Quantità di calore. Unità di quantità di calore

In questa lezione impareremo come calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare un corpo o rilasciarlo quando si raffredda. Per fare ciò, riassumeremo le conoscenze acquisite nelle lezioni precedenti.

Inoltre, impareremo come utilizzare la formula per la quantità di calore per esprimere le quantità rimanenti da questa formula e calcolarle, conoscendo altre quantità. Verrà anche preso in considerazione un esempio di problema con una soluzione per il calcolo della quantità di calore.

Questa lezione è dedicata al calcolo della quantità di calore quando un corpo viene riscaldato o rilasciato da esso quando viene raffreddato.

La capacità di calcolare la quantità di calore richiesta è molto importante. Ciò può essere necessario, ad esempio, per calcolare la quantità di calore che deve essere conferita all'acqua per riscaldare una stanza.

Riso. 1. La quantità di calore che deve essere comunicata all'acqua per riscaldare la stanza

Oppure per calcolare la quantità di calore che viene rilasciata quando il carburante viene bruciato in vari motori:

Riso. 2. La quantità di calore rilasciata quando il carburante viene bruciato nel motore

Inoltre, questa conoscenza è necessaria, ad esempio, per determinare la quantità di calore che viene rilasciata dal Sole e colpisce la Terra:

Riso. 3. La quantità di calore rilasciata dal Sole e che cade sulla Terra

Per calcolare la quantità di calore, devi sapere tre cose (Fig. 4):

• peso corporeo (che di solito può essere misurato con una bilancia);
• la differenza di temperatura per la quale è necessario riscaldare o raffreddare il corpo (solitamente misurata con un termometro);
• capacità termica specifica del corpo (che può essere determinata dalla tabella).

Riso. 4. Cosa devi sapere per determinare

La formula per calcolare la quantità di calore è la seguente:

Questa formula contiene le seguenti quantità:

La quantità di calore, misurata in joule (J);

La capacità termica specifica di una sostanza, misurata in;

- differenza di temperatura, misurata in gradi Celsius ().

Considera il problema del calcolo della quantità di calore.

Un compito

Un bicchiere di rame con una massa di grammi contiene acqua con un volume di un litro ad una temperatura di . Quanto calore deve essere trasferito a un bicchiere d'acqua affinché la sua temperatura diventi uguale a?

Riso. 5. Illustrazione della condizione del problema

Per prima cosa, scriviamo una breve condizione ( Dato) e convertire tutte le quantità nel sistema internazionale (SI).

Dato:	SI
Trova:

Soluzione:

Innanzitutto, determina quali altre quantità ci servono per risolvere questo problema. Secondo la tabella della capacità termica specifica (Tabella 1), troviamo (capacità termica specifica del rame, poiché per condizione il vetro è rame), (capacità termica specifica dell'acqua, poiché per condizione c'è acqua nel vetro). Inoltre, sappiamo che per calcolare la quantità di calore, abbiamo bisogno di una massa d'acqua. Per condizione, ci viene dato solo il volume. Pertanto, prendiamo la densità dell'acqua dalla tabella: (Tabella 2).

Tab. 1. Capacità termica specifica di alcune sostanze,

Tab. 2. Densità di alcuni liquidi

Ora abbiamo tutto ciò di cui abbiamo bisogno per risolvere questo problema.

Si noti che la quantità totale di calore consisterà nella somma della quantità di calore necessaria per riscaldare il vetro di rame e la quantità di calore necessaria per riscaldare l'acqua al suo interno:

Per prima cosa calcoliamo la quantità di calore necessaria per riscaldare il vetro di rame:

Prima di calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare l'acqua, calcoliamo la massa d'acqua usando la formula a noi familiare dal grado 7:

Ora possiamo calcolare:

Allora possiamo calcolare:

Ricorda cosa significa: kilojoule. Il prefisso "chilo" significa .

Risposta:.

Per comodità di risolvere i problemi di trovare la quantità di calore (i cosiddetti problemi diretti) e le quantità associate a questo concetto, puoi utilizzare la tabella seguente.

