+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Количество теплоты, выделяемое проводником с током — урок. Физика, 8 класс.

Проходя по проводнику, ток может оказывать некоторые действия: тепловое, химическое и магнитное.

 

Тепловое действие тока обусловлено тем, что свободные электроны, двигаясь с большой скорость, взаимодействуют с ионами металлов, ионами солей в растворах кислот и щелочей. Ионы начинают усиленно колебаться, двигаться, вращаться, то есть их энергия тоже повышается. Проводник или электролит нагревается.

Например, спираль лампочки раскаляется до такой температуры, что начинает излучать свет.

 

 

Электрическая энергия превращается в тепловую энергию проводника; часть рассеивается, часть используется в бытовых целях (для нагревания).

 

Работа, которую совершает электрический ток, определяется количеством теплоты, выделяемой проводником: Q = A, где \(A\) — работа тока, \(Q\) — количество теплоты.

 

Работу тока рассчитывают по формуле: A = U⋅I⋅t. Тогда количество теплоты, исходя из закона сохранения энергии, также будет равно: Q = U⋅I⋅t.


Согласно закону Ома U = IR. Подставляя эту формулу в предыдущую, получим: Q = I2⋅R⋅t.

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.

В процессе своих экспериментов получили такой же результат Джеймс Джоуль в Англии и Эмилий Христианович Ленц в России. В их честь закон имеет двойное название: закон Джоуля-Ленца.

 

 

Джоуль Джеймс Прескотт (\(1818—1889\)) — английский физик, член Лондонского королевского общества. Он внёс значительный вклад в исследование электромагнетизма и тепловых явлений, в создание физики низких температур, в обоснование закона сохранения и превращения энергии. Именем Джоуля назвали единицу измерения работы и энергии в системе СИ.

 

 

Эмилий Христианович Ленц (\(1804—1865\)) — российский физик и электротехник, академик Петербургской Академии наук (\(1830\)), ректор Санкт-Петербургского университета (с \(1863\)). Результатом его исследований стало открытие взаимосвязей (на «языке математики») между электрическими и термодинамическими параметрами, между электрическими и магнитными параметрами при протекании тока в проводнике.

 

Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах.

 

Состояние сети, когда по проводам и приборам проходит ток больше допустимого значения, называется перегрузкой. Опасность этого явления в тепловом действии тока, ведь при большой перегрузке изоляция проводников легко воспламеняется. Перегрузка может возникнуть при подключении устройств большой мощности через удлинитель (смотри рисунок и никогда так не делай!).

 

 

Для примера, перегрузка проводов на \(25\)% приводит к сокращению срока их службы где-то с \(20\) лет до \(3—5\) месяцев, а перегрузка проводов на \(50\)% — до нескольких часов.

Закон Джоуля — Ленца — это… Что такое Закон Джоуля — Ленца?

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Открыт в 1840 году независимо Джеймса Джоуля и Эмилия Ленца.

В словесной формулировке звучит следующим образом[1]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:

где w — мощность выделения тепла в единице объёма,  — плотность электрического тока,  — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах[2]:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид

где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:

Практическое значение

Снижение потерь энергии

При передаче электроэнергии тепловое действие тока является нежелательным, поскольку ведёт к потерям энергии. Поскольку передаваемая мощность линейно зависит как от напряжения, так и от силы тока, а мощность нагрева зависит от силы тока квадратично, то выгодно повышать напряжение перед передачей электроэнергии, понижая в результате силу тока. Однако, повышение напряжения снижает электробезопасность линий электропередачи.

Для применения высокого напряжения в цепи для сохранения прежней мощности на полезной нагрузке приходится увеличивать сопротивление нагрузки. Подводящие провода и нагрузка соединены последовательно. Сопротивление проводов () можно считать постоянным. А вот сопротивление нагрузки () растёт при выборе более высокого напряжения в сети. Также растёт соотношение сопротивления нагрузки и сопротивления проводов. При последовательном включении сопротивлений (провод — нагрузка — провод) распределение выделяемой мощности () пропорционально сопротивлению подключённых сопротивлений.

Ток в сети для всех сопротивлений постоянен. Следовательно, выполняются соотношение

и для в каждом конкретном случае являются константами. Следовательно, мощность, выделяемая на проводах, обратно пропорциональна сопротивлению нагрузки, то есть уменьшается с ростом напряжения, так как . Откуда следует, что . В каждом конкретном случае величина  является константой, следовательно, тепло выделяемое на проводе обратно пропорционально квадрату напряжения на потребителе.

Выбор проводов для цепей

Тепло, выделяемое проводником с током, в той или иной степени выделяется в окружающую среду. В случае, если сила тока в выбранном проводнике превысит некоторое предельно допустимое значение, возможен столь сильный нагрев, что проводник может спровоцировать возгорание находящихся рядом с ним объектов или расплавиться сам. Как правило, при сборке электрических цепей достаточно следовать принятым нормативным документам, которые регламентируют, в частности, выбор сечения проводников.

Электронагревательные приборы

Если сила тока одна и та же на всём протяжении электрической цепи, то в любом выбранном участке будет выделять тепла тем больше, чем выше сопротивление данного участка.

За счёт сознательного увеличения сопротивления участка цепи можно добиться локализованного выделения тепла в этом участке. По этому принципу работают электронагревательные приборы. В них используется нагревательный элемент — проводник с высоким сопротивлением. Повышение сопротивления достигается (совместно или по отдельности) выбором сплава с высоким удельным сопротивлением (например, нихром, константан), увеличением длины проводника и уменьшением его поперечного сечения. Подводящие провода имеют обычное низкое сопротивление и поэтому их нагрев, как правило, незаметен.

Плавкие предохранители

Для защиты электрических цепей от протекания чрезмерно больших токов используется отрезок проводника со специальными характеристиками. Это проводник относительно малого сечения и из такого сплава, что при допустимых токах нагрев проводника не перегревает его, а при чрезмерно больших перегрев проводника столь значителен, что проводник расплавляется и размыкает цепь.

См. также

Примечания

Ссылки

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Подробности
Просмотров: 1179

Работа тока — это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:


По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

В системе СИ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж


МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

— отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:



Электростатика и законы постоянного тока — Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков
— Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока


Любознательным

Следы на песке

Если вам приходилось, гулять по пляжу во время отлива, то, вероятно, вы заметили, что, как только нога ступает на мокрый твердый песок, он немедленно подсыхает и белеет вокруг вашего следа. Обычно это объясняют тем, что под тяжестью тела вода «выжимается» из песка.

Однако это не так, потому что песок не ведет себя подобно мочалке. Почему же белеет песок? Будет ли песок оставаться белым все время, пока вы стоите на месте?

Оказывается…
Побеление песка на пляже впервые объяснил Рейнольде в 1885 г. Он показал, что объем песка увеличивается, когда на него наступают. До этого песчинки были «упакованы» самым плотным образом. Под действием деформации сдвига, которая возникает под подошвой ботинка, объем, занимаемый песчинками, может лишь увеличиться. В то время как уровень песка поднимается резко, уровень воды может подняться лишь в результате капиллярных явлений, а на это требуется время. Поэтому на дне следа ноги песок некоторое время оказывается выше уровня воды — он сухой и белый.

Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер


Количество теплоты: нагревание, охлаждение, плавление, кристаллизация, парообразование, конденсация, горение. Термодинамическая система

Тестирование онлайн

  • Количество теплоты. Основные понятия

  • Количество теплоты

Термодинамика

Раздел молекулярной физики, который изучает передачу энергии, закономерности превращения одних видов энергии в другие. В отличие от молекулярно-кинетической теории, в термодинамике не учитывается внутреннее строение веществ и микропараметры.

Термодинамическая система

Это совокупность тел, которые обмениваются энергией (в форме работы или теплоты) друг с другом или с окружающей средой. Например, вода в чайнике остывает, происходит обмен теплотой воды с чайником и чайника с окружающей средой. Цилиндр с газом под поршнем: поршень выполняет работу, в результате чего, газ получает энергию, и изменяются его макропараметры.

Количество теплоты

Это энергия, которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.

В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.

Нагревание и охлаждение

Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле

Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость — известная, уже вычисленная для всех веществ величина, значение смотреть в физических таблицах.

Теплоемкость вещества С — это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.

Плавление и кристаллизация

Плавление — переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.

Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле

Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Парообразование (испарение или кипение) и конденсация

Парообразование — это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.

Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Горение

Количество теплоты, которое выделяется при сгорании вещества

Удельная теплота сгорания известная для каждого вещества величина, значение смотреть в физических таблицах.

Для замкнутой и адиабатически изолированной системы тел выполняется уравнение теплового баланса. Алгебраическая сумма количеств теплоты, отданных и полученных всеми телами, участвующим в теплообмене, равна нулю:

Q1+Q2+…+Qn=0

Конспект урока по физике в 8 классе «Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца. Электронагревательные приборы»

НАГРЕВАНИЕ ПРОВОДНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ.

Оборудование: компьютер, проектор, экран, презентация, лампа накаливания, карточки с заданиями

Эпиграфом сегодняшнего урока я выбрала слова Конфу́ция – древнего мыслителя и философа Китая.

Индивидуальная работа учащихся “Верите ли вы, что …”

Я предлагаю вашему вниманию 3 утверждения. В своих тетрадях поставьте номера утверждений, напротив номера каждый ставит «+», если вы согласны с этим утверждением или «–», если вы не согласны. (Слайд 2) 

Чтобы узнать правильные ответы, требуется вспомнить изученное и узнать новое.

К источнику тока напряжением 120 В поочередно присоединяли на одно и то же время проводники сопротивлением 20 Ом и 40 Ом. В каком случае работа электрического тока была меньше и во сколько раз?

А12 = I1/ I2 = 6/3=2 в 2 раза больше.

I.

II.

III.

1 – г, 2 – е, 3 – а – III, 4 – в – I, 5 – ж – II, 6 – д

3. Фронтальный опрос: 3 мин (Слайд 3

  1. Что называют электрическим током? (Упорядоченное движение заряженных частиц)

  2. Что принимают за направление тока в цепи? (Движение положительных зарядов, от «+» источника тока к «-»)

  3. Какие действия может оказывать электрический ток? (Тепловое, магнитное, химическое)

  4. Что представляет собой электрический ток в металлах? (Ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов)

  5. Сформулируйте Закон Ома для участка цепи. Формула. (I=U/R)

  6. От чего зависит сопротивление проводника? (От его длины, площади поперечного сечения и материала, из которого изготовлен проводник)

  7. Какая формула отражает эту зависимость?

  8. Чему равна работа тока на участке цепи? (A = I·U·t)

  9. Как рассчитать мощность электрического тока? (P=U·I)

  10. Сформулируйте закон сохранения и превращения энергии. (Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется).

ОТВЕТЫ УПРАЖНЕНИЕ НА СООТВЕТСТВИЕ (Слайд 5) 

  1. Определение темы урока, постановка целей и задач урока (Слайд 6

На картинке изображены электроприборы: утюг, электроплитка, электрическая лампа, электрическая дрель, электрический чайник.

  1. Какой прибор не вписывается в общий ряд? Уберите лишний.

  2. Чем вы руководствовались, делая выбор?

  3. Какое действие электрического тока проявляется в выбранных приборах? (Тепловое. Они преобразуют электрическую энергию в энергию тепловую. Это электронагревательные приборы.)

  4. Попытаемся сформулировать тему урока….

  5. Итак, мы имеем дело с тепловым действием тока, следовательно, тема сегодняшнего урока Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца. Электронагревательные приборы (Слайд 7

  6. Каких целей мы должны достигнуть? Что сегодня на уроке мы узнаем? (Слайд 8)

ЧТО? КАК? ПОЧЕМУ? ГДЕ?

  • Выяснить, почему проводники с током нагреваются?

  • Какие превращения энергии при этом происходят?

  • От чего зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду?

  • Как рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике с током?

  • Где используется тепловое действие тока?

  1. Изучение нового материала

Обратимся к опыту: (Слайд 9

Что вы наблюдаете?

Никелевая проволока, которая при нагревании прогибается и становится красной.

Какой можно сделать вывод?

Электрический ток  нагревает проводник.

1. Выясним, почему проводники нагреваются?

Давайте потрем ладошки. Что мы чувствуем? Почему они нагреваются? Совершается работа. Мы знаем, что электрическое поле совершает работу при перемещении электрических зарядов. Значит, можно предположить, что при этом проводник тоже нагревается.

ВИДЕОФРАГМЕНТ (1 мин) (Слайд 10

Электрический ток в металлическом проводнике – это упорядоченное движение электронов. Провод – это кристалл из ионов. Ускоряясь электрическим полем, электроны, притягиваясь к положительным ионам, постоянно сталкиваются с ними. При этом часть кинетической энергии электроны передают ионам, заставляя их колебаться сильнее. Кинетическая энергия ионов увеличивается, следовательно, увеличивается внутренняя энергия проводника, и, следовательно, его температура. А это и значит что, проводник нагревается.

2. Какие превращения энергии при этом происходят? (Слайд 11

– Почему проводники нагреваются? (Взаимодействие электронов с ионами кристаллической решетки)

В неподвижных металлических проводниках (если ток не производит химического действия) вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Т.е. электрическая энергия превращается во внутреннюю энергию проводника. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи.

Мы убеждаемся в справедливости всеобщего закона сохранения и превращения энергии.

3. Как вы считаете, от чего зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду? От силы тока, сопротивления, времени

ВИДЕОФРАГМЕНТ (Слайд 12)

Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от силы тока в этом проводнике.

Но не только сила тока отвечает за то, что выделяется большое количество теплоты. Был проведен эксперимент.

ВИДЕОФРАГМЕНТ

Были взяты 3 проводника одинаковой длины и площади поперечного сечения, но из разного вещества. Все проводники соединены между собой последовательно. Следовательно, сила тока на всех участках цепи одинаковая. Но при включении в цепь все 3 проводника выделили разное количество теплоты.

Следовательно, количество теплоты зависит не только от силы тока, но и от того, из какого вещества изготовлен проводник.

–Какая электрическая величина зависит от материала проводника? (Удельное сопротивление проводника, электрическое сопротивление).

– Какова эта зависимость?

Значит, Количество теплоты, которое выделяется при протекании электрического тока по проводнику, зависит от электрического сопротивления проводника (R)

Сравним удельное сопротивление проводников в таблице для стали, свинца и никелина. (стр. 41) (Слайд 13

— Что нужно для того, чтобы проводник нагревался сильнее? (Слайд 14

(Чтобы проводник нагревался сильнее, он должен обладать большим удельным сопротивлением).

— Итак, от чего еще зависит количество теплоты, выделяемое проводником с током? ( I, R)

Установим эту зависимость теоретически. У доски ученик записывает уравнение:

А = Q , учитывая, что А = U I t = I2 R t, получим: Q = U I t.

Q = I2 R t

Зная, что U = IR, получаем:

К такому выводу на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джеймс Джоуль и русский ученый Эмилий Христианович Ленц. Сформулированный вывод называют законом Джоуля–Ленца.

(Слайд 15)  Закон, определяющий тепловое действие тока – ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА:

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Q = I2 R t

АВТОБИОГРАФИЧЕСКАЯ СПРАВКА (Слайд 16

  • Джоуль по профессии был пивоваром.

  • Э. Ленц в 1863 году был избран ректором Петербургского университета.

Итак, для расчета количества теплоты, выделяемого током в проводнике, мы получили:

(Слайд 17)  Q = UIt; Q = I2Rt.

Получим еще одну формулу для расчета количества теплоты:

I = U/R подставляем в формулу Q = UIt, получаем:

Выясним, какую из этих формул удобнее применять для последовательного, а какую для параллельного соединения проводников.

Для этого вспомним законы различных видов соединения.

(Два ученика на доске записывают законы последовательного и параллельного соединения проводников).

Параллельное соединение:

I=I1=I2;

U=U1=U2;

U=U1+U2;

I=I1+I2;

R=R1+R2.

1/R=1/R1+1/R2.

Мы видим, что при последовательном соединении не изменяется сила тока (I) , то для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу: Q = I2 R t.

При параллельном соединении проводников не изменяется напряжение (U), тогда для этого вида соединения проводников удобнее использовать формулу:

УСТАЛИ? ДАВАЙТЕ ПРОВЕДЕМ ФИЗМИНУТКУ. (Слайд 18

1. Если учитель называет физическую величину, учащиеся поднимают руки и тянутся вверх. Если учитель называет единицу измерения, то учащиеся руки разводят в стороны.

напряжение

Вольт

работа

сопротивление

Ампер

мощность

Ом

Джоуль

заряд

Ватт

Кулон

удельное сопротивление

время

  1. Закрепление изученного материала

1. Фронтальный опрос

  1. В чем проявляется тепловое действие тока? (В нагревании проводника)

  2. Как можно объяснить нагревание проводника с током? (Движущиеся электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решетки и передают им свою энергию)

  3. Какие превращения энергии происходят при протекании тока через проводник?

(Электрическая энергия превращается во внутреннюю)

  1. Как по закону Джоуля–Ленца рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике с током? (Q=I²Rt)

2. Решение качественных задач (Слайд 19)

Определить количество теплоты, выделяемое проводником, сопротивление которого 1 Ом, в течение 1 секунды. Сила тока в проводнике 1 А.

Работа в группах (Слайд 20)

  1. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если сопротивление проводника уменьшить в 4 раза? (уменьшится в 4 раза)

  2. Как изменится количество теплоты, выделяемое проводником с током, если силу тока в проводнике увеличить в 3 раза? (увеличится в 9 раз)

  3. (ЕГЭ) Как изменится количество теплоты, выделяющееся в проводнике, если его сопротивление уменьшить в два раза, а силу тока увеличить в два раза? (Увеличится в 2 раза)

(Слайд 21

  1. Отрезки одного и того же медного провода разной длины 5 м и 10 м подключили к источнику последовательно. Какой из них выделит большее количество теплоты? Почему? (У которого длина больше)

  2. Два проводника одинаковой длины из одного и того же материала, но разного сечения включили последовательно в цепь. В каком из них выделится большее количество теплоты за одно и то же время? Почему? (У которого площадь сечения меньше)

  3. Почему на одной из ламп выделится большее количество теплоты?

а) Так как сила тока в последовательно соединенных лампах одинакова, то количество теплоты, выделяемое за определенное время, больше в лампе с большим сопротивлением.

