Привет, если у нас одни и теже учебники , то тогда тебе повезло:)
Лабораторная работа 1
Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры
Цель работы: определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене, и объяснить полученный результат.
Приборы и материалы: калориметр, измерительный цилиндр (мензурка), термометр, стакан.
Ход работы:
1. Нальем в калориметр горячей воды массой 100 г. Возьмем столько же холодной воды и нальем ее в стакан. Измерим с помощью термометра температуру холодной и горячей воды. Результаты измерений занесем в таблицу.
2. Вольем холодную воду в калориметр, в сосуд с горячей водой, помешаем термометром и измерим температуру полученной смеси (72°С). Результат измерений занесем в таблицу.
3. Рассчитаем количество теплоты отданное горячей и полученное холодной водой по следующим формулам:
rде: Q — количество теплоты отданное горячей водой; Q1 — количество теплоты полученное холодной водой; m — масса холодной или горячей воды; с = 4200 — теплоемкость воды; t – температура горячей воды; t1 – температура холодной воды; t2 – температура смеси.
Выводы: В результате измерений было установлено, что количество теплоты отданное горячей водой равно количеству теплоты полученное холодной водой. Таким образом, подтверждается закон сохранения энергии.
Цель работы: Определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене. Сравнить результаты.
Мы знаем, что внутреннюю энергию тела можно изменить не только за счет работы, но и за счет нагревания тела. При этом процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом. Изменение внутренней энергии при теплообмене называют полученной или
отданной теплотой. Мы знаем также, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела (или выделяемое им при охлаждении), зависит от рода вещества, из которого оно состоит, от массы этого тела и от изменения его температуры:
Измерить количество переданной теплоты можно в калориметрах. Это устройство мы будем использовать в этой работе.
Калориметр состоит из двух сосудов: внутреннего и внешнего. Внешний сосуд должен предохранять внутренний от потери тепла за счет теплообмена с окружающей средой. Сверху оба сосуда закрываются крышкой с установленным на ней термометром.
Если в калориметр налить воды массой m1 при температуре а затем еще добавить воды массой m2 при температуре t2 , то в сосуде начнется теплообмен, а спустя некоторое время установится состояние теплового равновесия. При этом обе части воды будут иметь одну и ту же температуру t, и количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученной холодной водой. Последнее утверждение составляет смысл уравнения теплового баланса:
Пример выполнения работы:
Вычисления:
Количество теплоты, отданное горячей водой:
Количество теплоты, полученное холодной водой:
Вывод:
Количество теплоты, полученное холодной водой, приблизительно равно количеству теплоты, отданному горячей водой.
Точность приближения зависит от потерь теплоты в окружающую среду.
Лабораторная работа №1.
Сравнение
количеств теплоты при смешивании воды разной температуры.
Цель
работы:
определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при
теплообмене, и объясните полученный результат.
Существует два способа изменения
внутренней энергии тела: с совершением работы и без него. Последний способ
называется теплопередачей. Для характеристики теплопередачи используется понятие
количества теплоты. Количеством теплоты Q называется изменение внутренней
энергии в процессе теплопередачи. Его можно определить по формуле: Q = mc(t2 — t1), где m — масса тела, c — удельная теплоемкость, t2 — конечная температура, t1 — начальная температура.
Если два тела с разными
температурами t1 и t2 привести в контакт на длительное
время, то их температуры выровняются и станут равными t. При этом более холодное тело получит
столько же теплоты, сколько отдало более теплое. Это следует из закона сохранения
энергии.
Приборы и материалы:
Ход работы:
Пример
выполнения работы.
|
m, кг |
t2, °C |
t, |
Q1, Дж |
m1, кг |
t1, °C |
Q2, Дж |
|
0,1 |
20 |
40 |
10500 |
0,1 |
65 |
8400 |
Вычисления.
Q1 = mc(t1 — t); Q2 = mc(t – t2), где
с — теплоемкость воды.
Q1 = 0,1 кг • 4200Дж/кг*0С(65°С
— 40°С) = 10500 Дж.
Q2 = 0,1 кг • 4200Дж/кг*°С (40°С —
20°С) = 8400 Дж.
Мы видим, что Q и Q1 , хотя эти значения достаточно близки. Это явление связано с тем,
что всегда имеет место не только теплообмен между двумя порциями воды в
калориметре, но и с окружающей средой.