Valore desiderato	Designazione	Unità	Formula di base	Formula per quantità
Quantità di calore

Il cambiamento dell'energia interna durante il lavoro è caratterizzato dalla quantità di lavoro, ad es. il lavoro è una misura del cambiamento nell'energia interna in un dato processo. La variazione dell'energia interna di un corpo durante il trasferimento di calore è caratterizzata da una quantità chiamata quantità di calore.

è il cambiamento dell'energia interna del corpo nel processo di trasferimento del calore senza fare lavoro. La quantità di calore è indicata dalla lettera Q .

Il lavoro, l'energia interna e la quantità di calore sono misurati nelle stesse unità - joule ( J), come qualsiasi altra forma di energia.

Nelle misurazioni termiche, una speciale unità di energia, la caloria ( feci), uguale a la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di 1 grammo di acqua di 1 grado Celsius (più precisamente, da 19,5 a 20,5°C). Tale unità, in particolare, è attualmente utilizzata per il calcolo del consumo di calore (energia termica) nei condomini. Empiricamente, è stato stabilito l'equivalente meccanico del calore - il rapporto tra calorie e joule: 1 cal = 4,2 J.

Quando un corpo trasferisce una certa quantità di calore senza fare lavoro, la sua energia interna aumenta, se un corpo emette una certa quantità di calore, la sua energia interna diminuisce.

Se versi 100 g di acqua in due recipienti identici e 400 g in un altro alla stessa temperatura e li metti sugli stessi fornelli, l'acqua nel primo recipiente bollirà prima. Pertanto, maggiore è la massa del corpo, maggiore è la quantità di calore necessaria per riscaldarsi. Lo stesso vale per il raffreddamento.

La quantità di calore richiesta per riscaldare un corpo dipende anche dal tipo di sostanza di cui è composto. Questa dipendenza della quantità di calore richiesta per riscaldare il corpo dal tipo di sostanza è caratterizzata da una quantità fisica chiamata capacità termica specifica sostanze.

- si tratta di una quantità fisica pari alla quantità di calore che deve essere riferita a 1 kg di una sostanza per riscaldarla di 1°C (o 1 K). La stessa quantità di calore viene ceduta da 1 kg di una sostanza quando viene raffreddata di 1 °C.

La capacità termica specifica è indicata dalla lettera Insieme a. L'unità di capacità termica specifica è 1 J/kg °C o 1 J/kg °K.

I valori della capacità termica specifica delle sostanze sono determinati sperimentalmente. I liquidi hanno una capacità termica specifica maggiore rispetto ai metalli; L'acqua ha la capacità termica specifica più alta, l'oro ha una capacità termica specifica molto piccola.

Poiché la quantità di calore è uguale alla variazione dell'energia interna del corpo, possiamo dire che la capacità termica specifica mostra quanto cambia l'energia interna 1 kg sostanza al variare della sua temperatura 1°C. In particolare, l'energia interna di 1 kg di piombo, quando viene riscaldato di 1 °C, aumenta di 140 J e quando viene raffreddato diminuisce di 140 J.

Q necessario per riscaldare la massa corporea m temperatura t 1 °С fino a temperatura t 2 °С, è uguale al prodotto della capacità termica specifica della sostanza, della massa corporea e della differenza tra la temperatura finale e quella iniziale, cioè

Q \u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Secondo la stessa formula, viene calcolata anche la quantità di calore che il corpo emette quando si raffredda. Solo in questo caso la temperatura finale va sottratta dalla temperatura iniziale, cioè Sottrarre la temperatura più piccola dalla temperatura più grande.

Questa è una sinossi sull'argomento. "Quantità di calore. Calore specifico". Scegli i prossimi passi:

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Capacità termicaè la quantità di calore assorbita dal corpo quando riscaldato di 1 grado.

La capacità termica del corpo è indicata da una lettera latina maiuscola DA.

Cosa determina la capacità termica di un corpo? Innanzitutto dalla sua massa. È chiaro che riscaldare, ad esempio, 1 chilogrammo di acqua richiederà più calore rispetto a riscaldare 200 grammi.