б) Так как при параллельном соединении напряжение на концах ламп одинаково, то количество теплоты, выделяемое в единицу времени, больше в лампе с меньшим сопротивлением.

  1. Где человек использует явление нагревание проводника электрическим током?

(Слайд 22)

  1. В каких бытовых приборах? (Слайд 23)

(Слайд 24) Нагревательный элемент – это тонкий проводник в виде спирали, изготовленный из материала с большим удельным сопротивлением и высокой температурой плавления. Это приводит к тому, что основное количество теплоты выделяется в нагревательном элементе электроприбора, а не в подводящих проводах.

  1. ВИДЕОФРАГМЕНТ (Слайд 25)

Можно ли лампу накаливания отнести к электронагревательным приборам?

(Да. Основное излучение лампы накаливания приходится на тепловое, лишь 15 % излучаемой энергии приходится на световую энергию).

  1. Какой вид соединений применяется в квартирах? (Параллельное).

Представьте, что все ваши электроприборы включены, что может произойти? (При параллельном соединении общее сопротивление цепи всегда меньше самого малого сопротивления. Тогда сила тока в цепи значительно увеличится, что приводит к сильному нагреванию даже подводящих проводов. Тогда возможно возгорание изоляции проводов и даже их расплавление, что и происходит иногда, тогда случается пожар. )

Происходит короткое замыкание. Избежать этой опасности помогают плавкие предохранители.

ВИДЕОФРАГМЕНТ (Слайд 26

1. «Верю – не верю» (Слайд 27) 

  1. 2 ученых, работающих в разных странах и не знакомые друг с другом, почти одновременно сделали одно и то же открытие?

  2. Физический закон носит имена владельца пивоваренного завода и ректора Санкт-Петербургского университета?

  3. В конце 19 века Россию называли родиной света?

  4. В некоторых районах Южной Америки и Африки, где не было проведено электричество, можно было внутри жилища увидеть закрытые стеклянные банки, наполненные светлячками! Такие «лампы» давали на зависть яркий свет!

IV. Домашнее задание (Слайд 28

  1. повторить § 12,

  2. изучить по конспекту,

  3. задача 12. 6, 12.7*

  4. желающие учащиеся могут подготовить к следующему уроку сообщения по темам:

  • «Устройство лампы накаливания»

  • Автобиографическая справка: Д. Джоуль, Э. Ленц

  • «Использование теплового действия тока в промышленности и сельском хозяйстве»

V. Самоанализ Рефлексия (цель – осознать смысл выполненного на уроке, понятого, полученные результаты)

2. Итак, подведем итоги (Слайд 29

ОЦЕНКИ ЗА УРОК (с пояснениями учителя)

  1. Сегодня на уроке я узнал …

  2. Мне понравилось …

  3. Знания,  полученные на уроке, пригодятся …

  4. Теперь я могу …

  5. Я понял, что …

  6. У меня получилось …

  7. Было трудно …

  8. Мне захотелось …

  9. Подбери три прилагательных, чтобы охарактеризовать урок

Проанализируйте, пожалуйста, Ваше настроение в конце урока: (Дети изображают смайлики)

Спасибо всем за работу на уроке!

Конвертер энергии и работы • Популярные конвертеры единиц • Определения единиц • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Random converter

Определения единиц конвертера «Конвертер энергии и работы»

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления. Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Определения единиц конвертера «Конвертер энергии и работы» на русском и английском языках

джоуль

Джоуль (Дж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт. В повседневной жизни 1 джоуль энергии требуется для поднятия небольшого яблока (102 г) строго вертикально на высоту один метр.

гигаджоуль

Гигаджоуль (ГДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, кратная джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт. В повседневной жизни приблизительно шесть гигаджоулей тепловой энергии можно получить, если сжечь бочку печного топлива.

мегаджоуль

Мегаджоуль (МДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, кратная джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт. В повседневной жизни одному мегаджоулю приблизительно равна кинетическая энергия легкового автомобиля, движущегося со скоростью 160 км/час.

килоджоуль

Килоджоуль (кДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, кратная джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

миллиджоуль

Миллиджоуль (мДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, дольная по отношении к джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

микроджоуль

Микроджоуль (мкДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, дольная по отношении к джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

наноджоуль

Наноджоуль (нДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, дольная по отношении к джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

пикоджоуль

Пикоджоуль (пДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, дольная по отношении к джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

аттоджоуль

Аттоджоуль (аДж) — единица измерения работы, энергии и количества теплоты в системе СИ, дольная по отношении к джоулю. В механике джоуль равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы (1 ньютон метр или Н·м). В электричестве джоуль обозначает работу, которую совершают силы электрического поля за одну секунду при напряжении в один вольт для поддержания силы тока в один ампер или для поддержания электрического тока в один ампер, протекающего через резистор в один ом в течение одной секунды. Также джоуль можно определить как работу, требуемую для перемещения электрического заряда в один кулон при изменении разности потенциалов на один вольт.

мегаэлектронвольт

Мегаэлектронвольт (МэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10⁻¹⁹ Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

килоэлектронвольт

Килоэлектронвольт (кэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10⁻¹⁹ Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

электрон-вольт

Электронвольт (эВ) — внесистемная единица энергии, равная энергии, необходимой для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В, и используемая в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10⁻¹⁹ Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

миллиэлектронвольт

Миллиэлектронвольт (кэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10-25 Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10-25 Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

микроэлектронвольт

Микроэлектронвольт (кэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10-28 Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10-28 Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

наноэлектронвольт

Наноэлектронвольт (кэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10-31 Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10-31 Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

пикоэлектронвольт

Пикоэлектронвольт (кэВ) — внесистемная единица энергии кратная электронвольту. По определению, электронвольт — это энергия, необходимая для переноса элементарного заряда в электростатическом поле между точками с разницей потенциалов в 1 В. Электронвольт используется в атомной и ядерной физике и в физике элементарных частиц. Так как работа при переносе единичного заряда равна произведению величины этого заряда на разность потенциалов, а элементарный заряд электрона составляет 1.602176565(35)×10-34 Кл, то 1 эВ ≈ 1,6·10-34 Дж. Электронвольт — маленькая величина, поэтому обычно применяются кратные единицы.

эрг

Эрг — единица энергии и механической работы в системе СГС (сантиметр-грамм-секунда). Эрг равен работе силы в одну дину при перемещении тела на расстояние в один сантиметр в направлении действия силы. Через основные единицы СГС эрг выражается как грамм квадратный сантиметр в секунду за секунду (г·см²/с²). Таким образом, эрг равен 100 наноджоулям (нДж) в системе СИ. Эрг — очень маленькая величина. Энергия удара летящего комара равна примерно одному эргу.

гигаватт-час

Гигаватт-час (ГВт·ч) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Гигаватт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один гигаватт в течение одного часа. Отсюда 1 ГВт·ч = 10⁹ Вт · 3600 с = 3600 ГДж. Гигаватт-час используется для измерения потребления больших количеств электроэнергии на предприятиях.

мегаватт-час

Мегаватт-час (МВт·ч) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Мегаватт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один мегаватт в течение одного часа. Отсюда 1 МВт·ч = 10⁶ Вт · 3600 с = 3600 МДж. Мегаватт-час используется для измерения потребления больших количеств электроэнергии на предприятиях.

киловатт-час

Киловатт-час (кВт·ч) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Киловатт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один киловатт в течение одного часа. Отсюда 1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3600 кДж. Киловатт-час используется для измерения потребления электроэнергии в быту и на предприятиях.

киловатт-секунда

Киловатт-секунда (кВт·с) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Киловатт-секунда равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один киловатт в течение одной секунды. Отсюда 1 кВт·с = 1000 Вт · 1 с = 1000 Дж = 0,28 ватт-часа.

ватт-час

Ватт-час (Вт·ч) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Ватт-час равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один ватт в течение одного часа. Отсюда 1 Вт·ч = 1 Вт · 3600 с = 3600 Дж.

ватт-секунда

Ватт-секунда (Вт·с) — внесистемная единица измерения работы или количества произведенной или потребленной энергии. Ватт-секунда равен количеству энергии, потребляемой устройством мощностью один ватт в течение одной секунды. Отсюда 1 Вт·с = 1 Вт · 1 с = 1 Дж.

ньютон-метр

Ньютон-метр (Н·м) — единица измерения работы и количества энергии. Она равна энергии, затраченной на перемещение тела на расстояние одного метра с силой один ньютон или работе, выполненной при таком перемещении. Одного ньютон-метра энергии хватит, чтобы поднять вертикально небольшое яблоко (102 г) на высоту один метр.

лошадиная сила-час

Лошадиная сила-час (лс·ч) — устаревшая внесистемная единица работы и энергии. Лошадиная сила-час определяет количество работы, которую может произвести лошадь в течение одного часа. 1 лс·ч = 2,68 МДж. В промышленности США лошадиная сила-час все еще используется в железнодорожных компаниях при совместной эксплуатации локомотивов.

лошадиная сила (метрич.)-час

Метрическая лошадиная сила (лс·ч) — устаревшая внесистемная единица работы и энергии. Лошадиная сила-час определяет количество работы, которую может произвести лошадь в течение одного часа. 1 лс·ч = 2,65 МДж.

международная килокалория

Международная килокалория (ккал (М)) — единица измерения количества работы и энергии, кратная калории. Во многих областях техники калория заменена джоулем, единицей энергии в системе СИ. Однако калорию все еще часто используют для измерения энергии в химии. Одна международная калория равна 4,1868 Дж по определению Пятой международной конференции по свойствам пара. Калория равна количеству теплоты, необходимой для повышения температуры одного грамма воды на 1°С при стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа).

термохимическая килокалория

Термохимическая килокалория (ккал (Т)) — единица измерения количества работы и энергии, кратная калории. Во многих областях техники калория заменена джоулем, единицей энергии в системе СИ. Однако калорию все еще часто используют для измерения энергии в химии. Одна международная калория равна 4,184 Дж по определению стандарта ISO 31-4. Калория равна количеству теплоты, необходимой для повышения температуры одного грамма воды на 1°С при стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа).

международная калория

Международная калория (кал (М)) — единица измерения количества работы и энергии, кратная калории. Во многих областях техники калория заменена джоулем, единицей энергии в системе СИ. Однако калорию все еще часто используют для измерения энергии в химии. Одна международная калория равна 4,1868 Дж по определению Пятой международной конференции по свойствам пара. Калория равна количеству теплоты, необходимой для повышения температуры одного грамма воды на 1°С при стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа).

термохимическая калория

Термохимическая калория (кал (Т)) — единица измерения количества работы и энергии, кратная калории. Во многих областях техники калория заменена джоулем, единицей энергии в системе СИ. Однако калорию все еще часто используют для измерения энергии в химии. Одна международная калория равна 4,184 Дж по определению стандарта ISO 31-4. Калория равна количеству теплоты, необходимой для повышения температуры одного грамма воды на 1°С при стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа).

большая (пищевая) кал.

Пищевая калория (кал) — единица измерения энергетической ценности (калорийности) пищевых продуктов. Одна пищевая калория равна 4,184 Дж. Калория равна количеству теплоты, необходимой для повышения температуры одного грамма воды на 1°С при стандартном атмосферном давлении (101,325 кПа).

брит. терм. единица (межд., IT)

Британская тепловая (термическая) единица (BTU), англ. British thermal unit — единица измерения энергии, используемая в англоязычных странах и равная 1,055 КДж по стандарту ISO 34-1. Используется, в основном, для обозначения мощности тепловых установок для отопления помещений и кондиционирования воздуха.
BTU определяется как количество тепла, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта при постоянном давлении в одну атмосферу. Существует несколько определений BTU, различающихся определениями калории; значение BTU в разных определениях может отличаться на величину до 0,5 %. При сгорании одной деревянной спички выделяется приблизительно одна BTU.

брит. терм. единица терм.

Термохимическая британская тепловая (термическая) единица (BTU), англ. British thermal unit — единица измерения энергии, используемая в англоязычных странах и равная 1,054 кДж. Используется, в основном, для обозначения мощности тепловых установок для отопления помещений и кондиционирования воздуха.
BTU определяется как количество тепла, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта при постоянном давлении в одну атмосферу. Существует несколько определений BTU, различающихся определениями калории; значение BTU в разных определениях может отличаться на величину до 0,5 %. При сгорании одной деревянной спички выделяется приблизительно одна BTU.

мега BTU (межд., IT)

Миллион британских тепловых (термических) единиц (англ. МегаBTU) — единица измерения энергии, кратная BTU (англ. British thermal unit) и используемая в англоязычных странах и равная 1,055 КДж по стандарту ISO 34-1. Используется, в основном, для обозначения мощности тепловых установок для отопления помещений и кондиционирования воздуха.
BTU определяется как количество тепла, необходимое для того, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на 1 градус Фаренгейта при постоянном давлении в одну атмосферу. Существует несколько определений BTU, различающихся определениями калории; значение BTU в разных определениях может отличаться на величину до 0,5 %. При сгорании одной деревянной спички выделяется приблизительно одна BTU.

тонна-час (холодопроизводительность)

Тонна охлаждения-час — единица энергии, используемая в Северной Америке для измерения производительности по переносу тепла промышленных холодильных установок и систем кондиционирования воздуха. Холодопроизводительность такого промышленного оборудования в США часто указывают в «тоннах охлаждения». Тонна охлаждения — это единица мощности, определяемая как тепло, поглощенное при таянии одной короткой тонны чистого льда при температуре 0°C (32°F) за 24 часа. Это эквивалентно потреблению одной тонны естественного льда в сутки. Единица появилась во время перехода от хранения в ледниках с естественным льдом к механическим холодильникам. Тонна охлаждения приблизительно равна 12000 BTU или 3517 ватт.

эквивалент тонны нефти

Эквивалент тонны (килолитра) нефти — единица энергии, используемая, в основном, в США и определяемая как количество энергии, выделяемое при сжигании одной тонны сырой нефти. Эквивалент тонны нефти приблизительно равен 40,2 ГДж. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании 1000 тонн нефти, чем энергию в 42000 миллиарда джоулей.

эквивалент барреля нефти (США)

Эквивалент барреля нефти — единица энергии, используемая, в основном, в США и определяемая как количество энергии, выделяемое при сжигании одного барреля (42 американских галлона или 200 литров) сырой нефти. Эквивалент барреля нефти приблизительно равен 6,1 ГДж или 5,8 · 10⁶ BTU. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании бочки нефти, чем энергию в 6100 миллионов джоулей.

гигатонна

Гигатонна тринитротолуола (ТНТ) — величина, кратная тонне ТНТ, которая является единицей измерения энергии, равной 4,184 гигаджоуля. Тротиловый эквивалент — мера энерговыделения при взрывах или падениях астероидов и комет, выраженная в количестве тринитротолуола, выделяющем при взрыве такое же количество энергии. Гигатонна ТНТ — единица энергии, равная 4,184 эксаджоуля. Для оценки разрушительного действия ядерного взрыва традиционно используются килотонны и мегатонны.

мегатонна ТНТ

Мегатонна тринитротолуола (ТНТ) — величина, кратная тонне ТНТ, которая является единицей измерения энергии, равной 4,184 гигаджоуля. Тротиловый эквивалент — мера энерговыделения при взрывах или падениях астероидов и комет, выраженная в количестве тринитротолуола, выделяющем при взрыве такое же количество энергии. Мегатонна ТНТ — единица энергии, равная 4,184 петаджоуля. Для оценки разрушительного действия ядерного взрыва традиционно используются килотонны и мегатонны.

килотонна ТНТ

Килотонна тринитротолуола (ТНТ) — величина, кратная тонне ТНТ, которая является единицей измерения энергии, равной 4,184 гигаджоуля. Тротиловый эквивалент — мера энерговыделения при взрывах или падениях астероидов и комет, выраженная в количестве тринитротолуола, выделяющем при взрыве такое же количество энергии. Мегатонна ТНТ — единица энергии, равная 4,184 тераджоуля. Для оценки разрушительного действия ядерного взрыва традиционно используются килотонны и мегатонны.

тонна ТНТ

Тонна тринитротолуола (ТНТ) — единица измерения энергии, равная 4,184 гигаджоуля. Тротиловый эквивалент — мера энерговыделения при взрывах или падениях астероидов и комет, выраженная в количестве тринитротолуола, выделяющем при взрыве такое же количество энергии. Для оценки разрушительного действия ядерного взрыва традиционно используются килотонны и мегатонны. Мегатонна ТНТ — единица энергии, равная 4,184 петаджоуля.

дина-сантиметр

Дина-сантиметр (дин·см) — единица измерения энергии и механической работы в системе СГС (сантиметр-грамм-секунда), равная одному эргу. Дина-сантиметр — работа, выполненная силой в одну дину при перемещении тела на расстояние в один сантиметр. В основных единицах СГС дина-сантиметр равна одному квадратному грамм-сантиметру в секунду за секунду (г·см²/с²). В системе СИ это эквивалентно 100 наноджоулям (нДж). Дина-сантиметр — очень маленькая единица энергии, приблизительно равная энергии, выделяющейся при ударе о препятствие летящего комара.

грамм-сила-метр·

Грамм-сила-метр (г·м) — внесистемная единица механической работы и энергии, равная 9,81 миллиджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один грамм-сила по перемещению тела на расстояние один метр.

грамм-сила-сантиметр

Грамм-сила-сантиметр (г·см) — внесистемная единица механической работы и энергии, равная 98,1 микроджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один грамм-сила по перемещению тела на расстояние один сантиметр.

килограмм-сила-сантиметр

Килограмм-сила-сантиметр (кг·см) — внесистемная единица механической работы и энергии, равная 98,1 миллиджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один килограмм-сила по перемещению тела на расстояние один сантиметр.

килограмм-сила-метр

Килограмм-сила-метр (кг·м) — внесистемная единица механической работы и энергии, равная 9,81 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один килограмм-сила по перемещению тела на расстояние один метр.

килопонд-метр

Килопонд-метр (кг·м) — внесистемная единица механической работы и энергии, равная 1 кгс·м или 9,81 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один килограмм-сила по перемещению тела на расстояние один метр. Килопонд (kp) — название килограмм-силы, принятое в ряде европейских государств.

фунт-сила-фут

Фунт-сила-фут (фунт·фут) — британская единица механической работы и энергии, равная 1,36 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один фунт-сила по перемещению тела на расстояние один фут.

