Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно!
Уравнение теплового баланса: формула, закон теплообмена
851

Уравнение теплового баланса: формула, закон теплообмена

Содержание:





Закон сохранения энергии гласит, что энергия из системы бесследно не исчезает и не берётся из ниоткуда. Отсюда следует: замкнутая система не обменивается энергией с внешней средой. Этот закон носит название уравнение теплового баланса – это один из основополагающих постулатов в физике. Ознакомимся с ним подробнее. Рассмотрим формулу теплового баланса, метод её получения на практике.

Способ доказать истинность закона

Теплоёмкость тел определяется калориметром – это пара помещённых один в другой сосудов, между стенками которых находится воздушная прослойка. Она минимизирует теплообмен между внутренней ёмкостью, установленной на корковые пробки, и внешней средой. Накрыты сосуды материалом с низкой теплопроводностью.

Внутренний сосуд заполняется водой известной температуры t1. Предмет, теплоёмкость которого определяется, нагревают до определённого уровня t2 (желательно выполнить условие: t1 < t2). Тело быстро опускают в воду, сосуды накрывают и жидкость помешивают до исчезновения разности температур – t.

Результаты опыта предоставляют сведения об удельной ёмкости искомого материала c2. Она равняется сумме увеличения энергии жидкости и калориметра. Нагреванием окружающей среды пренебрегают, в подобных случаях оно мало влияет на результат, получаемой точности измерения для лабораторных работ достаточно. Для повышения точности в расчёты вносят поправки на передачу тепла калориметра, исследуемого тела, воды и мешалки окружающей среде.

Сумма энергий образца, калориметра, его содержимого принимаются равными до и после опыта. Закон сохранения тепла следует из закона сохранения энергии: тело отдаёт столько теплоты, сколько поглощает калориметр с водой внутри и мешалкой. Температурный показатель нагретого предмета понижается на t2 – t, где:

  • t2 – изначальная температура тела;
  • t – конечная, после его охлаждения и подогрева воды, прибора, мешалки.

Работа в калориметре не производится, понижение его энергии определяется уравнением: c2m2(t— t), здесь:

  • c2 – теплоёмкость исследуемого вещества;
  • m2 – его масса.

Термический показатель воды после опускания в неё разогретого тела поднимается на t – t1, а энергетическая составляющая изменяется в соответствии с уравнением: c1m1(t — t1). Теплоёмкость c1 и масса воды m1, из условий опыта, известны.



Уравнение или формула теплового баланса при теплообмене

Для упрощения задачи предположим: мешалка и калориметр сделаны из одного материала с теплоёмкостью c3, их вес – m3. Вследствие нагрева прибор с мешалкой получат энергию извне, от опущенного тела, равную c3m3(t-t1). Мы получили уравнение теплового баланса, его формула:

c2m2(t— t) = c1m1(t — t1) + c3m3(t — t1).

Из формулы легко вычислить теплоёмкость искомого тела:

c2 = (c1m1 + c3m3) (t — t1) / t2 — tm2.

Измеряется в кДжкг*К.

Уравнение теплового равновесия формулируется и иным образом: в замкнутой системе происходит только теплообмен без превращения энергий. В ней выделяемый и поглощаемый объём теплоты равны: Qполученная + Qотданная = 0.

Поделитесь в социальных сетях:
25 октября 2021, 13:43


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».
×
×