E il tipo di sostanza? Facciamo un esperimento. Prendiamo due recipienti identici e, versando acqua del peso di 400 g in uno e olio vegetale del peso di 400 g nell'altro, inizieremo a riscaldarli con l'aiuto di bruciatori identici. Osservando le letture dei termometri, vedremo che l'olio si riscalda rapidamente. Per riscaldare l'acqua e l'olio alla stessa temperatura, l'acqua deve essere riscaldata più a lungo. Ma più a lungo riscaldiamo l'acqua, più calore riceve dal bruciatore.

Pertanto, per riscaldare la stessa massa di diverse sostanze alla stessa temperatura, sono necessarie diverse quantità di calore. La quantità di calore richiesta per riscaldare un corpo e, di conseguenza, la sua capacità termica dipendono dal tipo di sostanza di cui questo corpo è composto.

Quindi, ad esempio, per aumentare di 1°C la temperatura dell'acqua con una massa di 1 kg è necessaria una quantità di calore pari a 4200 J, e per riscaldare di 1°C la stessa massa di olio di girasole, una quantità di è richiesto un calore pari a 1700 J.

Viene chiamata la quantità fisica che mostra quanto calore è necessario per riscaldare 1 kg di una sostanza di 1 ºС calore specifico questa sostanza.

Ogni sostanza ha una propria capacità termica specifica, che è indicata dalla lettera latina c e si misura in joule per chilogrammo-grado (J/(kg°C)).

La capacità termica specifica della stessa sostanza in diversi stati aggregati (solido, liquido e gassoso) è diversa. Ad esempio, la capacità termica specifica dell'acqua è 4200 J/(kg ºС) e la capacità termica specifica del ghiaccio è 2100 J/(kg ºС); l'alluminio allo stato solido ha una capacità termica specifica di 920 J / (kg - ° C) e allo stato liquido - 1080 J / (kg - ° C).

Si noti che l'acqua ha una capacità termica specifica molto elevata. Pertanto, l'acqua dei mari e degli oceani, riscaldandosi in estate, assorbe una grande quantità di calore dall'aria. Per questo motivo, in quei luoghi che si trovano vicino a grandi specchi d'acqua, l'estate non è calda come in luoghi lontani dall'acqua.

Calcolo della quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo o da esso rilasciata durante il raffreddamento.

Da quanto precede risulta chiaro che la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo dipende dal tipo di sostanza di cui è costituito il corpo (cioè la sua capacità termica specifica) e dalla massa del corpo. È anche chiaro che la quantità di calore dipende da quanti gradi aumenteremo la temperatura del corpo.

Quindi, per determinare la quantità di calore richiesta per riscaldare il corpo o da esso rilasciata durante il raffreddamento, è necessario moltiplicare il calore specifico del corpo per la sua massa e per la differenza tra la sua temperatura finale e quella iniziale:

Q= centimetro (t 2 -t 1),

dove Q- quantità di calore, c- capacità termica specifica, m- massa corporea, t1- temperatura iniziale, t2- temperatura finale.

Quando il corpo è riscaldato t2> t1 e quindi Q >0 . Quando il corpo si è raffreddato t 2e< t1 e quindi Q< 0 .

Se si conosce la capacità termica di tutto il corpo DA, Qè determinato dalla formula: Q \u003d C (t 2 - t1).

22) Fusione: definizione, calcolo della quantità di calore di fusione o solidificazione, calore specifico di fusione, grafico di t 0 (Q).

Termodinamica

Una branca della fisica molecolare che studia il trasferimento di energia, i modelli di trasformazione di alcuni tipi di energia in altri. A differenza della teoria cinetica molecolare, la termodinamica non tiene conto della struttura interna delle sostanze e dei microparametri.

Sistema termodinamico

Si tratta di un insieme di corpi che scambiano energia (sotto forma di lavoro o di calore) tra di loro o con l'ambiente. Ad esempio, l'acqua nella teiera si raffredda, avviene lo scambio di calore dell'acqua con la teiera e della teiera con l'ambiente. Cilindro con gas sotto il pistone: il pistone esegue un lavoro, a seguito del quale il gas riceve energia e i suoi macro parametri cambiano.