фунт-сила-дюйм

Фунт-сила-дюйм (фунт·дюйм) — британская единица механической работы и энергии, равная 0,113 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один фунт-сила по перемещению тела на расстояние один дюйм.

унция-сила-дюйм

Унция-сила-дюйм (унция·дюйм) — британская единица механической работы и энергии, равная 7,062 миллиджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в одну унцию-сила по перемещению тела на расстояние один дюйм.

футо-фунт

Фут-фунт (фут·фунт) или фут-фут-сила — традиционная американская и британская единица механической работы и энергии, приблизительно равная 1,36 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один фунт-сила по перемещению тела на расстояние один фут. Фут-фунт традиционно используется в США для указания дульной энергии пули в стрелковом оружии.

дюймо-фунт

Дюйм-фунт (дюйм·фунт) или дюйм-фут-сила — традиционная американская и британская единица механической работы и энергии, приблизительно равная 0,113 джоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один фунт-сила по перемещению тела на расстояние один дюйм.

дюймо-унция

Дюйм-унция (дюйм·унция) или дюйм-унция-сила — традиционная американская и британская единица механической работы и энергии, приблизительно равная 7,06 миллиджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в одну унцию-сила по перемещению тела на расстояние один дюйм.

паундаль-фут

Паундаль-фут (паундаль·фут) — традиционная американская и британская единица механической работы и энергии, приблизительно равная 42,16 миллиджоуля в единицах СИ. Это работа, выполненная силой в один паундаль по перемещению тела на расстояние один фут. Паундаль (pdl) — единица силы в системе английских мер, равная 0,1383 Н.

терм

Терм (англ. therm) — единица измерения тепловой энергии, равная 100 000 британских термических единиц (BTU). Единица популярна в Европе на рынке газа, так как примерно эквивалентна теплу, образующемуся при сжигании 100 кубических футов (2,74 кубометра) природного газа. Поскольку газовые счетчики измеряют объем потребляемого газа, а не энергию, которую можно получить при его сжигании, терм используется для преобразования объема газа в его термический эквивалент и таким образом для расчета использованной энергии.

терм (ЕЭС)

Европейский терм (англ. EC therm) — единица измерения тепловой энергии, равная 100 000 международных британских термических единиц (BTU IT). Единица популярна в Европейском союзе на рынке газа, так как примерно эквивалентна теплу, образующемуся при сжигании 100 кубических футов (2,74 кубометра) природного газа. Поскольку газовые счетчики измеряют объем потребляемого газа, а не энергию, которую можно получить при его сжигании, терм используется для преобразования объема газа в его термический эквивалент и таким образом для расчета использованной энергии.

терм (США)

Американский терм (англ. US therm) — единица измерения тепловой энергии, равная 100 000 британских термических единиц (BTU при 59°F). Единица используется на рынке газа в США, так как примерно эквивалентна теплу, образующемуся при сжигании 100 кубических футов (2,74 кубометра) природного газа. Поскольку газовые счетчики измеряют объем потребляемого газа, а не энергию, которую можно получить при его сжигании, терм используется для преобразования объема газа в его термический эквивалент и таким образом для расчета использованной энергии.

энергия Хартри

Энергия Хартри (Eh) — атомная единица энергии, названная в честь английского физика Дугласа Хартри. Энергия Хартри используется в атомной физике и вычислительной химии. Энергия Хартри равна абсолютному значению электрической потенциальной энергии атома водорода в основном состоянии. Eh = 4.359 744 34(19)×10⁻¹⁸ Дж = 27.211 385 05(60) еВ.

эквивалент гигатонны нефти

Эквивалент гигатонны нефти — величина, кратная эквиваленту тонны нефти — единицы энергии, используемой в нефтедобывающей промышленности и определяемой как количество энергии, выделяемое при сжигании одной тонны сырой нефти. Эквивалент тонны нефти приблизительно равен 40,2 ГДж. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании 1000 тонн нефти, чем энергию в 42000 миллиарда джоулей.

эквивалент мегатонны нефти

Эквивалент мегатонны нефти — величина, кратная эквиваленту тонны нефти — единицы энергии, используемой в нефтедобывающей промышленности и определяемой как количество энергии, выделяемое при сжигании одной тонны сырой нефти. Эквивалент тонны нефти приблизительно равен 40,2 ГДж. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании 1000 тонн нефти, чем энергию в 42000 миллиарда джоулей.

эквивалент килобарреля нефти

Эквивалент килобарреля нефти — величина, кратная эквиваленту барреля нефти — единицы энергии, используемой, в основном, в нефтедобывающей промышленности США и определяемой как количество энергии, выделяемое при сжигании одного барреля (42 американских галлона или 200 литров) сырой нефти. Эквивалент барреля нефти приблизительно равен 6,1 ГДж или 5,8 • 10⁶ BTU. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании тысячи бочек нефти, чем энергию в 6100 миллиардов джоулей.

эквивалент миллиарда баррелей нефти

Эквивалент миллиарда баррелей (мегабарреля) нефти — величина, кратная эквиваленту барреля нефти — единицы энергии, используемой, в основном, в нефтедобывающей промышленности США и определяемой как количество энергии, выделяемое при сжигании одного барреля (42 американских галлона или 200 литров) сырой нефти. Эквивалент барреля нефти приблизительно равен 6,1 ГДж или 5,8 • 10⁶ BTU. Иногда эта единица используется для обозначения больших количеств энергии, так как намного легче представить себе энергию, которая выделяется при сжигании тысячи бочек нефти, чем энергию в 6100 миллиардов джоулей.

килограмм тринитротолуола

Килограмм тринитротолуола (ТНТ) — единица измерения энергии, равная 4,184 мегаджоуля, которое приблизительно равно энергии, выделяющейся при детонации одного килограмма тринитротолуола.

Планковская энергия

Планковская энергия — единица измерения энергии в системе Планковских единиц, равная 1,9561 × 10⁹ Дж. Планковская энергия определяется с помощью фундаментальных физических постоянных и имеет размерность энергии L²MT⁻², где L — размерность длины, М — размерность массы и T — размерность времени.

килограмм

Эквивалентность массы и энергии вытекает из известного уравнения Эйнштейна E = mc², где E — энергия, m — масса и c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме. Таким образом, 1 килограмм массы эквивалентен 8,98•10¹⁶ джоулям энергии или (1 J)/c² = 1,112 650 056 × 10⁻¹⁷ кг.
Пример: Реакция двух килограммов исходных веществ: одного килограмма антивещества и одного килограмма вещества могла бы привести к выделению 1.8×10¹⁷ Дж, или 180 петаджоулей энергии, или 43 мегатонн тринитротолуола. Для сравнения, энергия взрыва самого мощного в истории испытанного взрывного устройства, советской «Царь-бомбы», составляла 57 мегатонн или 238 петаджоулей. Бомба весила 27 тонн, а не 2,65 кг.

обратный метр

Волновое число, измеряемое в системе СИ в м⁻¹, является пространственной частотой волнового процесса и в спектроскопии считается равным обратной длине волны. В соответствии с уравнениями де Бройля, для электромагнитного излучения волновое число пропорционально частоте и энергии фотонов: E = mc² = h•c/λ = h•ν, где E — энергия; c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме; λ — длина волны; ν — частота и h = 6,62607015•10⁻³⁴ Дж•с — постоянная Планка. Таким образом, (1 J)/hc = 5.034 117 01(22) × 10²⁴ m⁻¹.

герц

В соответствии с уравнениями де Бройля, для электромагнитного излучения частота пропорциональна энергии фотонов: E = mc² = h•c/λ = h•ν, где E — энергия; c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме; λ — длина волны; ν — частота и h = 6.62607015•10⁻³⁴ Дж•с — постоянная Планка. Таким образом, (1 J)/h = 1.509 190 311(67) × 10³³ Гц.

гигагерц

В соответствии с уравнениями де Бройля, для электромагнитного излучения частота пропорциональна энергии фотонов: E = mc² = h•c/λ = h•ν, где E — энергия; c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме; λ — длина волны; ν — частота и h = 6,62607015•10⁻³⁴ Дж•с — постоянная Планка. Таким образом, (1 J)/h = 1.509 190 311(67) × 10²⁴ ГГц.

терагерц

В соответствии с уравнениями де Бройля, для электромагнитного излучения частота пропорциональна энергии фотонов: E = mc² = h•c/λ = h•ν, где E — энергия; c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме; λ — длина волны; ν — частота и h = 6,62607015•10⁻³⁴ Дж•с — постоянная Планка. Таким образом, (1 J)/h = 1.509 190 311(67) × 10²¹ ТГц.

кельвин

Энергия прямо пропорциональна температуре: E = mc² = k•T, где E — энергия; k = 1,380649×10 ⁻²³ J/K — постоянная Больцмана, которая связывает шкалу энергий со шкалой температур в кельвинах, и T — температура. Следовательно, (1 J)/k = 7,24297051603992 × 10²² K.

aтомная единица массы

Атомная единица массы (а.е.м.) или дальтон (Da), которая также называется углеродной единицей, представляет собой стандартную единицу, используемую для масс молекул и атомов. Она определяется как одна двенадцатая массы нуклида углерода ¹²С или 1,6605•10⁻²⁷ кг. В процессе ядерной реакции масса продуктов реакции оказывается меньше массы исходного вещества. Это связано с превращением массы в энергию. Энергия, освобождаемая в результате ядерной реакции, определяется по известному уравнению Эйнштейна E=mc², где E — энергия, m — масса и c = 299 792 458 м/с — скорость света в вакууме. Следовательно, (1 J)/c² = 6,700 535 85(30)•10⁹ а.е.м.

Преобразовать единицы с помощью конвертера «Конвертер энергии и работы»

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Электрическая калория — Энциклопедия по машиностроению XXL

Различают еще нулевую калорию (нагревание от О до ГС), п я т н а д ц а т н г р а-д у сную (нагревание от 14,5 до 15,5° С) и электрическую калорию, которая опре-  [c.55]

Одна электрическая калория равна 4,186 абс. дж.  [c.55]

Эта калория нашла широкое применение в теплоэнергетике и в других областях науки и техники. Ее называют международной , электротехнической или электрической калорией. В 1930 г. в Берлине Международная энергетическая конференция также рекомендовала международную калорию в качестве практической единицы количества теплоты.  [c.76]


При изучении механических явлений достаточно ввести только три независимые основные единицы измерения—для длины, массы (или сипы) и времени. Этими единицами можно обойтись также и при изучении тепловых и даже электрических явлений. Из физики известно, что размерности тепловых и электрических величин можно выразить через L, М и Т. Например, количество теплоты и температура имеют размерность механической энергии. Однако на практике во многих вопросах термодинамики и газовой динамики принято выбирать единицы измерения для количества теплоты и температуры независимо от единицы измерения механической энергии. Для измерения температуры единицей служит градус Цельсия, для измерения количества теплоты—калория. Эти единицы измерения устанавливаются опытным путём, независимо от единицы измерения для механических величин.  [c.17]

Предположение о равенстве стоимости установленного киловатта и стоимости одной калории для электрических станций, работающих на органическом топливе и на ядерном горючем, вообще не соответствует действительности но в 1960—1970 гг. способы производства электрической энергии путем использования ядерного горючего будут значительно усовершенствованы. Возрастание установленных мощностей атомных станций будет сопровождаться огромной научно-исследовательской работой, созданием опытных конструкций, применением новых конструкционных материалов. Это будет увеличивать стоимость киловатт-часа для атомных станций. Количество выработанной атомными станциями электрической энергии в 1960—1970 гг. будет пока еще значительно меньше количеств энергии, выработанной обычными электрическими станциями.  [c.9]

Соотношение между электрической и тепловой энергией определяется по закону Джоуля-Ленца подставляя в это равенство определенный выше расход тепла в малых калориях и время в секундах, получим  [c.69]

В 1934 г. Постоянная термохимическая комиссия Международного химического общества опубликовала свое первое сообщение [10], в котором временно, в силу различия абсолютных и международных электрических единиц, в качестве условной единицы количества теплоты принимала ту же 15-градусную калорию, определив ее как количество теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды от 14,5 до 15,5°С при нормальном атмосферном давлении.  [c.77]


Простейшим является случай нагревания проволоки путем пропускания по ней электрического тока плотностью / а/сл( в данно.ад случае Aq = JP/u, где а — электропроводность проволоки, а j — число калорий в джоуле. Случай установившейся температуры в проволоке, нагреваемой либо в результате пропускания переменного тока (здесь является функцией г вследствие скин-эффекта), либо за счет индукции, рассматривается в работе [6]. Данная задача совпадает с задачей о нагревании длинной цилиндрической магнитной катушки [7 . Случай индукционного нагрева цилиндра рассматривается в работе [8].  [c.190]

Однако при проектировании современных печей отдают предпочтение газовому нагреву. Стоимость калории теплоты при электрообогреве в Европе в 8—10, В США в 5—7, в СССР в 4—5 раз выше, чем при сжигании газа. Капитальные затраты на печи с газовым обогревом на 15—20% ниже, чем с электрическим, а затраты на ремонт примерно в 2 раза меньше. Газовый нагрев, особенно в период разогрева садки, более эффективен, чем электрический [81. Иностранные фирмы на печах с газовым обогревом устанавливают примерно вдвое меньшее число радиационных труб, чем на таких же по размеру электропечах (табл. 2).  [c.457]

Приравнивая электрическую работу А тепловому эффекту Q, можно определить В. Для этого необходимо тепловую энергию выразить в электрических единицах — джоулях а-сек-в). Так как одна калория эквивалентна 4,1833 дж, то для элемента Даниэля имеем  [c.16]

Приравнивая с некоторым приближением электрическую работу (Л) тепловому эффекту (Q), можно определить Е, для этого необходимо тепловую энергию выразить в электрических единицах-джоулях (а-сек в). Так как одна калория эквивалентна 4,1833 джоулям, для элемента Даниэля имеем  [c.20]

Пример 11. Определить количество калорий тепла, выделенное током в электрическом обогревателе переднего стекла автомобиля в течение 1 ч (т. е. 3600 сев), если напряжение на зажимах обогревателя 6 е, а величина тока в обогревателе 5 а.  [c.20]

К числу важнейших внесистемных единиц, имеющих широкое применение, относятся единицы длины — ангстрем, икс-единица, световой год, парсек площади— ар, гектар объема — литр массы — карат давления — атмосфера, бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба количества теплоты — калория электрической энергии — электронвольт, киловатт-час акустических величин— децибел, фон, октава ионизирующих излучений — рентген, рад, кюри.  [c.32]

Поскольку величина калорий совпадает с величиной удельной теплоемкости воды при различных температурах, то по мере развития экспериментальной техники и повышения точности измерений неизбежно меняется соотношение между различными калориями, а также соотношение калорий с более точно установленными единицами, например механическими или электрическими.  [c.178]

Калориметр-контейнер чаще всего используется для определения истинной теплоемкости веществ в различных диапазонах температур. Для этого в ряде последовательно проводимых опытов калориметр-контейнер с веществом нагревают при помощи нагревателя, являющегося непременной частью контейнера. В каждом из этих опытов измеряют количество введенной в калориметр электрической энергии (в джоулях или калориях) и изменение температуры калориметра Д/. Величина At в этом случае обязательно должна быть измерена в градусах Международной температурной шкалы, так  [c.224]

Количество тепла, выделяемое проводником при прохождении по нему электрического тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока и выражается в калориях  [c.124]

Калория-2 является кремнийорганической жидкостью, которая отличается очень малой зависимостью электрических характеристик от температуры и частоты в интервале температур от —60 до -И00°. Характерной особенностью кремнийорганических электроизоляционных жидкостей является слабая зависимость их вязкости от температуры, что облегчает пропитку ими волокнистой изоляции. Кремнийорганические жидкости нетоксичны, не обладают коррозийной активностью, но являются горючими веществами.  [c.15]

Калория-2 — кремнийорганическая жидкость, обладающая повышенной нагревостойкостью и морозостойкостью. Кремнийорганические жидкости могут применяться в широком интервале температур от—60 (—70) до + 180-г+200°С. Характерной особенностью кремнийорганических электроизоляционных жидкостей является слабая зависимость их вязкости от температуры, что облегчает пропитку и.ми волокнистой изоляции. Жидкость калория-2 отличается очень малой зависимостью электрических характеристик от температуры и частоты в интервале температур от—60 до +100° С. Кремнийорганические жидкости нетоксичны, не обладают коррозионной активностью, но являются горючими веществами.  [c.23]


Электрическая энергия может быть выражена и в тепловых единицах — калориях, для этого пользуются зависимостью, согласно которой 1 вт-с соответствует 0,24 кал.  [c.11]

Внесистемные единицы. До настоящего времени находили широкое применение на практике некоторые единицы, не входившие ни в одну из систем. Эти единицы были введены в разное время из соображений удобства измерений соответствующих фактических величин в различных сферах деятельности человека. Например, для измерения длины применяют ангстрем, световой год, парсек площади — ар, гектар объема — литр массы — карат давления — атмосферу, бар, миллиметр ртутного столба, миллиметр водяного столба количества теплоты калорию электрической энергии — электрон-вольт, киловатт-час акустических величин — децибел, фон, октаву ионизирующих излучений — рентген, рад, кюри.  [c.26]

Если тепло выражать в калориях, то Q=0,24 / i. Произведение I2 R i = W определяет количество расходуемой электрической энергии, коэффициент 0,24 (тепловой эквивалент) переводит эту энергию в тепловую.  [c.7]

Технической единицей количества теплоты служит килограмм-калория (ккал). Стандартная килокалория—количество тепла, необходимого для нагревания 1 кг химически чистой воды от 19,5°С до 20,5°С при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) на 45° параллели на уровне моря. В отличие от стандартной килокалории существует международная (электрическая) килокалория,  [c.16]

Следует заметить, что внедрению метрической системы мер способствовало также то обстоятельство, что единицы многих физических величин с самого начала были образованы с использованием метрических мер (калория, электрические единицы и др.) и в таком именно виде пришли с Запада в Россию.  [c.182]

БЕТ работы таким образом, чтобы коэффициенты пропорциональност1Г сделать близкими к единице по отношению к старой калории тепла и старой БЕТ тепла. Такое определение, выраженное в электрических единицах работы, было предложено I Международной конференцией по таблицам водяного пара в Лондоне в 1929 г. Согласно этому определению одна международная калория 1 кал(межд.) = / бо вт-ч. Переход от международной калории к килограммометру производится па соотношению  [c.12]

