ : —

γ = 3/2 β

(г) α : β : γ = 1: 2: 3

(a) Коэффициент кажущегося расширения ( γ a ): — Коэффициент кажущегося расширения жидкости определяется как видимое (или наблюдаемое) увеличение объема на единицу объема жидкости при 0 ° C на градус Цельсия повышение температуры.

γ a = очевидное увеличение объема / (исходный объем при 0ºC) × (повышение температуры)

(b) Коэффициент реального расширения ( γ r ): — Коэффициент реального расширения жидкости определяется как реальное увеличение объема на единицу объема жидкости при 0ºC на градус повышения температуры по Цельсию. температура.

γ a = реальное увеличение объема / (исходный объем при 0ºC) × (повышение температуры)

Всякий раз, когда тепло сохраняется в работу или работа в тепло, количество энергии, исчезающей в одной форме, эквивалентно количеству энергии, появляющейся в порядке.

W H или W = JH

Механический эквивалент тепла в размере

Джоуля определяется как количество работы, необходимое для производства единицы количества тепла.

Дж = Вт / В

Значение Дж : — Дж = 4,2 × 10 7 эрг кал -1 = 4,2 Дж кал -1

Удельная теплоемкость материала определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы массы материала на 1ºC.

c = Q / м Δ T

Единица: — ккал кг -1 K -1 или Дж кг -1 K -1

Размер: — M 0 L 2 T -2 K -1

? Молярная удельная теплоемкость вещества определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одной граммовой молекулы вещества на один градус Цельсия.

(а) C = Mc (Здесь M — молекулярная масса вещества)

(б) C = 1/ n ( dQ / dT )

Определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры тела на 1ºC.

Q = мк Δ T

Если Δ T = 1 ° C, Q = теплоемкость = м3

Единица: — ккал K -1 или JK -1

Водный эквивалент тела определяется как масса воды, которая нагревается в определенном диапазоне температур за счет количества тепла, необходимого для повышения температуры тела в том же диапазоне температур.

Вт = мк

Водный эквивалент тела равен произведению его массы на его удельную теплоемкость.

(a) Удельная скрытая теплота плавления (L f ): —

Удельная скрытая теплота плавления вещества определяется как количество тепла, необходимое для преобразования 1 грамма вещества из твердого в жидкое состояние при температуре плавления без какого-либо изменения температуры.

(b) Удельная скрытая теплота парообразования (L v ): —

Удельная скрытая теплота испарения вещества определяется как количество тепла, необходимое для превращения 1 грамма жидкости в пары при температуре кипения без какого-либо повышения температуры.

Размерная формула: — M 0 L 2 T -2

Единица: — кг кал. Кг -1 или Дж кг -1

  • Тройная точка воды = 273,16 К

  • Абсолютный ноль = 0 K = -273,15ºC

  • Для газового термометра: T = (273,15) P / P тройной (Кельвин)

  • Для термометра сопротивления: R e = R 0 [1+ αθ ]

С.№

Физическое количество

Символ

Размеры

Шт.

SI

CGS

1.

Тепло

квартал

[ML 2 T –2 ]

Джоуль

калорий

2.

Удельная теплоемкость

с

[L 2 T –2 q –1 ]

Дж / кг K

кал / г C °

3.

Molar sp. тепло

С

[ML 2 T –2 q –1 м –1 ]

Дж / моль K

кал / моль C °

4.

Скрытое тепло

л

[L 2 T –2 ]

Дж / кг

кал / г

5.

Тепловая мощность

Tc

[ML 2 T –2 q –1 ]

Дж / К

кал / C °

6.

Водный эквивалент

Вт

[M]

кг

г

Ученики используют термин «температура» реже, чем «тепло», когда говорят о тепловых явлениях.

Ученики используют термин «температура» реже, чем «тепло», когда говорят о тепловых явлениях

Энергия и теплофизика

Заблуждение

К 8-9 годам у многих возникла идея, что температура связана с уровнями или градусами тепла, и они знают, что для ее измерения используется термометр.

ресурсов для решения этой проблемы

  • Разогрев (11-14)

    Ссылка — SPT En05 PN01

    Все эти три аспекта разминки связаны и происходят вместе.

    • Температура обогреваемого объекта повышается.
    • Связанный тепловой накопитель энергии немного восполняется.
    • Больше энергии распределяется между частицами в нагреваемом объекте, и они больше двигаются.

    Просмотр ресурса

Список литературы

  • Thomas, M. F .; Malaquias, I.M .; Валенте, М. К. и Антунес, М. Дж.
    () Попытка преодолеть альтернативные концепции, связанные с теплом и температурой.
    Физическое образование,
    30
    (1)

    19-26.

    Обзорный лист

  • М. Луиза, Ф. К. С. Вейга, Д. Дж. В. Коста Перейра и Р. Маскилл
    () Язык учителей и идеи учеников на уроках естествознания: могут ли учителя избежать закрепления неправильных идей?
    Международный журнал естественнонаучного образования,
    11
    (4)

    465-479.

    Обзорный лист

  • Пайк, С.Х., Чо, Б. К. и Го Ю. М.
    () Представления корейских студентов от 4 до 11 лет о жаре и температуре.
    Журнал исследований в области преподавания естественных наук,
    44 год
    (2)
    Опубликовано в Интернете в Wiley Interscience (www.interscience.wiley.com),

    284–302.

    Обзорный лист

Объяснения тепловых явлений учащимися, как правило, сосредотачиваются на свойствах и поведении объектов, а не на размышлениях о системе задействованных объектов и их взаимодействиях | IOPSpark

Объяснения тепловых явлений учащимися, как правило, сосредоточены на свойствах и поведении объектов, а не на размышлениях о системе задействованных объектов и их взаимодействиях

Энергетика и теплофизика

Заблуждение

  • Проводимость, конвекция и излучение (11-16)

    Ref — Практическая физика; Энергия; Термоперенос; Кондукция, конвекция и излучение

    Это упражнение объединяет идеи о теплопередаче.

    Просмотр ресурса

Список литературы

Следующие рабочие листы могут помочь определить, придерживаются ли учащиеся этого конкретного заблуждения.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Йоркского университета BEST.

  • Чу, H; Treagust, D. F .; Йео, С. и Задник, М. () Оценка понимания студентами термических концепций в повседневных контекстах, Международный журнал естественнонаучного образования, 34, (10)

    1509-1534.

    Контрольный лист

  • Геургиу, Х. и Шарма, доктор медицины () Понимание студентами университетов теплофизики в повседневной жизни, Международный журнал естественных наук и математического образования, 10,

    1119-1142.

    Контрольный лист

  • Томас, П.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.