Quantità di calore

esso energia, che viene ricevuto o dato dal sistema nel processo di scambio termico. Indicato dal simbolo Q, misurato, come ogni energia, in Joule.

Come risultato di vari processi di trasferimento del calore, l'energia trasferita viene determinata a modo suo.

Riscaldamento e raffreddamento

Questo processo è caratterizzato da una variazione della temperatura del sistema. La quantità di calore è determinata dalla formula

La capacità termica specifica di una sostanza con misurata dalla quantità di calore necessaria per riscaldarsi unità di massa di questa sostanza di 1K. Riscaldare 1 kg di vetro o 1 kg di acqua richiede una diversa quantità di energia. La capacità termica specifica è un valore noto già calcolato per tutte le sostanze, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Capacità termica della sostanza C- questa è la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo senza tener conto della sua massa di 1K.

Fusione e cristallizzazione

La fusione è il passaggio di una sostanza da uno stato solido a uno liquido. La transizione inversa è chiamata cristallizzazione.

L'energia spesa per la distruzione del reticolo cristallino di una sostanza è determinata dalla formula

Il calore specifico di fusione è un valore noto per ciascuna sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Vaporizzazione (evaporazione o ebollizione) e condensazione

La vaporizzazione è il passaggio di una sostanza da uno stato liquido (solido) a uno stato gassoso. Il processo inverso è chiamato condensazione.

Il calore specifico di vaporizzazione è un valore noto per ciascuna sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Combustione

La quantità di calore rilasciata quando una sostanza brucia

Il calore specifico di combustione è un valore noto per ciascuna sostanza, vedere il valore nelle tabelle fisiche.

Per un sistema di corpi chiuso e adiabaticamente isolato, l'equazione del bilancio termico è soddisfatta. La somma algebrica delle quantità di calore date e ricevute da tutti i corpi partecipanti allo scambio termico è uguale a zero:

Q 1 +Q 2 +...+Q n =0

23) La struttura dei liquidi. strato superficiale. Forza di tensione superficiale: esempi di manifestazione, calcolo, coefficiente di tensione superficiale.

Di tanto in tanto, qualsiasi molecola può spostarsi in un posto vacante adiacente. Tali salti nei liquidi si verificano abbastanza frequentemente; quindi le molecole non sono legate a determinati centri, come nei cristalli, e possono muoversi per tutto il volume del liquido. Questo spiega la fluidità dei liquidi. A causa della forte interazione tra molecole ravvicinate, possono formare gruppi ordinati locali (instabili) contenenti diverse molecole. Questo fenomeno si chiama ordine a corto raggio(Fig. 3.5.1).

Viene chiamato il coefficiente β coefficiente di temperatura di espansione del volume . Questo coefficiente per i liquidi è dieci volte maggiore che per i solidi. Per l'acqua, ad esempio, alla temperatura di 20 °C, β in ≈ 2 10 - 4 K - 1, per l'acciaio β st ≈ 3,6 10 - 5 K - 1, per il vetro al quarzo β kv ≈ 9 10 - 6 K - uno .

L'espansione termica dell'acqua ha un'anomalia interessante e importante per la vita sulla Terra. A temperature inferiori a 4 °C, l'acqua si espande al diminuire della temperatura (β< 0). Максимум плотности ρ в = 10 3 кг/м 3 вода имеет при температуре 4 °С.

Quando l'acqua si congela, si espande, quindi il ghiaccio rimane a galleggiare sulla superficie del corpo idrico ghiacciato. La temperatura dell'acqua gelata sotto il ghiaccio è 0°C. Negli strati d'acqua più densi vicino al fondo del serbatoio, la temperatura è di circa 4 °C. Grazie a ciò, la vita può esistere nell'acqua dei bacini ghiacciati.