Внедрение Международной системы единиц в практику облегчается тем, что большинство единиц этой системы уже широко применяется. К их числу относятся единица длины— метр, единица массы—килограмм, единица времени—секунда, значительная часть электрических единиц, световые единицы и т. д. Таким образом, внедрение будет заключаться в переходе к применению сравнительно небольшого числа единиц, еще не получивших широкого распространения, таких, как единица силы — ньютон, единица давления и напряжения — ньютон на квадратный метр, единица работы и энергии — джоуль, единицы магнитных величин — вебер, тесла, ампер на метр и др. Одновременно надлежит прекратить применение единиц, не входящих в СИ, но широко используемых в практике, в частности единиц систем СГС и МКГСС, а также многих внесистемных единиц единицы давления — килограмм-силы на квадратный сантиметр, миллиметра ртутного столба, миллиметра водяного столба, единицы мощности — лошадиной силы, единицы энергии — ватт-часа и киловатт-часа,, единицы количества теплоты — калории и килокалории и т. д.  [c.8]

Здесь и далее тепловые величины измеряют в калориях и в единицах СГС, а электрические величины — в практической системе едиизщ.  [c.150]

В СССР освоен промышленный выпуск полиэтилсилоксановых жидкостей с температурами кипения от ПО до 250° С и выше при давлении 1 мм рт. ст. Для электротехнических целей предназначается специально очищенная полиэтилсилоксановая жидкость, состоящая из фракций с температурой кипения более 165° С при 1 мм рт. ст. (калория-2, ТУ МХП № 3533—54). Физико-химические свойства этой жидкости аналогичны приведенным в табл. 76 для соответствующих фракций. Электрические характеристики калории-2 приведены в табл. 75.  [c.191]

Для повышения электрической прочности изоляции, трансформаторов, кабелей и бумажных конденсаторов применяют жидкие диэлектрики (трансформаторное и конденсаторные масла, совол, октол, калория-2 ). Трансформаторное масло используют как диэлектрик в различной высоковольтной аппаратуре, В трансформаторах масло является также охлаждающей средой, в масляных выключателях — дугогасящей средой.  [c.30]

Количество тепла измеряется в калориях, 1 кг-кал нагревает 1 кг воды от 14,5 до 15,5°, 860 кг-кал — 1 kWh. Измеряется в частности количество теплоты, которое поглощается или выделяется 1) при переходе с одного тела (проводник тепла) на другое, а) вследствие изменения температуры от до и ) изменения агрегатного состояния 2) при химических и химико-физических процессах, особенно при сгорании 3) при электрических процессах. При теплоте особенно большое значение имеет накопление, поэто.аду при всех опытах, в которых вяияние теплоты играет значительную роль, принимать во внимание явление накопления. Различают 1) опыты при установившемся состоянии от рассматриваемой аппаратуры берется столько же энергии, сколько подводится, так что первая служит мерой второй разницу между количеством энергии в конце опыта и в начале учитывают, делая соответствующую поправку 2) опыты при пуске или после выключения до остановки при этом следят за возрастанием или исчезновением энергии в наблюдаемой аппаратуре, когда только воспринимают или отдают ее, т. е. накопляют или отпускают непредусмотренная отдача или потребление должны быть учтены в виде поправки.  [c.774]


Под калорией (международной) нонимается количество теплоты, равное 4,1868 дж. Эта зависимость установлена V Международной конференцией по свойствам водяного пара в 1956 г. и полут1ена по соотношению с электрической энергией 1 кал = 1/859,845 вт-ч.  [c.57]

Общее количество тепла в малых калориях, выделяемое на участке электрической цепи с активным сопротивлением Н ом при токе / а и длительности его протекания Ь сек., определяется по закону, впервые сформулированному русским физиком Ленцем.  [c.17]

Воспламенение рабочей смеси в. карбюраторных и газовых двигателях, характеризуемых яиэкой степенью сжатия, осуществляется электрической йскрой, а в калори заторных двигателях — запальным шаром. В дизелях в связи С высокими степенями сжатия топливо, подаваемое в их цилиндр, воспламеняется без постороинего источника зажигания  [c.562]


Тепло, работа и энергия

Тепло (энергия)

Единица измерения тепла (или энергии) в системе СИ составляет джоуль (Дж) .

С разницей температур

Другими единицами измерения тепла являются британская тепловая единица — британские тепловые единицы (количество тепла для подъема 1 фунта воды на 1 o F ) и Калорийность (количество тепла, чтобы поднять 1 грамм воды на 1 o C ( или 1 K )).

калорий определяется как количество тепла, необходимое для изменения температуры одного грамма жидкой воды на один градус Цельсия (или один градус Кельвина).

1 кал = 4,184 Дж

1 Дж = 1 Втс

= (1 Втс) (1/3600 ч / с)

= 2,78 10 -4 Втч

= 2,78 10 -7 кВтч

Тепловой поток (мощность)

Теплопередача только в результате разницы температур называется тепловым потоком . В системе СИ для теплового потока Дж / с или ватт (Вт) — то же, что и мощность. Один ватт определяется как 1 Дж / с .

Удельная энтальпия

Удельная энтальпия — это мера полной энергии в единице массы. Обычно используются единицы СИ: Дж / кг или кДж / кг .

Термин относится к общей энергии, обусловленной давлением и температурой текучей среды (например, воды или пара) в любой данный момент времени и при любых условиях.В частности, энтальпия — это сумма внутренней энергии и работы, совершаемой под действием приложенного давления.

Тепловая мощность

Тепловая мощность системы составляет

  • количество тепла, необходимое для изменения температуры всей системы на один градус .

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость (= удельная теплоемкость) — это количество тепла, необходимое для изменения температуры на одну единица массы вещества на на один градус .

Удельная теплоемкость может быть измерена в Дж / г K, Дж / кг K , кДж / кг K, кал / гK или БТЕ / фунт o F и более .

Никогда не используйте табличные значения теплоемкости без проверки единиц фактических значений!

Удельную теплоемкость для обычных продуктов и материалов можно найти в разделе «Свойства материала».

Удельная теплоемкость — постоянное давление

Энтальпия — или внутренняя энергия — вещества зависит от его температуры и давления.

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном давлении — это удельная теплоемкость при постоянном давлении — c p .

Удельная теплоемкость — постоянный объем

Изменение внутренней энергии относительно изменения температуры при фиксированном объеме — это удельная теплоемкость при постоянном объеме — c v .

Если давление не является чрезвычайно высоким, работой, выполняемой приложением давления к твердым телам и жидкостям, можно пренебречь, а энтальпия может быть представлена ​​только компонентом внутренней энергии.Можно сказать, что теплота при постоянном объеме и при постоянном давлении равны.

Для твердых и жидких веществ

c p = c v (1)

Удельная теплоемкость представляет собой количество энергии, необходимое для подъема 1 кг вещества на 1 o C (или 1 K) , и ее можно рассматривать как способность поглощать тепло. Единицы измерения удельной теплоемкости в системе СИ: Дж / кг · К (кДж / кг, o C) .Вода имеет большую удельную теплоемкость 4,19 кДж / кг o C по сравнению со многими другими жидкостями и материалами.

  • Вода — хороший теплоноситель!

Количество тепла, необходимое для повышения температуры

Количество тепла, необходимое для нагрева объекта от одного температурного уровня до другого, может быть выражено как:

Q = c p m dT ( 2)

, где

Q = количество тепла (кДж)

c p = удельная теплоемкость (кДж / кг · K)

м = масса (кг )

dT = разница температур между горячей и холодной стороной (K)

Пример воды для отопления

Рассмотрим энергию, необходимую для нагрева 1.0 кг воды от 0 o C до 100 o C при удельной теплоемкости воды 4,19 кДж / кг o C :

Q = (4,19 кДж / кг o C ) (1,0 кг) ((100 o C) — (0 o C))

= 419 (кДж)

Работа

С технической точки зрения работа и энергия — одно и то же, но работа — это результат, когда направленная сила (вектор) перемещает объект в одном направлении.

Объем выполненной механической работы можно определить с помощью уравнения, полученного из ньютоновской механики

Работа = Приложенная сила x Расстояние, перемещенное в направлении силы

или

W = F l (3)

, где

W = работа (Нм, Дж)

F = приложенная сила (Н)

l = длина или пройденное расстояние (м)

Рабочий стол также можно описать как произведение приложенного давления и вытесненного объема:

Работа = Приложенное давление x Вытесненный объем

или

W = p A l (3b)

, где

p = приложенное давление (Н / м 2 , Па)

A = под давлением площадь (м 2 )

l = длина или расстояние, на которое зона давления перемещается под действием приложенной силы (м)

Пример — Работа, выполняемая силой

Работа, выполняемая силой 100 Н перемещение тела 50 м можно рассчитать как

W = (100 Н) (50 м)

= 5000 (Нм, Дж)

Единица измерения — джоуль, J, который определяется как количество работы, выполненной, когда сила 1 ньютон действует на расстоянии 1 м в направлении силы.

1 Дж = 1 Нм

Пример — Работа под действием силы тяжести

Работа, выполненная при подъеме массы 100 кг на высоте 10 м может быть рассчитана как

W = F г ч

= mgh

= (100 кг) (9,81 м / с 2 ) (10 м)

= 9810 (Нм, Дж)

, где

F г = сила тяжести — или вес (Н)

г = ускорение свободного падения 9.81 (м / с 2 )

h = высота (м)

В британских единицах измерения единичная работа выполняется при весе 1 фунт f (фунт-сила) является поднимается вертикально против силы тяжести на расстояние 1 фут . Единица называется фунт-фут .

Поднят объект массой 10 снарядов 10 футов . Проделанная работа может быть рассчитана как

W = F g h

= m g h

= (10 пробок) (32.17405 фут / с 2 ) (10 футов)

= 3217 фунтов f футов

Пример — Работа, связанная с изменением скорости

Работа, выполненная при массе 100 кг ускоряется от от скорости 10 м / с до скорости 20 м / с можно рассчитать как

W = (v 2 2 — v 1 2 ) м / 2

= ((20 м / с) 2 — (10 м / с) 2 ) (100 кг) / 2

= 15000 (Нм, Дж)

где

v 2 = конечная скорость (м / с)

v 1 = начальная скорость (м / с)

Energy

Energy — это способность делать работа (перевод с греческого — «работа внутри»).Единицей измерения работы и энергии в системе СИ является джоуль, определяемый как 1 Нм .

Движущиеся объекты могут выполнять работу, потому что обладают кинетической энергией. («кинетический» означает «движение» по-гречески).

Количество кинетической энергии, которой обладает объект, можно рассчитать как

E k = 1/2 мВ 2 (4)

, где

m = масса объекта (кг)

v = скорость (м / с)

Энергия положения уровня (запасенная энергия) называется потенциальной энергией.Это энергия, связанная с силами притяжения и отталкивания между объектами (гравитация).

Полная энергия системы складывается из внутренней, потенциальной и кинетической энергии. Температура вещества напрямую связана с его внутренней энергией. Внутренняя энергия связана с движением, взаимодействием и связыванием молекул внутри вещества. Внешняя энергия вещества связана с его скоростью и местоположением и является суммой его потенциальной и кинетической энергии.

Урок физики

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно накапливается или выделяется. Прирост или потеря тепла приводят к изменениям температуры, изменению состояния или выполнения работы. Тепло — это передача энергии. Когда объект приобретается или теряется, внутри этого объекта будут происходить соответствующие изменения энергии. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект.А когда работа сделана, происходит полная передача энергии объекту, над которым она выполняется. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как измерить количество тепла, полученного или выделенного объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаково. Будут ли предметы нагреваться одинаково? Ответ: скорее всего, нет.Разные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Удельная теплоемкость относится к количеству тепла, необходимому для изменения температуры единицы массы (скажем, грамма или килограмма) на 1 ° C. В учебниках часто указывается удельная теплоемкость различных материалов. Стандартные метрические единицы — Джоуль / килограмм / Кельвин (Дж / кг / К). Чаще используются единицы измерения — Дж / г / ° C. Используйте виджет ниже, чтобы просмотреть удельную теплоемкость различных материалов.Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. Д.) И нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.


Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж / г / ° C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж / г / ° C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1 ° C потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1 ° C.Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребуется примерно вдвое больше тепла по сравнению с тем же изменением температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти вдвое больше, чем у железа.

Тепловая мощность указана из расчета на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается на основе на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе на сумму , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от того, сколько вещества имеется.Эту истину, несомненно, знает всякий, кто варил на плите кастрюлю с водой. Вода закипает при температуре 100 ° C на уровне моря и при слегка пониженной температуре на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее сначала нужно поднять до 100 ° C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла горелкой печи. Быстро замечаешь, что для того, чтобы довести до кипения полную кастрюлю с водой, требуется значительно больше времени, чем для того, чтобы довести до кипения наполовину полную. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры.Фактически, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в двойной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана из расчета на K или на ° C. Тот факт, что удельная теплоемкость указана из расчета на градус , указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры.Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20 ° C до 100 ° C (изменение на 80 ° C) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60 ° C до 100 ° C (изменение на 40 ° C). ° С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80 ° C требуется вдвое больше тепла по сравнению с изменением на 40 ° C. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды вместо холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного заключительного комментария. Термин «удельная теплоемкость» в некотором роде неверно обозначает , . Этот термин означает, что вещества могут обладать способностью удерживать вещь , называемую теплотой. Как уже говорилось ранее, тепло — это не то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается к объекту или от него. Объекты содержат энергию в самых разных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с разной температурой, мы называем переданной энергией тепла или тепловой энергии .Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергоемкость.


Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и ее результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m • C • ΔT

где Q — количество тепла, передаваемого к объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, а ΔT — результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех других ситуациях в науке, значение дельта (∆) для любой величины вычисляется путем вычитания начального значения количества из окончательного значения количества. В этом случае ΔT равно T final — T initial .При использовании приведенного выше уравнения значение Q может быть положительным или отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает, что объект получил тепловую энергию из окружающей среды; это соответствовало бы повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это соответствовало бы снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет человеку вычислить четвертое количество. Обычная задача на многих уроках физики включает решение проблем, связанных с отношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две проблемы ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример проблемы 1
Какое количество тепла требуется для повышения температуры 450 граммов воды с 15 ° C до 85 ° C? Удельная теплоемкость воды 4.18 Дж / г / ° C.

Как и любая проблема в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
Т начальная = 15 ° С
T окончательная = 85 ° C

Мы хотим определить значение Q — количество тепла.Для этого мы использовали бы уравнение Q = m • C • ΔT. Буквы m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температуре.

T = T окончательный — T начальный = 85 ° C — 15 ° C = 70 ° C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить для Q.

Q = m • C • ΔT = (450 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (70 ° C)
Q = 131670 Дж
Q = 1.3×10 5 J = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

Пример задачи 2
Образец 12,9 грамма неизвестного металла при температуре 26,5 ° C помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 граммов воды при температуре 88,6 ° C. Вода охлаждается, и металл нагревается, пока не будет достигнуто тепловое равновесие при 87,1 ° C. Предполагая, что все тепло, теряемое водой, передается металлу, а чашка идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла.Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж / г / ° C.


По сравнению с предыдущей проблемой это гораздо более сложная проблема. По сути, эта проблема похожа на две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q вода ), равно количеству тепла, полученного металлом (Q металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно вычислить Q water .Это значение Q воды равно значению металла Q . Как только значение металла Q известно, его можно использовать со значением m и ΔT металла для расчета металла Q . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

Часть 1: Определение потерь тепла водой

Дано:

м = 50,0 г
C = 4,18 Дж / г / ° C
Т начальная = 88,6 ° С
Т финальный = 87.1 ° С
ΔT = -1,5 ° C (T конечный — T начальный )

Решение для воды Q :

Q вода = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (-1,5 ° C)
Q вода = -313,5 Дж (без заземления)
(Знак — означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определите стоимость металла C

Дано:

Q металл = 313.5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
m = 12,9 г
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательная = 87,1 ° C
ΔT = (T конечный — T начальный )

Solve для металла C :

Переставьте Q металл = m металл • C металл • ΔT металл , чтобы получить металл C = Q металл / (m металл • ΔT металл )

C металл = Q металл / (м металл • ΔT металл ) = (313.5 Дж) / [(12,9 г) • (60,6 ° C)]
C металл = 0,40103 Дж / г / ° C
C металл = 0,40 Дж / г / ° C (округлено до двух значащих цифр)


Тепло и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m • C • ∆T) связывает тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло накапливается или теряется, но температура не меняется.Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количества тепла.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца материи. В таблице ниже перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс

Изменение состояния

Плавка

от твердого до жидкого

Замораживание

От жидкости к твердому веществу

Испарение

От жидкости к газу

Конденсация

Газ — жидкость

Сублимация

Твердое тело в газ

Депонирование

Газ — твердое вещество


В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества должна быть добавлена ​​энергия, чтобы вызвать изменение состояния.Такие изменения состояния называют эндотермическими. Замораживание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; энергия приобретается льдом, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Есть ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Безусловно, есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех вещей. Это зависит от того, что такое субстанция, от того, сколько субстанции претерпевает изменение состояния, и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для плавления железа. И для таяния льда (твердая вода) требуется другое количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10 требуется другое количество энергии.0 граммов льда по сравнению с таянием 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, которые влияют на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с изменением состояния твердое-жидкое.)


Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты испарения указаны из расчета на количество .Например, удельная теплота плавления воды составляет 333 Дж / грамм. Чтобы растопить 1,0 грамм льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10 граммов льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Такое рассуждение приводит к следующим формулам, связывающим количество тепла с массой вещества и теплотой плавления и испарения.

Для плавления и замораживания: Q = m • ΔH плавление
Для испарения и конденсации: Q = m • ΔH испарение

, где Q представляет количество энергии, полученной или высвобожденной во время процесса, m представляет собой массу образца, ΔH плавление представляет собой удельную теплоту плавления (на грамм) и ΔH испарения представляет собой удельную теплоемкость плавления испарение (из расчета на грамм).Подобно обсуждению Q = m • C • ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и испарения; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен набирать энергию, чтобы плавиться или испаряться. Значения Q отрицательны для процесса замораживания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или конденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3
Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и высвобождено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж / г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 грамма), теплоту плавления (333 Дж / г) и количество энергии (Q): Q = m • ΔH fusion .Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м • ΔH плавление = (48,2 г) • (333 Дж / г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 4 Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задачи 3 включает в себя довольно простой расчет типа plug-and-chug. Теперь мы попробуем Пример задачи 4, который потребует более глубокого анализа.

