Фізика. Повторне видання. 8 клас. Барʼяхтар (2025)
§ 16. Питома теплоємність речовини. Кількість теплоти, що поглинається речовиною під час нагрівання або виділяється під час охолодження
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Уявіть, що вам потрібно нагріти дві рідини масами 300 і 200 г до 100 °С . Ви налили ці рідини в однакові посудини та поставили на однакові нагрівники. Поміркуйте, яка рідина нагріється швидше. Не кваптеся з висновком.
1. Від чого залежить кількість теплоти, що необхідна для нагрівання?
Обмірковуючи питання для обговорення, дехто з вас не мав сумнівів, що рідина масою 200 г нагріється швидше. І ця відповідь, можливо, є правильною, а можливо — ні. З’ясуймо.
Є очевидним: якщо рідина та сама (наприклад, вода) і її початкова температура в обох посудинах є однаковою, то для нагрівання рідини більшої маси потрібно більше часу. Це означає, що кількість теплоти, необхідна для нагрівання, збільшується зі збільшенням маси речовини.
Проте ми не знаємо, про які рідини йдеться, і тому не можемо точно відповісти, яка з них нагріється швидше. Адже кількість теплоти, яку необхідно передати речовині для певної зміни її температури, залежить від того, яка це речовина. У цьому легко переконатися за допомогою досліду (див., наприклад, рис. 16.1).
Рис. 16.1. Якщо нагрівати воду й олію однакової маси, то за однакової зміни температури олія нагріється швидше, а отже, одержить меншу кількість теплоти
Змінюючи масу речовини, способи її нагрівання та охолодження, намагаючись звести до мінімуму теплові втрати, 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.
• Поміркуйте, чи однакову кількість теплоти поглине речовина певної маси під час нагрівання від 20 до 100 °С та під час нагрівання від 50 до 100 °С. Якщо не однакову, то в якому випадку більшу? У скільки разів більшу?
Це твердження записують формулою:
Q = cmΔt
де Q — кількість теплоти; m — маса речовини; Δt — зміна температури; с — коефіцієнт пропорційності, який має назву питома теплоємність речовини.
2. Що характеризує питома теплоємність 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:
З поданої формули дістанемо одиницю питомої теплоємності — джоуль на кілограм-градус Цельсія*:
* У СІ питому теплоємність вимірюють у джоулях на кілограм-кельвін; числові значення питомої теплоємності, поданої в Дж/(кг • °С) і Дж/(кг • К), є однаковими.
Питома теплоємність показує, на скільки джоулів змінюється внутрішня енергія речовини масою 1 кг у разі зміни температури на 1 °С, якщо агрегатний стан речовини не змінюється.
• Скільки теплоти необхідно для нагрівання 1 кг заліза на 1 °С? на 2 °С? А скільки теплоти виділиться під час охолодження 2 кг заліза на 2 °С?
Значення питомих теплоємностей речовин визначають дослідним шляхом і заносять у таблиці (див. табл. 1 Додатка 1).
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Вода має дуже велику питому теплоємність — одну з найбільших серед речовин на Землі. Це означає, що вода може поглинати доволі багато тепла без значної зміни температури. Така висока теплоємність робить воду критично важливою для регулювання температури на нашій планеті, яка на 70,8 % вкрита водою. Повільно нагріваючись, ця вода поглинає значну кількість теплоти, а остигаючи, віддає її. Саме тому в місцях, розташованих біля великих водойм, літо не буває дуже спекотним, а зима — морозною. А тепер уявіть, яким був би клімат на Землі, якби питома теплоємність води була значно меншою.
3. Учимося розв’язувати задачі
Задача. Під час згоряння дров цегляна піч масою 2 т отримала 88 МДж теплоти й нагрілася від 10 до 60 °С. Визначте питому теплоємність цегли.
Аналіз фізичної проблеми. Для розв’язання задачі скористаємося формулою, що визначає питому теплоємність речовини.
А ЯК НАСПРАВДІ?
Рано восени або пізно навесні, коли опалення вимкнене, а на вулиці холодно, рятує обігрівач. На сайті продажів оливних обігрівачів подано такі рекомендації: «Краще купувати оливний радіатор, адже він швидше, ніж конвектор, нагріває приміщення й довше зберігає тепло. Для досягнення максимально ефективного обігріву купуйте оливні радіатори, що мають чорний колір». А як насправді?
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Кількість теплоти Q, яку поглинає тіло під час нагрівання або виділяє під час охолодження, прямо пропорційна:
- масі m цього тіла;
- зміні його температури Δt;
- питомій теплоємності с речовини.
Q = cmΔt
Питома теплоємність речовини — це фізична величина, що характеризує певну речовину й чисельно 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, що 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 № 16
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. За поданими рис. 1-3 складіть задачі та розв’яжіть їх.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
5. Щоб нагріти деталь масою 250 г на 160 °С, їй було передано 20 кДж теплоти. З якого матеріалу виготовлено деталь?
7. В алюмінієвій каструлі масою 500 г нагріли 1,5 кг води від 20 °С до кипіння. Яку кількість теплоти передано каструлі з водою?
8. На яку висоту можна було б підняти вантаж масою 2 т, якби вдалося використати всю енергію, що звільняється під час остигання 0,5 л води від 100 до 0°С?
9. Оберіть на карті дві місцевості, розташовані на одній широті: одна має бути біля моря, а інша — у глибині континенту. Скориставшись додатковими джерелами інформації, зіставте перепади температур (день — ніч, зима — літо) у цих місцевостях. Поясніть отримані результати.
Ключові терміни
Питома теплоємність • Кількість теплоти