La caratteristica più interessante dei liquidi è la presenza superficie libera . Il liquido, a differenza dei gas, non riempie l'intero volume della nave in cui viene versato. Tra il liquido e il gas (o vapore) si forma un'interfaccia che si trova in condizioni particolari rispetto al resto della massa liquida.Va tenuto presente che, a causa della bassissima comprimibilità, la presenza di un lo strato superficiale impaccato non porta ad alcun cambiamento evidente nel volume del liquido. Se la molecola si sposta dalla superficie al liquido, le forze di interazione intermolecolare faranno un lavoro positivo. Al contrario, per tirare un certo numero di molecole dalla profondità del liquido alla superficie (cioè aumentare la superficie del liquido), le forze esterne devono fare un lavoro positivo Δ UN esterno, proporzionale alla variazione Δ S superficie:

È noto dalla meccanica che gli stati di equilibrio di un sistema corrispondono al valore minimo della sua energia potenziale. Ne consegue che la superficie libera del liquido tende a ridurne l'area. Per questo motivo una goccia di liquido libera assume una forma sferica. Il fluido si comporta come se le forze agissero tangenzialmente alla sua superficie, riducendo (contraendo) questa superficie. Queste forze sono chiamate forze di tensione superficiale .

La presenza di forze di tensione superficiale fa sembrare la superficie del liquido un film elastico teso, con l'unica differenza che le forze elastiche nel film dipendono dalla sua superficie (cioè da come si deforma il film) e dalle forze di tensione superficiale non dipendono sulla superficie del liquido.

Alcuni liquidi, come l'acqua saponosa, hanno la capacità di formare film sottili. Tutte le note bolle di sapone hanno la forma sferica corretta - questo manifesta anche l'azione delle forze di tensione superficiale. Se un telaio metallico viene abbassato nella soluzione saponosa, uno dei cui lati è mobile, l'intero sarà coperto da una pellicola di liquido (Fig. 3.5.3).

Le forze di tensione superficiale tendono ad accorciare la superficie del film. Per bilanciare il lato mobile del telaio è necessario applicare una forza esterna Se, sotto l'azione della forza, la traversa si muove di Δ X, quindi il lavoro Δ UN est = F est Δ X = Δ Ep = σΔ S, dove ∆ S = 2lΔ Xè l'incremento della superficie di entrambi i lati della pellicola di sapone. Poiché i moduli delle forze e sono uguali, possiamo scrivere:

Pertanto, il coefficiente di tensione superficiale σ può essere definito come modulo della forza di tensione superficiale agente per unità di lunghezza della linea che delimita la superficie.

A causa dell'azione delle forze di tensione superficiale nelle gocce di liquido e all'interno delle bolle di sapone, una pressione eccessiva Δ p. Se tagliamo mentalmente una goccia sferica di raggio R in due metà, quindi ciascuna di esse deve essere in equilibrio sotto l'azione delle forze di tensione superficiale applicate al confine del taglio con una lunghezza di 2π R e le forze di sovrappressione agenti sull'area π R 2 sezioni (Fig. 3.5.4). La condizione di equilibrio si scrive come

Se queste forze sono maggiori delle forze di interazione tra le molecole del liquido stesso, allora il liquido bagna la superficie di un corpo solido. In questo caso, il liquido si avvicina alla superficie del corpo solido con un angolo acuto θ, che è caratteristico della data coppia liquido-solido. Viene chiamato l'angolo θ angolo di contatto . Se le forze di interazione tra le molecole liquide superano le forze della loro interazione con le molecole solide, l'angolo di contatto θ risulta essere ottuso (Fig. 3.5.5). In questo caso, si dice che il liquido non bagna la superficie di un corpo solido. In bagnatura completaθ = 0, a completo non bagnanteθ = 180°.

fenomeni capillari chiamato l'aumento o la caduta di fluido in tubi di piccolo diametro - capillari. I liquidi bagnanti salgono attraverso i capillari, i liquidi non bagnanti scendono.

Sulla fig. 3.5.6 mostra un tubo capillare di un certo raggio r abbassato dall'estremità inferiore in un liquido bagnante di densità ρ. L'estremità superiore del capillare è aperta. La risalita del liquido nel capillare continua finché la forza di gravità che agisce sulla colonna di liquido nel capillare non diventa uguale in valore assoluto alla risultante F n forze di tensione superficiale agenti lungo il confine di contatto del liquido con la superficie del capillare: F t = F n, dove F t = mg = ρ hπ r 2 g, F n = σ2π r cos θ.