Пример задачи 4
Какое минимальное количество жидкой воды на 26.5 градусов, которые потребуются, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды составляет 4,18 Дж / г / ° C, а удельная теплота плавления льда — 333 Дж / г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, на каждый грамм льда необходимо передать 333 Дж энергии. Эта передача энергии от жидкой воды ко льду охлаждает жидкость.Но жидкость может охладиться только до 0 ° C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет затвердевать (замерзнуть), а лед полностью не растает.

Мы знаем следующее о льду и жидкой воде:

Информация о льду:

м = 50,0 г
ΔH плавление = 333 Дж / г

Информация о жидкой воде:

С = 4.18 Дж / г / ° C
Т начальная = 26,5 ° С
T окончательный = 0,0 ° C
ΔT = -26,5 ° C (T конечный — T начальный )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной из воды.

Q лед = -Q жидкая вода

Знак — указывает, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q лед = m • ΔH плавление = (50.0 г) • (333 Дж / г)
Q лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m • C • ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 Дж = -Q жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • C жидкая вода • ΔT жидкая вода
16650 Дж = -м жидкая вода • (4.18 Дж / г / ° C) • (-26,5 ° C)
16650 Дж = -м жидкая вода • (-110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = — (16650 Дж) / (- 110,77 Дж / ° C)
м жидкая вода = 150,311 г
м жидкая вода = 1,50×10 2 г (округлено до трех значащих цифр)


Еще раз о кривых нагрева и охлаждения

На предыдущей странице Урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды.Кривая нагрева показывала, как температура воды увеличивалась с течением времени по мере нагрева образца воды в твердом состоянии (т. Е. Льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает преобразование воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает преобразование воды из жидкого состояния в газообразное.Эти изменения состояния произошли без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, не имеющей температуры фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых нагрева на более количественной основе. На диаграмме ниже представлена ​​кривая нагрева воды. На нанесенных линиях есть пять помеченных участков.


Три диагональных участка представляют собой изменения температуры пробы воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5).Две горизонтальные секции представляют изменения в состоянии воды. На участке 2 проба воды тает; твердое вещество превращается в жидкость. В секции 4 образец воды подвергается кипению; жидкость превращается в газ. Количество тепла, передаваемого воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m • C • ΔT. А количество тепла, переданного воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и испарения формулами Q = m • ΔH fusion (секция 2) и Q = m • ΔH испарение (раздел 4).Итак, теперь мы попытаемся вычислить количество тепла, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0 ° C в газообразное состояние при 120,0 ° C. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу для каждого раздела приведенного выше графика. Хотя удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения теплоемкости:

Твердая вода: C = 2,00 Дж / г / ° C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж / г / ° C
Газообразная вода: C = 2.01 Дж / г / ° C

Наконец, мы будем использовать ранее сообщенные значения ΔH слияния (333 Дж / г) и ΔH испарения (2,23 кДж / г).

Раздел 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0 ° C до 0,0 ° C.

Используйте Q 1 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж / г / ° C, T начальная = -200 ° C и T конечная = 0,0 ° C

Q 1 = m • C • ΔT = (50.0 г) • (2,00 Дж / г / ° C) • (0,0 ° C — -20,0 ° C)
Q 1 = 2,00 x10 3 Дж = 2,00 кДж

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0 ° C.

Используйте Q 2 = m • ΔH сварка

, где m = 50,0 г и ΔH плавление = 333 Дж / г

Q 2 = m • ΔH плавление = (50,0 г) • (333 Дж / г)
Q 2 = 1,665 x10 4 J = 16.65 кДж
Q 2 = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0 ° C на 100,0 ° C.

Используйте Q 3 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж / г / ° C, T начальная = 0,0 ° C и T конечная = 100,0 ° C

Q 3 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (4,18 Дж / г / ° C) • (100,0 ° C — 0,0 ° C)
Q 3 = 2.09 x10 4 Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0 ° C.

Используйте Q 4 = m • ΔH испарение

, где m = 50,0 г и ΔH испарение = 2,23 кДж / г

Q 4 = m • ΔH испарение = (50,0 г) • (2,23 кДж / г)
Q 4 = 111,5 кДж
Q 4 = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Раздел 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100.От 0 ° C до 120,0 ° C.

Используйте Q 5 = m • C • ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж / г / ° C, T начальная = 100,0 ° C и T конечная = 120,0 ° C

Q 5 = m • C • ΔT = (50,0 г) • (2,01 Дж / г / ° C) • (120,0 ° C — 100,0 ° C)
Q 5 = 2,01 x10 3 J = 2,01 кДж

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20 ° C в газообразную воду при 120 ° C, является суммой значений Q для каждого участка графика.То есть

Q итого = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5

Суммирование этих пяти значений Q и округление до нужного числа значащих цифр приводит к значению 154 кДж в качестве ответа на исходный вопрос.


В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

  • Первое: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет собой одну из пяти частей графика.Поскольку было вычислено пять значений Q, они были помечены как Q 1 , Q 2 и т. Д. Этот уровень организации требуется в многоступенчатой ​​задаче, такой как эта.
  • Секунда: Внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины за вычетом начального значения этой величины.
  • Третий: На протяжении всей задачи внимание уделялось подразделениям.Единицы Q будут либо в Джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие количества умножаются. Отсутствие внимания к устройствам — частая причина сбоев в подобных проблемах.
  • Четвертый: На протяжении всей задачи внимание уделялось значащим цифрам. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом какой-либо проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

Мы узнали здесь, на этой странице, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева / охлаждения и в любом процессе изменения состояния.Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице Урока 2, посвященной калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

Проверьте свое понимание

1. Вода имеет необычно высокую удельную теплоемкость. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а.По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
c. По сравнению с другими веществами, образец воды требует значительного количества тепла, чтобы немного изменить ее температуру.

2. Объясните, почему в больших водоемах, таких как озеро Мичиган, может быть довольно холодно в начале июля, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90 ° F (32 ° C).

3. В таблице ниже описан термический процесс для различных объектов (выделен красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, набирается или теряется тепло объектом, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

Процесс

Получено или потеряно тепло?

Эндо- или экзотермический?

Q: + или -?

а.

Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.

г.

Холодный стакан лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32 ° F.

г.

Конфорки на электроплите выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.

г.

Учитель вынимает из термоса большой кусок сухого льда и опускает его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный диоксид углерода.

e.

Водяной пар в увлажненном воздухе ударяется о окно и превращается в каплю росы (каплю жидкой воды).

4. Образец металлического цинка массой 11,98 грамма помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4 ° C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенополистирола, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T = 27,0 ° C; плотность = 1,00 г / мл). Вода прогревается до температуры 28.1 ° С. Определите удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из туалета банку с газировкой и выливает ее в чашку со льдом. Определите количество тепла, теряемого содой комнатной температуры при плавлении 61,9 г льда (ΔH fusion = 333 Дж / г).

6. Теплота сублимации (ΔH сублимация ) сухого льда (твердый диоксид углерода) составляет 570 Дж / г. Определите количество тепла, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода.(Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры 3,82-граммового образца твердого пара-дихлорбензола с 24 ° C до жидкого состояния при 75 ° C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54 ° C, теплоту плавления 124 Дж / г и удельную теплоемкость 1,01 Дж / г / ° C (твердое состояние) и 1,19 Дж / г / ° C (жидкое состояние).

3.12: Расчет энергоемкости и теплоемкости

Цели обучения

  • Связать теплопередачу с изменением температуры.

Тепло — знакомое проявление передачи энергии. Когда мы прикасаемся к горячему объекту, энергия перетекает от горячего объекта к нашим пальцам, и мы воспринимаем эту поступающую энергию как «горячий» объект. И наоборот, когда мы держим кубик льда в ладонях, энергия перетекает из руки в кубик льда, и мы воспринимаем эту потерю энергии как «холод».«В обоих случаях температура объекта отличается от температуры нашей руки, поэтому мы можем сделать вывод, что разница температур является основной причиной теплопередачи.

Удельную теплоемкость вещества можно использовать для расчета изменения температуры, которому подвергнется данное вещество при нагревании или охлаждении. Уравнение, связывающее тепло \ (\ left (q \ right) \) с удельной теплоемкостью \ (\ left (c_p \ right) \), массой \ (\ left (m \ right) \) и изменением температуры \ (\ left (\ Delta T \ right) \) показан ниже.

\ [q = c_p \ times m \ times \ Delta T \]

Поглощаемое или выделяемое тепло измеряется в джоулях. Масса измеряется в граммах. Изменение температуры определяется выражением \ (\ Delta T = T_f — T_i \), где \ (T_f \) — конечная температура, а \ (T_i \) — начальная температура.

Каждое вещество имеет характерную удельную теплоемкость, которая выражается в единицах кал / г • ° C или кал / г • К, в зависимости от единиц, используемых для выражения Δ T .\text{o} \text{C} \right)\)»> 0.233

Направление теплового потока не отображается в heat = mc Δ T . Если энергия поступает в объект, общая энергия объекта увеличивается, и значения тепла Δ T положительны. Если энергия исходит из объекта, общая энергия объекта уменьшается, а значения тепла и Δ T являются отрицательными.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

A \ (15.0 \: \ text {g} \) кусок металлического кадмия поглощает \ (134 \: \ text {J} \) тепла, поднимаясь из \ (24.\ text {o} \ text {C} \]

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Какое количество тепла передается при нагревании блока металлического железа весом 150,0 г с 25,0 ° C до 73,3 ° C? Какое направление теплового потока?

Решение

Мы можем использовать heat = mc Δ T , чтобы определить количество тепла, но сначала нам нужно определить Δ T . Поскольку конечная температура утюга составляет 73,3 ° C, а начальная температура составляет 25,0 ° C, Δ T составляет:

Δ T = T конечный T начальный = 73.\ circ C) = 782 \: cal} \]

Обратите внимание, как единицы измерения грамм и ° C отменяются алгебраически, оставляя только единицу калорий, которая является единицей тепла. Поскольку температура железа увеличивается, энергия (в виде тепла) должна переходить в металл .

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Какое количество тепла передается при охлаждении блока металлического алюминия массой 295,5 г с 128,0 ° C до 22,5 ° C? Какое направление теплового потока?

Ответ
Тепло уходит из алюминиевого блока.

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Образец красновато-коричневого металла массой 10,3 г выделил 71,7 кал тепла при снижении его температуры с 97,5 ° C до 22,0 ° C. Какова удельная теплоемкость металла? Можете ли вы идентифицировать металл по данным в Таблице \ (\ PageIndex {1} \)?

Решение

Вопрос дает нам тепло, конечную и начальную температуры, а также массу образца. Значение Δ T составляет:

Δ T = T конечный T начальный = 22.\ circ C)}} \)

c = 0,0923 кал / г • ° C

Это значение удельной теплоемкости очень близко к значению, приведенному для меди в таблице 7.3.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

10,7 г кристалла хлорида натрия (NaCl) имеет начальную температуру 37,0 ° C. Какова конечная температура кристалла, если на него было подано 147 кал тепла?

Ответ

Сводка

Проиллюстрированы расчеты удельной теплоемкости.

Материалы и авторство

Эта страница была создана на основе содержимого следующими участниками и отредактирована (тематически или широко) командой разработчиков LibreTexts в соответствии со стилем, представлением и качеством платформы:

Удельная теплоемкость — обзор

2.31.2.2.1 Линейное сканирование

Наиболее распространенным режимом работы DSC является нагрев или охлаждение с постоянной скоростью. Основным результатом такого эксперимента является график зависимости скорости теплового потока от времени.Если температура позиции образца известна, то данные также могут быть представлены как зависимость скорости теплового потока от температуры. (Следует знать, что обычно измеряется температура около образца, а не сама температура образца.) На рисунке 2 показан типичный пример.

Рис. 2. Температурный профиль и измеренная скорость теплового потока для (а) пустых кастрюль, (б) калибровочного стандарта сапфира (31,3 мг) и (в) изначально аморфного ПЭЭК (29 мг). Скорость нагрева β = 20 K мин −1 .

Данные PerkinElmer Pyris Diamond DSC. Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал. Chem. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Из кривых теплового потока, показанных на Рис. 2 , удельную теплоемкость c p (T) можно получить следующим образом:

[8] cp (T) = cp, сапфир (T) msapphireβmsampleβΦsample (T) −Φempty (T) Φsapphire (T) −Φempty (T) = K (T) Φsample (T) −Φempty (T) msampleβ

с

K (T) = cp, сапфир (T) msapphireβΦsapphire (T) −Φempty (T)

, где K ( T ) — это зависящий от температуры калибровочный коэффициент, который можно сохранить для использования в будущем.Здесь все измерения собираются с одинаковой скоростью сканирования. Изотермы в начале и в конце сканирования используются для корректировки небольших изменений тепловых потерь между измерениями пустого, сапфирового и образца путем совмещения этих частей кривых. Небольшие изменения потерь неизбежны, поскольку термические свойства, такие как теплопроводность, образцов различны. С другой стороны, проверка скорости теплового потока на изотермах позволяет нам проверить правильность размещения и тепловые контакты всех частей измерительной системы, перемещаемых во время смены образца.В частности, изотерма высоких температур не должна слишком сильно отличаться между последовательными измерениями.

Удельная теплоемкость — это наиболее полезная величина, доступная от DSC, поскольку она напрямую связана со свойствами образца и, согласно уравнениям [1] — [5], напрямую связана со стабильностью и порядком. Тем не менее, часто отображается только скорость теплового потока, полученная в результате измерения одного образца. Есть несколько причин, по которым это не следует отображать:

1.

Каждый график теплового потока требует указания эндотермического или экзотермического направления, поскольку направление графика не стандартизировано.

2.

Кривые, измеренные при разных скоростях сканирования, сравнить непросто.

3.

Если не разделить на массу образца, кривые для разных образцов нельзя сравнивать.

4.

Если измерения пустой чаши не вычитаются, кривые могут быть искривлены, и построение базовой линии для интегрирования пиков может быть затруднено.

5.

Если калибровочный коэффициент теплового потока K ( T ) зависит от температуры, полученная теплота плавления и другие подобные параметры могут быть ошибочными.

Выполнение поправок (3) — (5) дает удельную теплоемкость, заданную уравнением [8]. Поскольку большинство программных пакетов DSC включают определение удельной теплоемкости в соответствии с уравнением [8], настоятельно рекомендуется определять удельную теплоемкость, а не представлять кривые расхода тепла. Несмотря на то, что представление данных об удельной теплоемкости предпочтительнее, могут быть причины не делать этого. Нормализация кривой теплового потока на скорость сканирования и массу образца может привести к «измерениям псевдо c p », которые можно использовать для определения зависящей от температуры кристалличности и других величин, как показано в ссылке 8.Но есть еще один очень веский аргумент в пользу представления удельной теплоемкости, а не «псевдо c p » или скорости теплового потока. Для более чем 200 полимеров данные об удельной теплоемкости от 0 до 1000 К доступны в банке данных ATHAS (ATHAS-DB). 36 Эти данные можно использовать для сравнения измеренных данных в стеклообразном или жидком состоянии с рекомендованными значениями. Это позволяет легко проверить качество измеренных данных, хотя следует иметь в виду, что точность рекомендованных данных банка данных составляет всего около 6%. Рисунок 3 показывает удельную теплоемкость (согласно уравнению [8]), рассчитанную на основе данных, показанных на Рисунок 2 .

Рис. 3. Зависимость удельной теплоемкости от температуры для первоначально аморфного образца ПЭЭК. Данные из Рисунок 2 . Справочные данные (прямые) для полностью аморфного (жидкого) и кристаллического (твердого) ПЭЭК доступны в ATHAS-DB. 36

Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал. Chem. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Более подробное обсуждение оценки кривых, показанных на Рис. 3 , приведено в ссылке 35.

Помимо измерений сканирования при нагревании, DSC позволяет охлаждение в широком диапазоне скоростей охлаждения. В зависимости от прибора и интересующего диапазона температур скорость охлаждения может достигать 750 K мин. -1 (HyperDSC ™ PerkinElmer, США). 20,37–39 Но обычно температурный диапазон для контролируемого охлаждения с максимальной скоростью ограничен.Измерения, выполняемые в широком диапазоне скоростей нагрева или охлаждения, требуют оптимизации экспериментальных условий. Масса образца должна масштабироваться обратно пропорционально скорости сканирования. При низких скоростях, когда тепловая задержка не является проблемой, масса образца должна быть большой, чтобы иметь хорошее отношение сигнал / шум. При высоких скоростях, когда сигналы большие, масса образца должна быть небольшой, чтобы минимизировать тепловой поток к образцу, который пропорционален скорости и вызывает тепловую задержку. Проблемы, связанные с тепловым запаздыванием, температурной калибровкой и воспроизводимостью в экспериментах ДСК с быстрым сканированием, были интенсивно изучены, и были даны соответствующие рекомендации. 37,40,41 На рисунке 4 показаны кривые охлаждения в области кристаллизации полиэтилена низкой плотности (PE). При скоростях выше 200 K мин. –1 контролируемое охлаждение до 100 ° C было невозможно из-за ограниченной охлаждающей способности используемого механического промежуточного охладителя. Если требуется более высокая скорость охлаждения, следует использовать жидкий азот. Для более низких скоростей сканирования, показанных на рис. 4 , масса образца должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить хорошее отношение сигнал / шум.Для более высоких скоростей большой образец (4 мг) вызывает некоторую тепловую задержку, как обсуждается в учебниках и ссылках 37, 40 и 42. Это также видно по уширению пика кристаллизации при 20 К мин. -1 по сравнению с с образцом 0,4 мг при той же скорости охлаждения. Данные, представленные на рис. 4 , предоставляют информацию о кинетике кристаллизации и могут быть проанализированы с использованием различных кинетических моделей. 43–48

Рис. 4. Кривые охлаждения в области кристаллизации полиэтилена низкой плотности.Образцы имеют массу 4 мг в алюминиевом поддоне 25 мг для скоростей охлаждения до -20 K мин. -1 и массу 0,4 мг в алюминиевой фольге 2 мг для более высоких скоростей охлаждения. Теплоемкость отложена вниз.

