В физике теплота является одним из фундаментальных понятий. Она определяет передачу энергии между двумя или более телами, обусловливая изменение их состояния. Понимание того, как работает теплота, позволяет объяснить множество физических явлений, таких как плавление, испарение или расширение тела.
Теплота – это форма энергии, которая переходит от нагретого тела к холодному телу. В процессе этой передачи происходит изменение температуры тел. Единицей измерения теплоты является джоуль (Дж), однако в практических задачах часто используется термин «калория» (Кал), равная количеству теплоты, требующемуся для нагревания 1 г воды на 1 градус Цельсия.
Количество теплоты можно рассчитать с помощью формулы:
Q = mcΔT
где Q – количество теплоты, m – масса тела, c – удельная теплоемкость тела, а ΔT – изменение температуры.
Что такое количество теплоты?
Теплота передается от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Количество теплоты, переданное между этими объектами, определяется формулой:
Q = m * c * Δt
где:
Q — количество теплоты
m — масса объекта
c — удельная теплоемкость вещества
Δt — изменение температуры
Удельная теплоемкость выражает количество энергии необходимое для нагрева одного килограмма вещества на один градус Цельсия. Каждое вещество имеет свою удельную теплоемкость и она зависит от его физических свойств.
Зная массу объекта, его удельную теплоемкость и изменение температуры, мы можем определить количество теплоты, которое будет передано между объектами.
Как рассчитать количество теплоты?
Количество теплоты, переданной телу или веществу, можно рассчитать по формуле:
Q = mcΔt,
где Q — количество теплоты (в джоулях), m — масса тела или вещества (в килограммах), c — удельная теплоемкость вещества (в джоулях на килограмм на градус Цельсия), Δt — изменение температуры (в градусах Цельсия).
Таким образом, чтобы рассчитать количество теплоты, необходимо знать массу тела или вещества, его удельную теплоемкость и изменение температуры.
Примеры расчета количества теплоты
Пример 1:
Рассмотрим ситуацию, когда мы хотим узнать, сколько теплоты выделяется при сгорании 1 грамма газового метана (CH4).
Пусть в реакции полностью сгорает 1 г газового метана. Формула реакции сгорания метана выглядит следующим образом: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Из этой формулы видно, что при сгорании 1 молекулы метана выделяется 890,4 кДж теплоты.
1 моль CH4 = 16 г (молярная масса метана)
Теплота, выделяющаяся при сгорании 1 г метана:
Теплота = 890,4 кДж / 16 г = 55,65 кДж/г
Пример 2:
Рассмотрим ситуацию, когда мы хотим узнать, сколько теплоты выделяется при охлаждении 250 г воды (Cводы = 4,18 Дж/г·°C) с 25 °C до 10 °C.
Масса воды: m = 250 г
Начальная температура: Tнач = 25 °C
Конечная температура: Tкон = 10 °C
Теплоемкость воды: Cводы = 4,18 Дж/г·°C
Количество выделенной теплоты:
Q = m · Cводы · ΔT = 250 г · 4,18 Дж/г·°C · (10 °C — 25 °C) = 250 г · 4,18 Дж/г·°C · (-15 °C) = -15675 Дж = -15,675 кДж
Ответ: при охлаждении 250 г воды с 25 °C до 10 °C выделяется 15,675 кДж теплоты.