Количество теплоты — еще один изученный нами вид энергии. Эту энергию тело получает или отдает при теплопередаче. Мы установили, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от массы тела, разности температур и рода вещества. Нам известен физический смысл удельной теплоемкости и некоторые ее табличные значения для разных веществ. В этом уроке мы перейдем к численному расчету количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении.
Зачем это нужно? На самом деле, на практике очень часто используют подобные расчеты.
При строительстве зданий и проектировании систем отопления важно знать, какое количество теплоты необходимо отдавать для полного обогрева всех помещений. С другой стороны, также необходима информация о том, какое количество теплоты будет уходить через окна, стены и двери.
Формула для расчета количества теплоты
Допустим, на нужно узнать, какое количество теплоты получила при нагревании железная деталь. Масса детали $3 space кг$. Деталь нагрелась от $20 degree C$ до $300 degree C$.
Возьмем значение теплоемкости железа из таблицы — $460 frac{Дж}{кг cdot degree C}$. Объясним смысл этой величины: на нагревание куска железа массой $1 space кг$ на $1 degree C$ необходимо затратить количество теплоты, равное $460 space Дж$.
- Масса детали у нас в 3 раза больше, значит, на ее нагрев потребуется в 3 раза большее количество теплоты — $1380 space Дж$
- Температура изменилась не на $1 degree C$, а на $280 degree C$
- Значит, необходимо в 280 раз большее количество теплоты: $1380 space Дж cdot 280 = 386 400 space Дж$
Тогда, формула для расчета количества теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении примет вид:
$Q = cm(t_2 — t_1)$,
где $Q$ — количество теплоты,
$c$ — удельная теплоемкость вещества, из которого состоит тело,
$m$ — масса тела,
$t_1$ — начальная температура тела,
$t_2$ — конечная температура тела.
Чтобы рассчитать количество теплоты, которое необходимо затратить для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость умножить на массу тела и на разность конечной и начальной температур.
Рассмотрим подробнее особенности расчета количества теплоты на примерах решения задач.
Расчет количества теплоты, затраченного на нагревание двух тел
В железный котелок массой $4 space кг$ налили воду массой $10 space кг$ (рисунок 1). Их температура $25 degree C$. Какое количество теплоты нужно затратить, чтобы нагреть котелок и воду до температуры $100 degree C$?
Обратите внимание, что нагреваться будут сразу два тела: и котелок, и вода в нем. Между постоянно будет происходить теплообмен. Поэтому их температуры мы можем считать одинаковыми.
Отметим, что массы котелка и воды различные. Также они имеют различные теплоемкости. Значит, полученные ими количества теплоты будет различными.
Теперь мы можем записать условие задачи и решить ее.
Дано:
$m_1 = 4 space кг$
$c_1 = 460 frac{Дж}{кг cdot degree C}$
$m_2 = 10 space кг$
$c_2 = 4200 frac{Дж}{кг cdot degree C}$
$t_1 = 25 degree C$
$t_2 = 100 degree C$
Q-?
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Для расчета полученного количества теплоты используем формулу $Q = cm(t_2 — t_1)$.
Запишем эту формулу для количества теплоты, полученного котелком:
$Q_1 = c_1m_1(t_2 — t_1)$.
Рассчитаем это количество теплоты:
$Q_1 = 460 frac{Дж}{кг cdot degree C} cdot 4 space кг cdot (100 degree C — 25 degree C) = 1840 frac{Дж}{degree C} cdot 75 degree C = 138 000 space Дж = 138 space кДж$.
Количество теплоты, полученное водой при нагревании будет равно:
$Q_2 = c_2m_2(t_2 — t_1)$.
Подставим численные значения и рассчитаем:
$Q_2 = 4200 frac{Дж}{кг cdot degree C} cdot 10 space кг cdot (100 degree C — 25 degree C) = 42000 frac{Дж}{degree C} cdot 75 degree C = 3 150 000 space Дж = 3150 space кДж$.
Общее количество теплоты, затраченное на нагревание котелка и воды:
$Q = Q_1 +Q_2$,
$Q = 138 space кДж + 3150 space кДж = 3288 space кДж$.
Ответ: $Q = 3288 space кДж$.