Данные PerkinElmer Pyris 1 DSC. Воспроизведено с разрешения Schick, C. Anal. Биоанал. Chem. 2009 , 395 , 1589–1611. 35

Как показано на Рис. 4 , DSC имеет широкий динамический диапазон, который может быть расширен по крайней мере на 1 порядок в сторону более низких скоростей; таким образом он покрывает 3 порядка величины.Расширение на несколько порядков в сторону более высоких скоростей обсуждается в разделе 2.31.3.2. Возможность достаточно быстрого охлаждения образца позволяет нам изучать формирование структуры в ситуациях, далеких от равновесия, таких как «квазиизотермическая кристаллизация при глубоком переохлаждении».

Тепловая энергия света

Современное общество построено на потреблении ископаемого топлива, в основном нефти (нефти), природного газа и угля. Эти ископаемые виды топлива были образованы в результате разложения растений и животных, которые жили миллионы лет назад.Поскольку численность населения мира продолжает увеличиваться и превышает 7 миллиардов человек, у нас быстро заканчивается ископаемое топливо. Использование этих видов топлива также создает проблемы. Бурение на нефть и газ и добыча угля разрушают части ландшафта. А сжигание этого топлива загрязняет воздух и море. Углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу в результате горения, улавливает избыточное тепло (парниковый эффект) и вызывает глобальное изменение климата. Большая часть избытка CO 2 растворяется в океане, вызывая подкисление.Горящий уголь также загрязняет море ртутью.

Что произойдет, если мы продолжим полагаться на ископаемое топливо в течение следующих 1000 лет? Вместо этого мы должны найти альтернативные формы чистой энергии. Солнечная энергия бесплатна, чиста и будет использоваться, пока Земля является обитаемой.

Есть два способа использовать солнечный свет для производства полезных форм энергии. Один из них — использовать фотоэлектрические панели для производства электричества. Другой, более простой подход — преобразовать солнечный свет в тепло для таких вещей, как обогрев здания, приготовление горячей воды, приготовление пищи или производство «пара», который может питать электрический генератор.

Цели обучения: Учащиеся смогут:

  1. Определите взаимосвязь между основами ядерного синтеза и солнечным светом.
  2. Используйте практические занятия, чтобы понять, что солнечный свет состоит из волн различной длины, представленных цветами.
  3. Расскажите об историческом развитии солнечного отопления и солнечного приготовления пищи.
  4. Создайте аннотированную схему системы горячего водоснабжения на солнечной энергии для домашнего использования.
  5. Используйте данные, которые они собирают в ходе экспериментов, чтобы обнаружить взаимосвязь между потреблением энергии и цветом для солнечных коллекторов.
  6. Объясните парниковый эффект, включая роль коротковолнового и длинноволнового излучения, и свяжите его с данными, которые они собирают в ходе экспериментов.

Что такое тепло?

Все вещества с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 o C) способны передавать тепло более холодным объектам. Температура — это мера молекулярного движения вибрации. Чем теплее вещество, тем быстрее движутся или колеблются его молекулы. Тепло — это количество тепловой энергии, передаваемой между объектами.Физики не сказали бы, что объект содержит определенное количество тепла, но они сказали бы, что он может передавать определенное количество тепловой энергии другому объекту, и они бы назвали это теплом. Единицы тепла включают: джоуль, ватт и калорию. Джоуль = (кг x 1м2) / с2 = Ш x С. кг — килограмм, м — метр расстояния, с — время в секундах. W означает ватт.

Нам часто нравится думать об определенном количестве потребляемой энергии в киловатт-часах (кВтч), поскольку именно так мы покупаем электроэнергию у энергокомпании.Поскольку джоуль — это ватт-секунда, киловатт-час составляет 1000 x 3600 секунд = 3,6 МДж (мегаджоули). Джоуль — это количество энергии, выделяемое яблоком весом 100 г, которое падает с расстояния 1 м. КВт-ч — это количество электроэнергии, которое используют десять 100-ваттных ламп накаливания в течение часа.

Еще один показатель тепла — это калории. Это количество тепла, необходимое для подъема одного грамма воды (= 1 мл или 1 кубический сантиметр воды) 1 o C. 1 калория = 4,184 Дж.

Мы можем думать о тепле по той работе, которую оно выполняет, когда передается от одного объекта к другому.Явное тепло — это то, что вызывает повышение температуры объекта. Но всегда ли добавление тепла вызывает повышение температуры? Нет! Добавление тепла к кубику льда может привести к его расплавлению, но вода, превращенная из твердой в жидкость, может все еще иметь ту же температуру 0 o C. Когда температура остается постоянной, но добавленное или отводимое тепло вызывает изменение состояния, это называется скрытой теплотой. Напомним, что изменение состояния происходит, когда вещества меняют форму между состояниями твердого, жидкого или газообразного.Обычно для изменения состояния требуется гораздо больше тепла, чем для простого повышения температуры объекта. Например, требуется 1 калория, чтобы поднять температуру 1 грамма жидкой воды на 1 o C. После достижения температуры 0 o C необходимо удалить 79,5 калорий, чтобы превратить жидкую воду в 1 г льда. . На грамм жидкой воды, имеющей температуру 100- ° C, требуется еще 539 калорий, чтобы превратить ее в водяной пар. Как вы увидите ниже, используя изменение состояния, а не просто изменение температуры, можно сохранить или высвободить гораздо больше энергии из системы, предназначенной для выполнения полезной работы.

Как тепло передается между объектами?

Тепло всегда самопроизвольно перетекает от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Когда предметы соприкасаются, тепло передается за счет теплопроводности. Если вы положите руку на чашку горячего кофе, тепло от кофе перейдет к вашей руке. Если вместо этого вы поместите руку рядом с чашкой горячего кофе, скажем, на расстоянии 2 см, вы все равно почувствуете, что рука становится теплее. Инфракрасные лучи тепловой энергии уходят от чашки, и вы чувствуете их на коже руки.Когда энергия течет через пространство таким образом, это называется излучением. Именно так энергия передается от Солнца на Землю с помощью солнечного излучения. Тепло также может перемещаться из одного места в другое, переносясь движущейся жидкостью (жидкостью или газом). Это называется конвекцией. Пассивная конвекция возникает, когда теплый объект передает тепло жидкости, в результате чего жидкость становится менее плотной и всплывает вверх. Воздух над чашкой горячего кофе нагревается за счет теплопроводности и излучения. Чем теплее, он становится менее плотным и всплывает вверх, заменяясь более прохладным воздухом, который скользит, чтобы занять его место.В гораздо большем масштабе это то, что происходит в атмосфере и океанах, и именно так тепло переносится вокруг Земли. Активная конвекция возникает при приложении силы для перемещения жидкости, переносящей тепло. Мы используем электрические вентиляторы для циркуляции нагретого воздуха в наших домах. Мы используем насосы для циркуляции нагретой воды / раствора антифриза для охлаждения автомобильных двигателей.

Скорость теплового потока между объектами пропорциональна разнице температур между ними. Когда есть большая разница, тепло течет быстро.Если разница температур небольшая, поток тепла уменьшается. Представьте себе горячий горшок, снятый с плиты и поставленный на плиточную столешницу. Сначала быстро остывает. По мере охлаждения разница в температуре между кастрюлей и комнатным воздухом становится меньше, и поэтому кастрюле требуется много времени, чтобы терять достаточно тепла, чтобы соответствовать комнатной температуре. Говорят, что два объекта при одинаковой температуре находятся в равновесии. В этот момент любое тепло, полученное горшком от воздуха, равно тому же количеству тепла, которое горшок теряет воздуху.

Высвобождение энергии в виде солнечного света от термоядерного синтеза.

Происхождение: Доступно через веб-сайт НАСА: https://genesismission.jpl.nasa.gov/science/module1/index.html; изначально из http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/hydrogen_burn.htm
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/ licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ под аналогичной лицензией.

Что такое солнечный свет и как он производится?

Солнце — наша звезда. Это массивный шар из плотных газов, в основном водорода (91,2%) и гелия (8,7%). Огромная гравитация Солнца так плотно упаковывает газы в ядре, что заставляет 4 атома водорода (1 протон и 1 электрон) слиться вместе, чтобы произвести 1 атом гелия (2 протона, 2 нейтрона и 2 электрона) и энергию. Высвобождаемая энергия происходит из-за потери небольшого количества массы в процессе синтеза. Напомним, что Эйнштейн показал, что массу можно превратить в энергию, и наоборот, с помощью своего уравнения: E = mC 2 .Этот ядерный синтез приводит к высвобождению большого количества энергии. Выделяемая энергия включает тепло (инфракрасное излучение), видимый свет, ультрафиолетовый свет, а также различные лучи и частицы высокой энергии. Посмотрите анимацию слияния на солнце.

Электромагнитный спектр

Происхождение: Викискладе: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cont_emspec2.jpg
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Преобразование солнечного света в тепло

Энергия распространяется волнами. Расстояние между вершинами одной волны и другой называется длиной волны. Длина волны определяет вид энергии. Тепло (инфракрасное) имеет более длинную волну, чем видимый свет. Какова длина волны инфракрасного излучения в нанометрах (нм)? ____ Что это за синий свет? ___ Используйте для ответа рисунок электромагнитного спектра.

Электромагнитный спектр с другой точки зрения

Происхождение: Wikispaces: https: // new243-servicelearningreport.wikispaces.com/Photosynthesis
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для других целей. в коммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Эйнштейн показал, что, хотя свет распространяется волнами, он также состоит из частиц, называемых фотонами. Энергия, связанная с фотоном, определяется его длиной волны.Волны фотонов с более короткой длиной волны имеют больше энергии на фотон, чем фотоны с большей длиной волны.

Из солнечного света, достигающего поверхности Земли, 54% уже является теплом (инфракрасное), 45% — видимым светом и около 1% — более короткими длинами волн (ультрафиолет). Когда солнечный свет попадает на объект, он может отражаться или поглощаться. Если он отражается, он отражается на той же длине волны. Но если он поглощается, коротковолновая энергия превращается в длинноволновую (тепло).

Парниковый эффект

Энергетический бюджет Земли

Происхождение: NASA
Повторное использование: Этот предмет находится в общественном достоянии и может быть использован повторно без ограничений.

Одна из причин, по которой Земля может поддерживать жизнь, заключается в том, что она очень теплая, учитывая ее удаленность от Солнца. Средняя температура на поверхности для всей Земли составляет 15 o C. Луна находится на том же среднем расстоянии от Солнца, что и Земля. Тем не менее, средняя температура поверхности Луны намного ниже -35 o C. (Напомним, что вода замерзает при 0 o C, комнатная температура составляет 22 o C, а вода закипает при 100 o C.) почему Земля намного теплее Луны? Сила тяжести! Масса Луны всего 1.2% массы Земли. Поскольку гравитационная сила пропорциональна массе, Луна имеет гораздо меньшую гравитацию, чем Земля, и не может удерживаться в газовой атмосфере. Это атмосфера Земли, которая держит ее в тепле.

Инфракрасной энергии, исходящей от Солнца, недостаточно, чтобы поддерживать такую ​​температуру на Земле, как она есть. Свою роль также должна сыграть энергия видимого света и ультрафиолетового света. Из всей солнечной энергии, достигающей атмосферы, около 29% отражается обратно в космос. Большая часть того, что отражается обратно в космос, — это видимый свет, поэтому Земля выглядит как светящийся сине-белый шар при фотографировании с некоторого расстояния.Около 23% начальной солнечной энергии поглощается газами и частицами в атмосфере, а оставшиеся 48% поглощаются землей, океаном, растениями и практически любым объектом на поверхности Земли. Когда видимый свет поглощается объектом, объект преобразует коротковолновый свет в длинноволновое тепло. Это заставляет объект нагреваться. Но это только часть того, почему Земля теплая. Что-то должно удерживать это тепло от быстрого распространения обратно в космос.

Теплица Земля

Provenance: US EPA, доступ через Wikimedia Commons: https: // commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth%27s_greenhouse_effect_(US_EPA,_2012).png
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Что удерживает тепло от такого быстрого излучения? Это парниковые газы. Наиболее важными из них являются диоксид углерода, метан (CH 4 ), водяной пар и закись азота (N 2 O). Они называются парниковыми газами, потому что они пропускают видимый свет с короткой длиной волны через атмосферу, но блокируют выход большей части длинноволновой (тепловой) инфракрасной энергии.Эти газы выполняют ту же функцию, что и стекло в крыше и стенах теплицы, используемой для выращивания растений в холодном климате. Солнечный свет проходит через стекло и поглощается растениями и другими предметами в теплице. При поглощении коротковолновый солнечный свет превращается в длинноволновое тепло. Стеклянные стены и крыша предотвращают утечку тепла. Любой, кто открывал закрытый автомобиль и сидел на солнышке в ясный холодный день, испытал парниковый эффект на собственном опыте.

Атмосфера состоит из 78% N 2 (газообразный азот) и 21% O 2 . Оставшийся 1% состоит из различных газов, включая перечисленные выше парниковые газы. Пространства между молекулами N2 и O2 в атмосфере достаточно велики, чтобы пропускать как длинноволновое, так и коротковолновое излучение. Хотя CO 2 составляет лишь крошечную часть (0,04%) атмосферы, он является мощным препятствием для длинноволнового излучения. Более длинные волны практически не могут пройти через расстояние между молекулами CO 2 .Другие парниковые газы имеют такой же эффект.

Как упоминалось в начале этого раздела, сжигание ископаемого топлива с начала промышленной революции значительно повысило уровень CO 2 в атмосфере. В 1800 году, незадолго до начала промышленной революции, концентрация CO 2 в атмосфере составляла около 250 частей на миллион (ppm). В мае 2013 года концентрация CO 2 превысила 400 частей на миллион, самый высокий уровень за последние 3 миллиона лет.Соответственно, средняя температура Земли за последнее столетие увеличилась с 1 до C. Это причина продолжающегося глобального изменения климата.

Запуск парникового эффекта

В 1776 году швейцарско-французский ученый Гораций Бенедикт де Соссюр построил первый солнечный коллектор, в котором использовался парниковый эффект. Он отметил, что в те дни в закрытых вагонах со стеклянными окнами было тепло даже в холодные дни — точно так же, как и в случае с автомобилями.Он построил ящики, покрытые слоями стекла с черной пробкой для поглощения света. Он зафиксировал температуры выше 100 o C. URL для изображения горячей коробки де Соссюра.

Интересно, что де Соссюр использовал свой «горячий ящик» как научный инструмент. Ему было интересно узнать, почему в высоких широтах обычно холоднее. Он принес ящик на вершину горы, чтобы измерить максимальную производимую температуру, и повторил процедуру на следующий день на низкой равнине.Ящик достиг одинаковой температуры в обоих местах, несмотря на то, что внешний воздух равнины был на 43 o F теплее, чем на вершине горы. Из этого он пришел к выводу, что более плотное воздушное покрывало, покрывающее равнину, обеспечивает большую изоляцию, чем более тонкая атмосфера на вершине горы.

Концепция «горячего ящика» была применена на практике астрономом сэром Джоном Гершелем, который в 1830-х годах находился в экспедиции в Южную Африку. Он построил горячий ящик на солнечных батареях, чтобы готовить еду.

Параболическая отражательная солнечная плита

Происхождение: http: // www.atlascuisinesolaire.com — http://www.atlascuisinesolaire.com Доступ через Wikimedia Commons: https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cooker#/media/File:ALSOL.jpg
Повторное использование: Этот элемент находится в общественное достояние и может использоваться повторно без ограничений.

Плита тепличного типа с отражателями

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Солнечные плиты Есть два разных подхода к использованию солнечной энергии для приготовления пищи. В солнечных концентраторах используются зеркала или линзы, чтобы собирать солнечный свет с большей площади и фокусировать его на меньшей площади, где происходит приготовление пищи. Солнечные печи в стиле теплицы используют систему, изобретенную де Соссюром, о которой говорилось выше.У них есть стеклянные двери, которые пропускают солнечный свет, но плотно закрываются, чтобы свести к минимуму утечку тепла. Внутренняя часть плит черного цвета для максимального поглощения света. Некоторые плиты тепличного типа также имеют прикрепленные отражающие зеркала, которые помогают концентрировать свет.

Солнечные плиты не требуют топлива. В этом есть два преимущества. В бедных странах часто не хватает топлива. Керосин дорогой, поэтому дров, древесного угля, сушеного навоза и т. Д. Может не хватать. Во-вторых, топливо для приготовления пищи часто горит очень грязно, вызывая много копоти и дыма.Это создает реальные проблемы со здоровьем, особенно для женщин и детей в странах, где есть традиции приготовления пищи в домах с плохой вентиляцией. Глобальный альянс за чистые кухонные плиты — это партнерство Организации Объединенных Наций и частного сектора для решения этой проблемы. Они заявляют: «По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), воздействие дыма в результате простого процесса приготовления пищи является пятым наихудшим фактором риска заболеваний в развивающихся странах и вызывает почти два миллиона преждевременных смертей в год, что превышает количество смертей, связанных с малярией или малярией. туберкулез.Кроме того, еще десятки миллионов человек заболевают болезнями, которые можно было бы легко предотвратить с помощью более широкого внедрения чистых и эффективных решений для приготовления пищи ».

Кухня на Бали, почерневшая от сажи (Б. Цукер)

Происхождение: Фотография сделана автором модуля доктором Бенджамином Кукером, Университет Хэмптона
Повторное использование: Вы можете: Поделиться — копировать и распространять материал на любом носителе или формате. следующие условия: Атрибуция — Вы должны указать соответствующую ссылку, предоставить ссылку на лицензию и указать, были ли внесены изменения.Вы можете сделать это любым разумным способом, но не любым способом, который предполагает, что лицензиар одобряет вас или ваше использование. Некоммерческий — вы не можете использовать материал в коммерческих целях. ShareAlike — если вы ремикшируете, трансформируете или опираетесь на материал, вы должны распространять свои материалы под той же лицензией, что и оригинал.

Кухню можно почернить от сажи от домашней печи, у которой нет дымохода. Эта фотография была сделана в 2013 году на Бали, Индонезия, и является типичной для сельской кухни этой страны.Представьте себе влияние дыма на здоровье поваров. Фото Б. Кукера.