Ciò implica:

Con completa non bagnabilità, θ = 180°, cos θ = –1 e, quindi, h < 0. Уровень несмачивающей жидкости в капилляре опускается ниже уровня жидкости в сосуде, в которую опущен капилляр.

L'acqua bagna quasi completamente la superficie pulita del vetro. Al contrario, il mercurio non bagna completamente la superficie del vetro. Pertanto, il livello di mercurio nel capillare di vetro scende al di sotto del livello nel recipiente.

24) Vaporizzazione: definizione, tipologie (evaporazione, ebollizione), calcolo della quantità di calore per vaporizzazione e condensazione, calore specifico di vaporizzazione.

Evaporazione e condensazione. Spiegazione del fenomeno dell'evaporazione sulla base di idee sulla struttura molecolare della materia. Calore specifico di vaporizzazione. Le sue unità.

Viene chiamato il fenomeno del liquido che si trasforma in vapore vaporizzazione.

Evaporazione - il processo di vaporizzazione che avviene da una superficie aperta.

Le molecole liquide si muovono a velocità diverse. Se una molecola si trova sulla superficie del liquido, può vincere l'attrazione delle molecole vicine e volare fuori dal liquido. Le molecole in fuga formano vapore. Le velocità delle restanti molecole liquide cambiano in caso di collisione. In questo caso, alcune molecole acquisiscono una velocità sufficiente per volare fuori dal liquido. Questo processo continua, quindi i liquidi evaporano lentamente.

*La velocità di evaporazione dipende dal tipo di liquido. Quei liquidi evaporano più velocemente, in cui le molecole vengono attratte con meno forza.

*L'evaporazione può avvenire a qualsiasi temperatura. Ma a temperature più elevate, l'evaporazione è più veloce .

*La velocità di evaporazione dipende dalla sua superficie.

*Con il vento (flusso d'aria), l'evaporazione avviene più velocemente.

Durante l'evaporazione, l'energia interna diminuisce, perché. durante l'evaporazione, le molecole veloci lasciano il liquido, quindi la velocità media delle molecole rimanenti diminuisce. Ciò significa che se non c'è afflusso di energia dall'esterno, la temperatura del liquido diminuisce.

Viene chiamato il fenomeno della trasformazione del vapore in liquido condensazione. È accompagnato dal rilascio di energia.

La condensazione del vapore spiega la formazione delle nuvole. Il vapore acqueo che sale dal suolo forma nuvole negli strati freddi superiori dell'aria, che consistono in minuscole gocce d'acqua.

Calore specifico di vaporizzazione - fisico. una quantità che indica quanto calore è necessario per trasformare in vapore un liquido di massa 1 kg senza modificare la temperatura.

Oud. calore di vaporizzazione indicato dalla lettera L e si misura in J/kg

Oud. calore di vaporizzazione dell'acqua: L=2,3×10 6 J/kg, alcool L=0,9×10 6

La quantità di calore necessaria per trasformare un liquido in vapore: Q = Lm

L'energia interna del corpo può cambiare a causa del lavoro di forze esterne. Per caratterizzare la variazione dell'energia interna durante il trasferimento di calore, viene introdotta una quantità chiamata quantità di calore e indicata con Q.

Nel sistema internazionale, l'unità della quantità di calore, oltre che di lavoro ed energia, è il joule: = = = 1 J.

In pratica, a volte viene utilizzata un'unità fuori sistema della quantità di calore: una caloria. 1 cal. = 4,2 J.

