Количество теплоты и калориметр

Рассмотрим конкретный пример измерения количества теплоты. Во внутренний стакан калориметра нальем 100 г воды. Измерим ее температуру: 20 °С. Погрузим в воду какое-нибудь горячее тело, например, стальной цилиндрик. В калориметре начнется теплообмен, и некоторое количество теплоты перейдет от цилиндрика к воде. В результате ее температура повысится.

Вычислим изменение температуры: ∆ t _вод = 60 °С – 20 °С = 40 °С. Зная, что масса воды была 100 г, инженер-теплотехник скажет: вода получила 100 · 40 = 4000 калорий теплоты. В отличие от инженеров-теплотехников, ученые-физики количество теплоты измеряют джоулями. Для этого применяется специальная формула:

	Q	– полученная телом теплота, Дж
c	– удельная теплоемкость тела, Дж/(кг°С)
m	– масса тела, кг
∆ t	– изменение температуры тела, °С

По формуле легко подсчитать, что вода, находящаяся внутри калориметра, получила от цилиндрика 16, 8 кДж теплоты:

Примечание: калория – устаревшая единица измерения количества теплоты. Она определяется как энергия, необходимая для нагревания 1 г воды на 1°С.

Количество теплоты и внутренняя энергия. В теме 6 мы рассмотрели опыт с манометром и горячей гирей. Вспомните: внутренняя энергия остывающей гири уменьшалась. За счет этого совершалась механическая работа - передвигался " столбик" жидкости в манометре. В опыте с калориметром внутренняя энергия цилиндрика также уменьшалась. Однако в ходе теплообмена она превращалась не в механическую работу, а во внутреннюю энергию воды.Итак, обобщаем: теплообмен – это явление перехода внутренней энергии одного тела во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы. А, соответственно, количество теплоты – это энергия, перешедшая от одного тела к другому при теплообмене.Точные калориметрические измерения показывают, что теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Подсчет теплоты, необходимой для плавления. Очевидно, что масса образовавшегося расплава всегда равна массе расплавившегося вещества. Зная ее, легко подсчитать количество теплоты, затраченное на плавление. Для этого служит следующая формула.

	Q	– количество теплоты, Дж
λ	– удельная теплота плавления, Дж/кг
m	– масса тела, кг

Коэффициент " λ " берут из таблиц. Точные калориметрические измерения показывают, что при кристаллизации вещества выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на образование расплава.

Подсчет теплоты, необходимой для парообразования. Очевидно, что масса образовавшегося пара всегда равна массе выкипевшей жидкости. Зная ее, легко подсчитать количество теплоты, затраченное на образование пара. Для этого служит следующая формула.

	Q	– количество теплоты, Дж
r	– удельная теплота парообразования, Дж/кг
m	– масса тела, кг

Коэффициент " r" берут из таблиц. Точные калориметрические измерения показывают, что при конденсации вещества выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на образование пара.