Традиционное твердое топливо также наносит серьезный ущерб окружающей среде. Леса часто уничтожают путем вывоза дров для приготовления пищи. Загрязняющий дым и сажа, представляющие опасность для здоровья в помещении, также попадают в атмосферу, вызывая общее загрязнение воздуха. Учитывая, что около 3 миллиардов человек, или трое из каждых семи человек на Земле, едят еду, приготовленную на грязных открытых кухонных плитах, загрязнение быстро увеличивается. Развивающиеся страны с наихудшей бедностью, как правило, находятся в солнечном субтропическом климате, который хорошо сочетается с солнечной кулинарией.

Солнечная кулинария также нашла свое место в более богатых странах. Зачем нагревать кухонную выпечку в традиционной газовой или электрической духовке в жаркий летний день, когда солнечная плита сделает всю работу на открытом воздухе за час или меньше?

Солнечная сушка белья

Моризо роспись белья на конвейере

Provenance: Berthe Morisot, доступ через Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:1875_Morisot_Laundry.jpg
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Примерно до 1965 года большинство людей в Соединенных Штатах сушили белье, развешивая его на веревках. Почти в каждом доме были стиральные машины. В сельской местности и в пригороде они были типичными чертами боковых дворов или приусадебных участков. В городах линии часто проходили между соседними многоквартирными домами. Система шкивов позволяла работать из окна, добавляя и удаляя предметы, удерживаемые прищепками. В более холодном и влажном климате в подвалах и задних подъездах были хорошие места для сушки, а также в качестве внутренних стеллажей на кухнях или в прачечных.Электрические и газовые сушилки для одежды были впервые представлены в 1940-х годах, а к 1950 году они были в 10% домашних хозяйств. Сейчас большинство людей в Соединенных Штатах используют электричество или газ для сушки белья. Этой техникой есть около 75% домашних хозяйств, и люди также пользуются сушилками в прачечных самообслуживания. Обычно от 6 до 11% годового бюджета семьи идет на сушку белья.

Когда-то обычная черта человеческого пейзажа, линии для белья теперь редкость в Соединенных Штатах. Многие общины запретили сушку белья на открытом воздухе.Аргумент состоит в том, что вешалка для одежды — это бельмо на глазу, которое снижает стоимость собственности и заставляет сообщество выглядеть «бедным». Это пример того, как предвзятое отношение к бедным людям наносит ущерб окружающей среде и кошелькам среднего класса, который стремится казаться богатым. Местные организации в Соединенных Штатах работают над отменой запретов на сушку белья на открытом воздухе. Одна национальная организация называется Project Laundry List.

Энергетический бюджет дома.

Provenance: DOE
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Солнечные системы горячего водоснабжения Производство горячей воды потребляет около 18% энергии, потребляемой типичным домом в Соединенных Штатах. Обычно для нагрева воды в резервуарах используется электричество или газ. Но так было не всегда. До начала 20 века горячая вода по запросу (из крана) была редкой роскошью. В 1900 году во многих частях США домохозяйства все еще переходили на водопровод.Чтобы приготовить горячую воду для мытья и купания, большинству людей приходилось нагревать большие кастрюли на плитах. Некоторые автономные водонагреватели были доступны, но их нужно было зажигать вручную при каждом использовании и тщательно контролировать, чтобы не взорваться.
Водонагреватель Climax

Происхождение: Изображение до 1923 года.
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Объявление о водонагревателе Climax

Происхождение: Изображение до 1923 года.
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

До появления современного электрического или газового водонагревателя компания из солнечной Калифорнии в 1891 году продала первую коммерческую солнечную систему горячего водоснабжения, получившую название «Climax».»(Эдмунд Рууд изобрел первый автоматический электрический водонагреватель восемь лет спустя, в 1899 году). Climax, работающий на солнечной энергии, состоял из набора черных резервуаров в стеклянном ящике, размещенном на крыше. ночью быстро остывают. В 1909 году Уильям Дж. Бейли представил на рынке улучшенную конструкцию, в которой сбор солнечной энергии разделен на стеклянную коробку с небольшими трубками. Это позволило изолировать накопительный бак и сохранить тепло в течение всего времени. ночь.Дизайн Бейли быстро заменил Climax и стал стандартным для многих домов, построенных во Флориде в 1920-х годах. Дизайн Бейли — основа современных систем.
Сочетание новых находок в виде дешевого природного газа, агрессивного маркетинга со стороны электроэнергетических компаний и улучшенных конструкций газовых и электрических обогревателей практически уничтожило солнечную энергетику в США. Однако эта технология была принята в Японии после Второй мировой войны. Энергии не хватало, и страна была бедна разрухой во время войны.Поэтому дешевая солнечная горячая вода была естественным выбором для Японии. Сегодня более 10 миллионов семей в Японии нагревают воду солнцем.

«Энергетический кризис» 1974 года (возникший в результате войны на Ближнем Востоке) возобновил интерес ко всему, что касается солнечной энергии, в Соединенных Штатах. Солнечные системы горячего водоснабжения снова появились на рынке в конце 1970-х годов. Все они состояли из двух основных частей: коллекторной панели и накопительного бака. Коллекторная панель содержала систему маленьких черных трубок на черном фоне и была покрыта стеклом.Системы «обратного слива» заполняли панели коллектора, когда датчики показывали, что они нагреваются на утреннем солнце. Затем насос будет направлять нагретую воду в изолированный резервуар для хранения. Ночью насосы отключались, и вся вода могла стекать из панели — важная особенность в местах, где ночью температура опускалась ниже точки замерзания. Когда вода замерзает, она расширяется и разрывает трубы. Системы обратного дренажа хорошо работали в местах, свободных от мороза, но в более высоких широтах многие из них не работали из-за неполного дренажа в ночное время.

Солнечный коллектор для бака горячей воды.

Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях, если вы указывать авторство и предлагать любые производные работы по аналогичной лицензии.

Солнечный коллектор для системы горячего водоснабжения.

Происхождение: Фотография сделана Б. Цукером
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

В более распространенных сегодня установках используется смесь гликоля и воды под давлением (например, антифриз, используемый в автомобильных двигателях) для передачи тепла между коллектором и накопительным баком. Теплообменник передает тепловую энергию резервуару. Эта система требует наличия насоса для циркуляции нагретой смеси антифриза между солнечным коллектором и баком.По прибытии в резервуар горячий антифриз проходит через систему небольших трубок либо сбоку от стального резервуара, либо через него. Это теплообменник, который передает тепловую энергию от антифриза к медной трубе и от трубы к воде в резервуаре для хранения. Есть термодатчики, расположенные в баке и на солнечном коллекторе. Небольшой компьютер в контроллере включит насос, когда температура в коллекторе превысит температуру в резервуаре примерно на 8 o C.Когда температура контроллера падает из-за облачности или приближающейся ночи, контроллер останавливает циркуляционный насос. Температура на коллекторе может достигать 300- o F. Обычно в традиционных водонагревателях поддерживается температура от 120 o до 140 o F, но для баков с солнечной энергией устанавливается температура 170 o F, чтобы максимизировать производительность в периоды, когда солнце не светит.

Иногда серия пасмурных дней исчерпывает запасы горячей воды. Встроенная в резервуар резервная спираль резистивного нагревателя будет обеспечивать подачу горячей воды до тех пор, пока не вернется солнечный свет.

Соображения безопасности — Все водонагреватели резервуарного типа имеют три соображения безопасности. Во-первых, когда вода нагревается, она расширяется, и возникающее давление может привести к взрыву резервуара. Клапан сброса давления в верхней части резервуаров защищает от этого. Во-вторых, горячая вода также может вызвать ожоги у пользователя, поэтому для предотвращения этого необходимо установить достаточно низкую температуру. Наконец, резервуар со слишком низкой температурой может стимулировать рост патогенных бактерий, подобных той, которая вызывает болезнь легионеров.Так что лучше всего, если температура в резервуарах будет составлять минимум 60 o C (140 o F), но вода должна распределяться при 50 o C (122 o F).

Бесконтактный (по запросу) водонагреватель

Проточный водонагреватель

Provenance: DOE
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для других целей. в коммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Солнечные системы горячего водоснабжения получают всю свою энергию от солнца, за исключением того небольшого количества, которое используется для питания циркуляционного насоса и работы небольшого компьютера и сенсорной системы. Поэтому солнечные системы горячего водоснабжения являются наиболее экологически безопасным выбором. Однако они дороги в установке, обычно в четыре или пять раз дороже, чем традиционные электрические или газовые системы. Альтернативным подходом является установка системы без резервуара или системы по требованию, нагреваемой электричеством или природным газом. Традиционные резервуарные системы теряют большую часть энергии резервуара-хранилища из-за теплопроводности, конвекции и излучения.Системы без бака включаются только при открытии крана горячей воды. Это экономит на потере тепла из накопительного бака. Дома, в которых используется менее 41 галлона воды в день, могут сэкономить 23–50% энергии, используемой традиционной системой резервуаров. Повышение эффективности снижается до 8–14% для домов, которые используют около 80 галлонов в день.

Солнечная энергия может использоваться для обогрева зданий. Древние архитекторы понимали, как здания и конструкции могут использовать солнечные ресурсы. Такие пассивные конструкции рассматриваются в другом блоке.Здесь мы сосредоточимся в основном на активных конструкциях для отопления помещений.

Стена для тромба

Provenance: Источник: F.Koester, доступ в Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trombe_wall.jpg
Повторное использование: Этот элемент предлагается на условиях Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike лицензия http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ под аналогичной лицензией.

В 1965 году французский инженер Феликс Тромб использовал конструкцию Эдварда Морса 1881 года для создания термосифонного устройства для обогрева домов. Этот прибор сочетает в себе парниковый эффект, конвекцию и накопление тепла за счет твердого тела. Бетонная или каменная стена строится рядом с существующей солнечной стеной. Остекление из стекла или прозрачного пластика кладут на стену с воздушным зазором в несколько сантиметров. Это знакомая концепция теплицы. В бетонной стене сверху и снизу делают отверстия. Эти отверстия соединяются с короткими отрезками трубы, идущими внутрь здания.Когда солнечный свет нагревает стену, он заставляет воздух расширяться и подниматься вверх, где теплый воздух выходит в здание. Этот теплый воздух заменяется холодным воздухом из здания, втягиваемым к основанию стены через нижний набор труб.
Стенка солнечной печи

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Бетонная или каменная стена служит резервуаром тепла. Даже после того, как солнце село, кладка будет продолжать излучать и проводить тепло в воздух в полости и поддерживать конвекционную ячейку. В стеновые системы Trombe можно установить электрические воздуходувки, чтобы улучшить скорость подачи нагретого воздуха в здание.Воздуходувки подключаются к маленьким «защелкивающимся переключателям», которые включают двигатель при температуре 120 o F и выключают его, когда температура падает до 90 o F. Стены с тромбами могут быть интегрированы в дизайн новых зданий. или добавлены к обращенной к солнцу стене существующих конструкций. Важно, чтобы стена Trombe отапливала здание зимой и не создавала дополнительную тепловую нагрузку летом. Дизайн и природа помогают решить эту проблему. Зимой солнце садится низко, даже в полдень.Это обеспечивает солнечный свет под довольно небольшим углом к ​​стене. Летом солнце стоит высоко в небе, и его лучи под большим углом пересекают тепловую стену. Требуется лишь короткий навес или навес, чтобы защитить стену тромба от яркого летнего солнца.

Простые сифоны с тепловым воздухом также могут быть добавлены к существующим окнам. Эти устройства также сочетают в себе парниковый эффект с естественной пассивной конвекцией. Коллектор можно настроить на более эффективный угол для сбора солнечного света. Включение небольшого вентилятора на солнечной энергии, такого как те, которые используются для охлаждения настольных компьютеров, сделает устройство более эффективным.Следует позаботиться о том, чтобы изоляция закрывала зазоры, образовавшиеся в двойных окнах. В противном случае любое тепловыделение будет потеряно из-за проникновения холодного воздуха через утечки.

Вентилятор для вентиляции солнечной настенной печи

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Регистр для солнечной печи стены. Температура может достигать 160 град. Ф.

Происхождение: Бенджамин Кукер, Университет Хэмптона
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать это повторно элемент для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Отопление помещений солнечными системами горячего водоснабжения

Водяной теплый пол

Provenance: Изображение Riu Chixoy и доступ через Wikimedia Commons: https: // commons.wikimedia.org/wiki/File:Col%C2%B7lector_terra_radiant_i_tubs.JPG
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/ 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Обсуждаемые выше активные солнечные системы горячего водоснабжения являются основой для другого способа обогрева помещений. По сути, солнечная система горячего водоснабжения рассчитана на удовлетворение большей части или большей части потребностей здания в отоплении.Это означает намного больше коллекторных панелей и увеличенную емкость резервуара. Такие системы лучше всего работают с водяным теплым полом (гидронным). С помощью лучистого напольного отопления используются небольшие медные или пластиковые трубки для пропускания нагретой жидкости (обычно раствора гликоля) под материал пола. Горячая труба нагревает пол снизу, а пол, в свою очередь, излучает тепло в пространство наверху. Это лучше всего подходит для деревянных или плиточных полов, поскольку ковровое покрытие изолирует пол. Для существующей конструкции, которая находится не на плите (есть подвал или подвал), это требует прикрепления трубок к нижней стороне пола и добавления изоляции под трубами.

Лучистое напольное отопление лучше всего работает с большинством солнечных систем горячего водоснабжения, потому что в таких системах температура теплоносителя зимой составляет всего 140–160 o F. Напомним, что скорость теплового потока между объектами пропорциональна разнице температур. Чтобы передать достаточно тепла в здание, излучающая поверхность должна быть большой, как в случае с системами теплого пола. Плинтус или старомодные чугунные радиаторы не обеспечат достаточной площади для излучения при таких температурах.Они предназначены для работы при более высоких температурах, достигаемых при использовании природного газа или топочного мазута в качестве источника энергии.

Установка вакуумной трубки

Provenance: Greensolarvacuum, доступ через Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_vacuum_tube_collectors_Thessaloniki.jpg
Повторное использование: Этот элемент предлагается под лицензией Creative Commons Attribution-Like http / ShareAlike NonCommercial /creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Однако можно достичь более высоких температур в солнечных системах горячего водоснабжения, используя другой тип коллектора. Вакуумные трубчатые коллекторы в сочетании с тепловыми трубками более эффективны, чем традиционные плоские коллекторы тепличного типа.

Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из внутренней стеклянной трубки внутри внешней стеклянной трубки. Их разделяет эвакуируемое пространство.Термин откачан означает, что откачан весь воздух. Это значительно снижает скорость потери тепла за счет теплопроводности и конвекции, поскольку нет воздуха, который проводил бы или переносил тепло между внутренней и внешней трубкой. Таким образом, солнечный свет проходит через два слоя стекла и превращается в длинноволновое излучение, когда он поглощается темным коллектором, и это тепло затем удерживается в коллекторе. Вакуумные трубы более эффективны, чем традиционные плоские коллекторы тепличного типа из-за изоляции, обеспечиваемой вакуумом между слоями стекла.

Жидкость гликоль-вода может напрямую циркулировать через откачанные коллекторные трубы и подключаться непосредственно к остальной части системы. Но более эффективный подход — включить в систему тепловую трубку.

Тепловая труба

Происхождение: Ильянасов, происхождение: http://www.appropedia.org/Image:Evacuated_tube_diagram.jpg; доступ через Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Evacuated_tube_diagram.jpg
Повторное использование: Этот элемент находится в общественном достоянии и может использоваться повторно без ограничений.

Тепловые трубки были изобретены Джорджем М. Гровером в 1962 году. Они широко используются сегодня, и если вы читаете это на портативном компьютере, скорее всего, тепловая трубка помогает охлаждать электронику в вашем устройстве. Тепловые трубы сочетают в себе принципы теплопроводности, конвекции и изменения состояния для максимальной теплопередачи. Они часто изготавливаются из медных трубок, которые были герметизированы и частично откачаны. Жидкость, такая как вода, раствор натрия, спирт или аммиак, также запаяна в трубку.Поскольку трубка частично откачана, жидкость может легко испариться и превратиться в газ. На практике один конец помещают рядом с источником тепла, а другой — там, где требуется тепло. В горячем конце жидкость испаряется. Как вы помните, для изменения состояния требуется много тепла. Затем газ движется конвекцией к более холодному концу, и когда он попадает туда, он повторно конденсируется, выделяя таким образом много тепла. Жидкость возвращается к горячему концу, чтобы продолжить цикл.

Объединение тепловых трубок в конструкции с вакуумированными трубками делает солнечный тепловой коллектор очень эффективным.Однако вакуумированные трубки хрупки по сравнению с плоскими коллекторами и со временем могут потребовать большего обслуживания.

Солнечная тепловая энергия для кондиционирования воздуха

Компрессионный холодильный цикл

Provenance: gringer, производная от Phase_change_heat_pump.png от Jleedev; доступ через Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phase_change_heat_pump.svg
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http: // creativecommons.org / licenses / by-nc-sa / 3.0 / Вы можете повторно использовать этот элемент в некоммерческих целях при условии указания авторства и предложения любых производных работ по аналогичной лицензии.

Это может показаться странным, но тепло можно использовать для охлаждения. Чтобы понять это, давайте рассмотрим основы работы холодильников и кондиционеров. Механический холодильник — это устройство, используемое для извлечения большого количества тепла из одной области и рассеивания его в окружающей среде. Он основан на сжатии и расширении.В холодильниках происходит цикл между жидкой и газообразной фазами веществ, называемых хладагентами. Как вы помните, для испарения жидкости требуется много скрытого тепла. И та же скрытая теплота выделяется, когда газ снова конденсируется в жидкость. В механических холодильниках используются двигатели, которые вращают насосы, которые повышают давление хладагента, превращая его в жидкость. Жидкости под давлением затем дают возможность расшириться и вернуться в газообразное состояние. Когда это происходит, он забирает тепло из окружающей среды. В оконном кондиционере тепло, выделяемое в фазе сжатия, обменивается с наружным воздухом.Тепло, забираемое во время фазы расширения, исходит от воздуха в здании.
Абсорбционный холодильный цикл

Provenance: DOE
Повторное использование: Этот элемент предлагается по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать этот элемент для других целей. в коммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете производные работы по аналогичной лицензии.