Va notato che il termine "quantità di calore" è sfortunato. È stato introdotto in un momento in cui si credeva che i corpi contenessero un liquido elusivo e senza peso: il calorico. Il processo di trasferimento del calore consisterebbe presumibilmente nel fatto che il calorico, versando da un corpo all'altro, porta con sé una certa quantità di calore. Ora, conoscendo le basi della teoria cinetico-molecolare della struttura della materia, capiamo che non c'è calorico nei corpi, il meccanismo per cambiare l'energia interna di un corpo è diverso. Tuttavia, il potere della tradizione è grande e continuiamo a usare il termine, introdotto sulla base di idee errate sulla natura del calore. Allo stesso tempo, comprendendo la natura del trasferimento di calore, non si dovrebbero ignorare completamente le idee sbagliate al riguardo. Al contrario, tracciando un'analogia tra il flusso di calore e il flusso di un ipotetico liquido calorico, la quantità di calore e la quantità di calorico, è possibile visualizzare i processi in corso nel risolvere determinate classi di problemi e risolvere problemi correttamente. Alla fine, le equazioni corrette che descrivono i processi di trasferimento del calore sono state ottenute contemporaneamente sulla base di idee errate sul calorico come vettore di calore.

Consideriamo più in dettaglio i processi che possono verificarsi a seguito del trasferimento di calore.

Versare dell'acqua in una provetta e chiuderla con un tappo di sughero. Appendere la provetta a un'asta fissata su un treppiede e portare una fiamma libera sotto di essa. Dalla fiamma, la provetta riceve una certa quantità di calore e la temperatura del liquido al suo interno aumenta. All'aumentare della temperatura, l'energia interna del liquido aumenta. C'è un intenso processo di vaporizzazione. I vapori liquidi in espansione svolgono un lavoro meccanico per spingere il tappo fuori dal tubo.

Conduciamo un altro esperimento con un modello di cannone fatto da un pezzo di tubo di ottone, che è montato su un carrello. Da un lato, il tubo è ben chiuso con un tappo di ebanite, attraverso il quale viene fatto passare un perno. I fili sono saldati al prigioniero e al tubo, terminando con terminali che possono essere alimentati dalla rete di illuminazione. Il modello pistola è quindi una sorta di caldaia elettrica.

Versare dell'acqua nella canna del cannone e chiudere il tubo con un tappo di gomma. Collegare la pistola a una fonte di alimentazione. Una corrente elettrica che passa attraverso l'acqua la riscalda. L'acqua bolle, il che porta alla sua intensa vaporizzazione. La pressione del vapore acqueo aumenta e, infine, fanno il lavoro di spingere il tappo fuori dalla canna del fucile.

La pistola, a causa del rinculo, rotola indietro nella direzione opposta al lancio del sughero.

Entrambe le esperienze sono accomunate dalle seguenti circostanze. Nel processo di riscaldamento del liquido in vari modi, la temperatura del liquido e, di conseguenza, la sua energia interna sono aumentate. Affinché il liquido bollisse ed evaporasse intensamente, era necessario continuare a riscaldarlo.

I vapori del liquido, a causa della loro energia interna, eseguivano lavori meccanici.

Indaghiamo la dipendenza della quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo dalla sua massa, dalle variazioni di temperatura e dal tipo di sostanza. Per studiare queste dipendenze useremo acqua e olio. (Per misurare la temperatura nell'esperimento, viene utilizzato un termometro elettrico, costituito da una termocoppia collegata a un galvanometro a specchio. Una giunzione della termocoppia viene abbassata in un recipiente con acqua fredda per garantire che la sua temperatura sia costante. L'altra giunzione della termocoppia misura la temperatura del liquido in esame).

L'esperienza si compone di tre serie. Nella prima serie, per una massa costante di un determinato liquido (nel nostro caso, l'acqua), si studia la dipendenza della quantità di calore necessaria per riscaldarlo dal cambiamento di temperatura. La quantità di calore ricevuta dal liquido dal riscaldatore (fornello elettrico) sarà giudicata dal tempo di riscaldamento, supponendo che vi sia un rapporto direttamente proporzionale tra di loro. Affinché il risultato dell'esperimento corrisponda a questa ipotesi, è necessario garantire un flusso costante di calore dalla stufa elettrica al corpo riscaldato. Per fare ciò, la stufa elettrica è stata collegata in anticipo alla rete, in modo che all'inizio dell'esperimento la temperatura della sua superficie cessasse di cambiare. Per un riscaldamento più uniforme del liquido durante l'esperimento, lo mescoleremo con l'aiuto della termocoppia stessa. Registreremo le letture del termometro a intervalli regolari fino a quando il punto luminoso non raggiunge il bordo della scala.

Concludiamo: esiste una relazione proporzionale diretta tra la quantità di calore richiesta per riscaldare un corpo e una variazione della sua temperatura.

Nella seconda serie di esperimenti, confronteremo la quantità di calore necessaria per riscaldare gli stessi liquidi di diverse masse quando la loro temperatura cambia della stessa quantità.

Per comodità di confrontare i valori ottenuti, la massa d'acqua per il secondo esperimento sarà presa due volte inferiore rispetto al primo esperimento.

Anche in questo caso, registreremo le letture del termometro a intervalli regolari.

Confrontando i risultati del primo e del secondo esperimento, possiamo trarre le seguenti conclusioni.

Nella terza serie di esperimenti, confronteremo le quantità di calore necessarie per riscaldare masse uguali di liquidi diversi quando la loro temperatura cambia della stessa quantità.

Scaldiamo l'olio su una stufa elettrica, la cui massa è uguale alla massa dell'acqua nel primo esperimento. Registreremo le letture del termometro a intervalli regolari.

Il risultato dell'esperimento conferma la conclusione che la quantità di calore necessaria per riscaldare il corpo è direttamente proporzionale alla variazione della sua temperatura e, inoltre, indica la dipendenza di questa quantità di calore dal tipo di sostanza.

Poiché nell'esperimento è stato utilizzato olio, la cui densità è inferiore alla densità dell'acqua, ed è stata richiesta una minore quantità di calore per riscaldare l'olio a una certa temperatura rispetto a quella per riscaldare l'acqua, si può presumere che la quantità di calore necessario per riscaldare il corpo dipende dalla sua densità.

Per verificare questa ipotesi, riscalderemo simultaneamente masse identiche di acqua, paraffina e rame su un riscaldatore di potenza costante.

Dopo lo stesso tempo, la temperatura del rame è circa 10 volte e la paraffina circa 2 volte superiore alla temperatura dell'acqua.

Ma il rame ha una densità maggiore e paraffina inferiore rispetto all'acqua.

L'esperienza mostra che la grandezza che caratterizza la velocità di variazione della temperatura delle sostanze di cui sono costituiti i corpi coinvolti nello scambio termico non è la densità. Questa quantità è chiamata capacità termica specifica della sostanza ed è indicata con la lettera c.

Uno speciale dispositivo viene utilizzato per confrontare le capacità termiche specifiche di varie sostanze. Il dispositivo è costituito da rack in cui sono fissati una sottile lastra di paraffina e una barra con barre passanti attraverso di essa. Alle estremità delle aste sono fissati cilindri in alluminio, acciaio e ottone di uguale massa.

Riscaldiamo i cilindri alla stessa temperatura immergendoli in un recipiente d'acqua posto su un fornello elettrico caldo. Fissiamo i cilindri caldi sulle cremagliere e liberiamoli dagli elementi di fissaggio. I cilindri toccano contemporaneamente la piastra di paraffina e, sciogliendo la paraffina, iniziano ad affondarvi. La profondità di immersione di cilindri della stessa massa in una piastra di paraffina, quando la loro temperatura cambia della stessa quantità, risulta essere diversa.

L'esperienza dimostra che le capacità termiche specifiche di alluminio, acciaio e ottone sono diverse.

Dopo aver fatto i corrispondenti esperimenti con la fusione dei solidi, la vaporizzazione dei liquidi e la combustione del combustibile, otteniamo le seguenti dipendenze quantitative.

Per ottenere unità di quantità specifiche, devono essere espresse dalle formule corrispondenti e le unità di calore - 1 J, massa - 1 kg e per calore specifico - e 1 K devono essere sostituite nelle espressioni risultanti.

Otteniamo unità: capacità termica specifica - 1 J / kg K, altri calori specifici: 1 J / kg.