Расчет количества теплоты при смешивании жидкостей
Горячую воду разбавили холодной и получили температуру смеси $30 degree C$. Горячей воды с температурой $100 degree C$ при этом было $0.3 space кг$. Холодная вода имела массу $1.4 space кг$ и температуру $15 degree C$. Рассчитайте, какое количество теплоты было отдано горячей водой при остывании и получила холодная вода при нагревании. Сравните эти количества теплоты.
Дано:
$c_1 = c_2 = c = 4200 frac{Дж}{кг cdot degree C}$
$m_1 = 0.3 space кг$
$m_2 = 1.4 space кг$
$t_1 = 100 degree C$
$t_2 = 15 degree C$
$t = 30 degree C$
$Q_1 — ?$
$Q_2 — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Запишем формулу для расчета количества теплоты, отданного горячей водой при остывании от $100 degree C$ до $30 degree C$:
$Q_1 = cm_1(t_1 — t)$.
Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 frac{Дж}{кг cdot degree C} cdot 0.3 space кг cdot (100 degree C — 30 degree C) = 1260 frac{Дж}{degree C} cdot 70 degree C = 88 200 space Дж = 88.2 space кДж$.
Запишем формулу для расчета количества теплоты, полученного холодной водой при нагревании от $15 degree C$ до $30 degree C$:
$Q_2 = cm_2(t — t_2)$.
Рассчитаем эту величину:
$Q_1 = 4200 frac{Дж}{кг cdot degree C} cdot 1.4 space кг cdot (30 degree C — 15 degree C) = 5880 frac{Дж}{degree C} cdot 15 degree C = 88 200 space Дж = 88.2 space кДж$.
$Q_1 = Q_2 = 88.2 space кДж$.
Ответ: $Q_1 = Q_2 = 88.2 space кДж$.
В ходе решения этой задачи мы увидели, что количество теплоты, отданное горячей водой, и количество теплоты, полученное холодной водой, равны. Другие опыты дают схожие результаты.
Значит,
Если между телами происходит теплоообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается на столько, на сколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.
На практике часто получается так, что отданная горячей водой энергия больше, чем полученная холодной. На самом деле, горячая вода при охлаждении передает какую-то часть своей внутренней энергии воздуху и сосуду, в котором происходит смешивание.
Есть 2 способа учесть этот фактор:
- Если мы максимально сократим потери энергии, то добьемся приблизительного равенства отданной и полученной энергий
- Если рассчитать и учесть потери энергии, то можно получить точное равенство
Расчет температуры при известной величине количества теплоты
При нагревании куска меди было затрачено $22 space кДж$. Масса этого куска составляет $300 space г$. Начальная температура была равна $20 degree C$. До какой температуры нагрели кусок меди?
Дано:
$m = 300 space г$
$t_1 = 20 degree C$
$c = 400 frac{Дж}{кг cdot degree C}$
$Q = 22 space кДж$
СИ:
$0.3 space кг$
$22 000 space Дж$
$t_2 — ?$
Посмотреть решение и ответ
Скрыть
Решение:
Запишем формулу для расчета количества теплоты:
$Q = cm(t_2 — t_1)$.
Постепенно выразим из этой формулы искомую температуру $t_2$:
$t_2 — t_1 = frac{Q}{cm}$,
$t_2 = frac{Q}{cm} + t_1$.
Рассчитаем $t_2$:
$t_2 = frac{22 000 space Дж}{400 frac{Дж}{кг cdot degree C} cdot 0.3 space кг} + 20 degree C approx 183 degree C + 20 degree C approx 203 degree C$.
Ответ: $t_2 approx 203 degree C$.
ГДЗ (готовое домашние задание из решебника) на Лабораторная работа №1 по учебнику Физика. 8 класс. : белый учебник для общеобразовательных учреждений / А. В. Перышкин. — М. : Дрофа, 2013-2017г.
Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры
• Цель работы
Определить количество теплоты, отданной горячей водой и полученной холодной при теплообмене, и объяснить полученный результат.
• Приборы и материалы
Калориметр, измерительный цилиндр (мензурка), термометр, стакан
Калориметр состоит из двух сосудов, разделенных воздушным промежутком. Дно внутреннего сосуда отделено от внешнего пластмассовой подставкой. Это позволяет уменьшать теплообмен содержимое внутреннего сосуда с внешней средой.