Второй вид охлаждения называется абсорбционным.Как и компрессионное охлаждение, в абсорбционном блоке также используется хладагент. Однако он работает на тепловой энергии, а не на механической энергии. Цикл начинается, когда хладагент испаряется (переходит из жидкости в газ) под низким давлением. Это испарение отводит тепло из желаемой области, например, изнутри холодильника. Теперь теплоноситель газообразный хладагент затем абсорбируется (растворяется) в другом веществе, находящемся в жидкой фазе. Затем смесь хладагента и абсорбента попадает в место, где она нагревается.Под воздействием тепла хладагент выкипает из абсорбента, превращаясь в свободный газ. Затем хладагент проходит через теплообменник для сброса тепловой энергии и повторно конденсируется в жидкость. Теперь он готов к перезапуску цикла охлаждения.

Абсорбционные холодильники, работающие на пропане, используются в транспортных средствах для отдыха и в каютах. Отработанное тепло электростанций и промышленных процессов питает большие кондиционеры воздуха в этом режиме. В качестве источника тепла можно использовать солнечную энергию. Одна такая система, работающая исключительно на солнечной энергии, находится в Южной Африке, о ней рассказывается на сайте: кондиционер на солнечной энергии.

Абсорбционный кондиционер на основе тепла требует много тепла. Другой подход — объединить преимущества абсорбционной и компрессионной систем. В таких гибридных системах используется солнечный коллектор для перегрева хладагента, что требует меньше работы компрессорного гибридного солнечного кондиционера.

Солнечная энергия для производства пара и чистой воды

Портативная солнечная опреснительная установка

Происхождение: Фото Министерства внутренних дел США, Бюро мелиорации https: // www.flickr.com/photos/usbr/169360/
Повторное использование: Attribution-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-SA 2.0) Бесплатно: Совместное использование — копирование и распространение материала на любом носителе или любом формате. Адаптация — ремикс, преобразование и создание. на материал для любых целей, даже в коммерческих целях.

Солнечная энергия может быть сконцентрирована для получения тепла, достаточного для испарения воды. Это полезно для очистки воды, так как пар оставляет после себя растворенные или взвешенные примеси, такие как соли и металлы.Пар улавливается, охлаждается и конденсируется для получения чистой воды. Посмотрите это видео на YouTube о простом солнечном газе для обеспечения чистой водой.

Исследователи из Массачусетского технологического института недавно изобрели солнечную губку из черного углеродного волокна, которая плавает на поверхности воды. Он улавливает солнечный свет и преобразует его в тепло, которое испаряет воду. Поскольку тепло концентрируется на влажной губке, оно не передается в объем воды ниже, что обеспечивает очень эффективный процесс. Посмотрите это видео на Youtube о черной солнечной губке MIT.Массачусетский технологический институт также работает над технологией обратного осмоса для разработки портативных солнечных опреснительных установок для использования вблизи соленой воды.

Собирать мысли: системное мышление и рефлексия

Вы только что узнали об истории использования солнечной энергии для создания тепла и выполнения работы. Уделите несколько минут, чтобы подумать, как все это сочетается. Что регулирует температуру на планете? Как люди на это влияют? Думайте о Земле и ее атмосфере как о системе.Петли положительной обратной связи дестабилизируют системы, а петли отрицательной обратной связи приносят стабильность. Глобальное потепление приводит к таянию морского льда Северного Ледовитого океана, поэтому летом солнечный свет будет падать на голубую воду, а не на белый лед. Из того, что вы узнали, как это повлияет на скорость поглощения тепла? Таяние льда также упрощает добычу нефти в Северном Ледовитом океане. Будет ли это механизм отрицательной или положительной обратной связи для потепления планеты?

Когда вы проведете практические эксперименты, вы заметите, что солнечные коллекторы, которые вы тестируете, и солнечная печь, которую вы используете, нагреваются до определенной температуры и не нагреваются.Думайте об этих устройствах как о системах . Почему стабилизируется температура? Что происходит с превращением дополнительной энергии в тепло? Не могли бы вы каким-либо образом модифицировать духовку или солнечный коллектор, чтобы они достигли более высокой температуры?

Каковы были бы плюсы и минусы использования солнечной энергии для нагрева воды или кондиционирования воздуха в кампусе вашего колледжа?

Теплопередача, удельная теплоемкость и калориметрия — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните явления с участием тепла как формы передачи энергии
  • Решение проблем, связанных с теплопередачей

В предыдущих главах мы видели, что энергия — одно из фундаментальных понятий физики. Heat — это тип передачи энергии, который вызывается разницей температур и может изменять температуру объекта. Как мы узнали ранее в этой главе, теплопередача — это движение энергии от одного места или материала к другому в результате разницы температур. Теплопередача является основой таких повседневных действий, как отопление и приготовление пищи, а также многих производственных процессов. Он также составляет основу тем, которые будут рассмотрены в оставшейся части этой главы.

Мы также вводим понятие внутренней энергии, которая может быть увеличена или уменьшена за счет теплопередачи.Мы обсуждаем другой способ изменить внутреннюю энергию системы, а именно выполнение работы над ней. Таким образом, мы начинаем изучение взаимосвязи тепла и работы, которая является основой двигателей и холодильников и центральной темой (и источником названия) термодинамики.

Внутренняя энергия и тепло

Тепловая система имеет внутренней энергии (также называемой тепловой энергией ) , которая является суммой механических энергий ее молекул. Внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре.Как мы видели ранее в этой главе, если два объекта с разной температурой приводят в контакт друг с другом, энергия передается от более горячего объекта к более холодному, пока тела не достигнут теплового равновесия (то есть они имеют одинаковую температуру). Ни один из объектов не совершает никакой работы, потому что никакая сила не действует на расстоянии (как мы обсуждали в разделе Работа и кинетическая энергия). Эти наблюдения показывают, что тепло — это энергия, спонтанно передаваемая из-за разницы температур. (Рисунок) показывает пример теплопередачи.

(а) Здесь безалкогольный напиток имеет более высокую температуру, чем лед, поэтому они не находятся в тепловом равновесии. (b) Когда безалкогольный напиток и лед могут взаимодействовать, тепло передается от напитка ко льду из-за разницы температур до тех пор, пока они не достигнут одинаковой температуры, что приводит к достижению равновесия. Фактически, поскольку безалкогольный напиток и лед находятся в контакте с окружающим воздухом и скамейкой, конечная равновесная температура будет такой же, как и температура окружающей среды.

Значение «тепла» в физике отличается от его обычного значения.Например, в разговоре мы можем сказать «жара была невыносимой», но в физике мы бы сказали, что температура была высокой. Тепло — это форма потока энергии, а температура — нет. Между прочим, люди чувствительны к тепловому потоку , а не к температуре.

Поскольку тепло — это форма энергии, в системе СИ единицей измерения является джоуль (Дж). Другой распространенной единицей энергии, часто используемой для получения тепла, является калория (кал), определяемая как энергия, необходимая для изменения температуры 1,00 г воды, в частности, между и, поскольку существует небольшая температурная зависимость.Также обычно используется килокалория (ккал), которая представляет собой энергию, необходимую для изменения температуры 1,00 кг воды на. Так как масса чаще всего указывается в килограммах, то килокалория удобна. Как ни странно, пищевые калории (иногда называемые «большими калориями», сокращенно Cal) на самом деле являются килокалориями, что нелегко определить по маркировке упаковки.

Механический эквивалент тепла

Также можно изменять температуру вещества, выполняя работу, которая передает энергию в систему или из нее.Это понимание помогло установить, что тепло — это форма энергии. Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) провел множество экспериментов, чтобы установить механический эквивалент тепла — работа, необходимая для получения тех же эффектов, что и передача тепла . В единицах, используемых для этих двух величин, эквивалентность равна

.

Мы считаем, что это уравнение представляет преобразование между двумя единицами энергии. (Другие числа, которые вы можете увидеть, относятся к калориям, определенным для температурных диапазонов, отличных от до.)

(рисунок) показывает одну из самых известных экспериментальных установок Джоуля для демонстрации того, что работа и тепло могут производить одни и те же эффекты, и измерения механического эквивалента тепла. Это помогло установить принцип сохранения энергии. Гравитационная потенциальная энергия ( U ) была преобразована в кинетическую энергию ( K ), а затем рандомизирована по вязкости и турбулентности в увеличенную среднюю кинетическую энергию атомов и молекул в системе, что привело к увеличению температуры.Вклад Джоуля в термодинамику был настолько значительным, что в его честь была названа единица энергии в системе СИ.

Эксперимент Джоуля установил эквивалентность тепла и работы. По мере того, как массы спускались, они заставляли весла работать на воде. Результатом стало повышение температуры, измеренное термометром. Джоуль обнаружил, что он пропорционален Вт , и таким образом определил механический эквивалент тепла.

Увеличение внутренней энергии за счет теплопередачи дает тот же результат, что и увеличение ее за счет выполнения работы.Следовательно, хотя система имеет четко определенную внутреннюю энергию, мы не можем сказать, что она имеет определенное «теплосодержание» или «рабочее содержание». Четко определенная величина, которая зависит только от текущего состояния системы, а не от истории этой системы, называется переменной состояния . Температура и внутренняя энергия являются переменными состояния. Подводя итог этому абзацу, тепло и работа не являются переменными состояния .

Между прочим, увеличение внутренней энергии системы не обязательно увеличивает ее температуру.Как мы увидим в следующем разделе, температура не меняется, когда вещество переходит из одной фазы в другую. Примером может служить таяние льда, которое может быть достигнуто путем добавления тепла или выполнения работы трения, например, когда кубик льда трется о шероховатую поверхность.

Изменение температуры и теплоемкость

Мы отметили, что теплопередача часто вызывает изменение температуры. Эксперименты показывают, что без изменения фазы и без работы системы или с ее помощью переданное тепло обычно прямо пропорционально изменению температуры и массы системы в хорошем приближении.(Ниже мы покажем, как действовать в ситуациях, когда приближение неверно.) Константа пропорциональности зависит от вещества и его фазы, которая может быть газом, жидкостью или твердым телом. Мы опускаем обсуждение четвертой фазы, плазмы, потому что, хотя это наиболее распространенная фаза во Вселенной, она редка и недолговечна на Земле.

Мы можем понять экспериментальные факты, заметив, что передаваемое тепло — это изменение внутренней энергии, которая представляет собой полную энергию молекул.В типичных условиях полная кинетическая энергия молекул составляет постоянную долю внутренней энергии (по причинам и за исключениями, которые мы увидим в следующей главе). Средняя кинетическая энергия молекулы пропорциональна абсолютной температуре. Следовательно, изменение внутренней энергии системы обычно пропорционально изменению температуры и количеству молекул, N . Математически зависимость от вещества в значительной степени обусловлена ​​разной массой атомов и молекул.Мы рассматриваем его теплоемкость с точки зрения его массы, но, как мы увидим в следующей главе, в некоторых случаях теплоемкость на молекулу одинакова для разных веществ. Зависимость от вещества и фазы также является результатом различий в потенциальной энергии, связанной с взаимодействиями между атомами и молекулами.

Значения удельной теплоемкости обычно необходимо измерять, потому что нет простого способа их точно рассчитать. (Рисунок) показывает типичные значения теплоемкости для различных веществ.Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла и в 10 раз больше, чем у железа, что означает, что для повышения температуры воды на определенное количество тепла требуется в пять раз больше тепла, чем у стекла, и в 10 раз больше тепла. столько, сколько по железу. Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Удельная теплота газов зависит от того, что поддерживается постоянным во время нагрева — обычно от объема или давления.В таблице первое значение удельной теплоемкости для каждого газа измерено при постоянном объеме, а второе (в скобках) измерено при постоянном давлении. Мы вернемся к этой теме в главе, посвященной кинетической теории газов.

В общем, удельная теплоемкость также зависит от температуры. Таким образом, точное определение c для вещества должно быть дано в терминах бесконечно малого изменения температуры. Для этого отметим это и заменим на d :

За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая при нормальных температурах.Поэтому мы обычно принимаем удельную теплоемкость постоянными на значениях, указанных в таблице.

(рисунок) иллюстрирует повышение температуры, вызванное работой. (Результат такой же, как если бы такое же количество энергии было добавлено с помощью паяльной лампы, а не механически.)

Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной на грузовике с веществом. Тормоза, используемые для управления скоростью на спуске, выполняют свою работу, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала ((рисунок)).Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Поскольку масса грузовика намного больше массы тормозного материала, поглощающего энергию, повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло от тормозов передавалось в окружающую среду; Другими словами, тормоза могут перегреться.

Дымящиеся тормоза тормозной тележки — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

Рассчитайте повышение температуры 10 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью, если материал удерживает 10% энергии от спускающегося грузовика массой 10 000 кг 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

Стратегия

Мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, приравниваем ее к увеличению внутренней энергии тормозов, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

Решение Сначала мы вычисляем изменение гравитационной потенциальной энергии при спуске грузовика:

Поскольку кинетическая энергия грузовика не изменяется, закон сохранения энергии говорит нам, что потерянная потенциальная энергия рассеивается, и мы предполагаем, что 10% ее передается внутренней энергии тормозов, так что возьмите.Затем мы рассчитываем изменение температуры от переданного тепла, используя

, где м — масса тормозного материала. Вставьте указанные значения, чтобы найти

Значение Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, приведет к очень сильному повышению температуры тормозного материала, поэтому этот метод непрактичен.Вместо этого грузовик использовал бы технику торможения двигателем. Другая идея лежит в основе новейшей технологии гибридных и электрических автомобилей, в которой механическая энергия (кинетическая и гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию в аккумуляторе. Этот процесс называется регенеративным торможением.

В задачах общего типа объекты с разными температурами контактируют друг с другом, но изолированы от всего остального, и им позволяют прийти в равновесие.Контейнер, который предотвращает передачу тепла внутрь или наружу, называется калориметром, а использование калориметра для измерения (обычно теплоемкости или удельной теплоемкости) называется калориметрией.

Мы будем использовать термин «проблема калориметрии» для обозначения любой проблемы, в которой рассматриваемые объекты термически изолированы от своего окружения. Важная идея при решении задач калориметрии состоит в том, что во время теплообмена между объектами, изолированными от их окружения, тепло, полученное более холодным объектом, должно равняться теплу, теряемому более горячим объектом, из-за сохранения энергии:

Мы выражаем эту идею, записывая, что сумма тепла равна нулю, потому что полученное тепло обычно считается положительным; тепло потеряно, отрицательное.

Расчет конечной температуры в калориметрии. Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды (примерно чашку) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, с температурой 0 ° C. Предположим, что теплопередача не происходит ни к чему другому: кастрюлю кладут на изолирующую подкладку, а теплопередачу воздуху не учитывают в течение короткого времени, необходимого для достижения равновесия. Таким образом, это проблема калориметрии, даже если не указан изолирующий контейнер. Также предположим, что выкипает незначительное количество воды.Какова температура, при которой вода и поддон достигают теплового равновесия?

Стратегия Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Теплопередача восстанавливает тепловое равновесие при соприкосновении воды и поддона; он останавливается, когда достигается тепловое равновесие между поддоном и водой. Тепло, теряемое сковородой, равно теплу, полученному водой — это основной принцип калориметрии.

Решение

  1. Используйте уравнение теплопередачи, чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечную температуру:
  2. Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру:
  3. Обратите внимание, что и и что, как указано выше, они должны быть в сумме равными нулю:
  4. Поместите все термины с левой стороны, а все остальные термины с правой стороны.Решение для


    и введите числовые значения:

Значение Почему конечная температура намного ближе к, чем к? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, следовательно, претерпевает меньшее изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры. Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико.Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

Проверьте свое понимание Если для повышения температуры породы необходимо 25 кДж, от какого количества тепла необходимо нагреть камень?

В хорошем приближении теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж. (Как мы увидим в следующем разделе, ответ был бы другим, если бы объект был сделан из некоторого вещества, которое меняет фазу где-то между и.)

Температурно-зависимая теплоемкость При низких температурах удельная теплоемкость твердых тел обычно пропорциональна. Первое понимание этого поведения было связано с голландским физиком Питером Дебаем, который в 1912 году рассмотрел атомные колебания с помощью квантовой теории, которую Макс Планк недавно использовал для излучения. Например, хорошее приближение для удельной теплоемкости соли NaCl: Константа 321 K называется температурой Дебая NaCl, и формула хорошо работает, когда Используя эту формулу, сколько тепла требуется для повышения температуры 24.0 г NaCl от 5 К до 15 К?

Решение Поскольку теплоемкость зависит от температуры, нам нужно использовать уравнение

Мы решаем это уравнение для Q , интегрируя обе части:

Затем подставляем данные значения и вычисляем интеграл:

Значение Если бы мы использовали уравнение и удельную теплоемкость соли при комнатной температуре, мы получили бы совсем другое значение.

Теплотворная способность различных видов топлива

Теплотворная способность топлива — это количество тепла, выделяющееся при его сгорании.Теплотворная способность, также называемая энергией или теплотой сгорания, является мерой плотности энергии топлива и выражается в энергии (джоулях) на указанное количество (, например, килограммов).

Теплотворная способность
Водород (H 2 ) 120-142 МДж / кг
Метан (CH 4 ) 50-55 МДж / кг
Метанол (CH 3 OH) 22.7 МДж / кг
Диметиловый эфир — DME (CH 3 OCH 3 ) 29 МДж / кг
Бензин / бензин 44-46 МДж / кг
Дизельное топливо 42-46 МДж / кг
Сырая нефть 42-47 МДж / кг
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) 46-51 МДж / кг
Природный газ 42-55 МДж / кг
Каменный каменный уголь (определение МЭА) > 23.9 МДж / кг
Каменный каменный уголь (Австралия и Канада) г. 25 МДж / кг
Полубитуминозный уголь (определение МЭА) 17,4-23,9 МДж / кг
Полубитуминозный уголь (Австралия и Канада) г. 18 МДж / кг
Бурый уголь / бурый уголь (определение МЭА) <17,4 МДж / кг
Бурый уголь / бурый уголь (Австралия, электроэнергия) г.10 МДж / кг
Дрова сухие 16 МДж / кг
Природный уран в LWR (нормальный реактор) 500 ГДж / кг
Природный уран в LWR с рециркуляцией U и Pu 650 ГДж / кг
Уран природный, в ФНР 28000 ГДж / кг
Уран с обогащением до 3,5%, в LWR 3900 ГДж / кг

Цифры по урану основаны на выгорании 3 из 45 000 МВт · сут / т.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *