Фізика. Повторне видання. 8 клас. Бар’яхтар

§ 8. Питома теплоємність речовини. Кількість теплоти, що поглинається речовиною під час нагрівання або виділяється під час охолодження

На запитання: «Що швидше нагріється — 200 чи 300 грамів рідини?» — хтось швиденько відповість, що двісті: зрозуміло ж бо, що триста грамів нагріватимуться довше. І ця відповідь, можливо, буде правильною, а можливо — ні. Отже, не кваптеся з висновками, з’ясуємо все послідовно.

1. З’ясовуємо, від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання

Якщо в однакові посудини налити дві рідини масами 200 і 300 г і за допомогою однакових нагрівників нагріти ці рідини від 20 до 100 °С, рідина якої маси нагріється швидше?

Поміркуємо над цим запитанням. По-перше, є очевидним: якщо рідина та сама, наприклад вода, то для нагрівання 300 г рідини потрібно більше часу, а отже, і більша кількість теплоти, ніж для нагрівання 200 г. Це означає, що кількість теплоти, необхідна для нагрівання речовини, збільшується зі збільшенням маси цієї речовини.

Проте ми не знаємо, про які рідини йдеться в запитанні, і тому не можемо однозначно відповісти, яка з них нагріється швидше. Адже кількість теплоти, яку необхідно передати речовині для певної зміни її температури, залежить від того, яка це речовина. Переконаємося в цьому це за допомогою досліду.

Візьмемо 200 г води і 200 г олії та нагріємо обидві рідини від 20 до 100 °С, вимірявши час нагрівання. Помітимо, що олія нагріється швидше, а отже, одержить меншу кількість теплоти, ніж вода (рис. 8.1).

Поміркуйте, чи однакову кількість теплоти поглине речовина певної маси під час її нагрівання від 20 до 100 °С і під час її нагрівання від 20 до 40 °С. Якщо не однакову, то в якому випадку більшу? У скільки разів більшу?

* Сподіваємося, ви пам’ятаєте, що в таких завданнях таблиці, подані в підручнику, слід переносити до зошита.

Рис. 8.1. Дослід з вивчення залежності кількості теплоти, необхідної для нагрівання речовини, від того, яка це речовина. Якщо нагрівати різні речовини однакової маси, то для однакової зміни їхньої температури потрібен різний час, тобто різна кількість теплоти

Змінюючи масу речовини, способи її нагрівання та охолодження, зважаючи на теплові втрати й намагаючись звести їх до мінімуму, вчені довели, що кількість теплоти, яку поглинає речовина під час нагрівання або виділяє під час охолодження:

— залежить від того, яка це речовина;

— прямо пропорційна масі речовини;

— прямо пропорційна зміні температури речовини. Це твердження записують формулою:

де Q — кількість теплоти; m — маса речовини; Δt — зміна температури; с — коефіцієнт пропорційності, що є характеристикою речовини і називається питома теплоємність речовини.

2. Даємо означення питомої теплоємності речовини

Питома теплоємність речовини — це фізична величина, що характеризує речовину і чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати речовині масою 1 кг, щоб нагріти її на 1 °С.

Питому теплоємність позначають символом с і визначають за формулою:

Із формули для визначення питомої теплоємності дістанемо її одиницю — джоуль на кілограм-градус Цельсія*:

Питома теплоємність показує, на скільки джоулів змінюється внутрішня енергія речовини масою 1 кг у разі зміни температури на 1 °С, якщо об’єм речовини залишається незмінним.

3. Порівнюємо питомі теплоємності різних речовин

Питомі теплоємності різних речовин можуть суттєво різнитися.

Значення питомих теплоємностей речовин визначають дослідним шляхом і заносять у таблиці (див. табл. 1 Додатка наприкінці підручника).

4. Учимося розв’язувати задачі

Задача. Під час згоряння дров цегляна піч масою 2 т отримала 88 МДж теплоти і нагрілася від 10 до 60 °С. Визначте питому теплоємність цегли.

Аналіз фізичної проблеми. Для розв’язання задачі скористаємося формулою, що визначає питому теплоємність речовини.

Підбиваємо підсумки

Дослідним шляхом з’ясовано, що кількість теплоти, яку поглинає тіло під час нагрівання або виділяє під час охолодження, прямо пропорційна масі цього тіла, зміні його температури та залежить від речовини, з якої це тіло виготовлене (складається): Q = cmΔt.

Питомою теплоємністю речовини називають фізичну величину, що характеризує певну речовину й дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати цій речовині масою 1 кг, щоб нагріти її на 1 °С.

Контрольні запитання

1. Від чого залежить кількість теплоти, необхідна для нагрівання тіла? 2. За якою формулою обчислюють кількість теплоти, передану тілу під час нагрівання або виділену ним під час охолодження? 3. Яким є фізичний зміст питомої теплоємності речовини? 4. Назвіть одиницю питомої теплоємності речовини.

Вправа № 8

2. Чому в системах охолодження найчастіше використовують воду?

3. Сталеву ложку масою 40 г нагріли в окропі (у воді за температури 100 °С). Яка кількість теплоти пішла на нагрівання ложки, якщо її температура збільшилася від 20 до 80 °С?

4. Щоб нагріти деталь масою 250 г на 160 °С, їй було передано 20 кДж теплоти. З якого матеріалу виготовлено деталь?

6. В алюмінієвій каструлі масою 500 г нагріли 1,5 кг води від 20 °С до кипіння. Яку кількість теплоти передано каструлі з водою?

7. На яку висоту можна підняти вантаж масою 2 т, якщо вдалося б використати всю енергію, що звільняється під час остигання 0,5 л води від 100 до 0 °С ?

8. Оберіть на карті дві місцевості, розташовані на одній широті: одна має бути біля моря, а інша — в глибині континенту. Скориставшись додатковими джерелами інформації, зіставте перепади температур (день — ніч, зима — літо) у цих місцевостях. Поясніть отримані результати.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.