Теплота - це ... Яка кількість теплоти виділиться при згоранні?
Всі речовини мають внутрішньою енергією. Ця величина характеризується рядом фізично-хімічних властивостей, серед яких особливу увагу слід приділити теплоті. Ця величина є абстрактним математичним значенням, яке описує сили взаємодії молекул речовини. Розуміння механізму теплового обміну може допомогти відповісти на питання, яке кількість теплоти виділилося при охолодженні і нагріванні речовин, а також їх згоранні.
Історія відкриття явища теплоти
Спочатку явище теплопередачі описувалося дуже просто і зрозуміло: якщо температура речовини підвищується, воно отримує теплоту, а в разі охолодження воно виділяє її в навколишнє середовище. Однак теплота - це не складова частина даної рідини або тіла, як думали три століття тому. Люди наївно вважали, що речовина складається з двох частин: власних молекул і теплоти. Зараз мало хто пам`ятає, що термін «температура» латинською означає «суміш», і, наприклад, про бронзі говорили як про «температурі олова і міді».
У 17 столітті з`явилося дві гіпотези, які могли б зрозуміло пояснити явище теплоти і теплопередачі. Першу запропонував в 1613 році Галілей. Його формулювання звучала так: «Теплота - це незвичайне речовина, що може проникати в будь-які тіла і виходити з них». Галілей назвав цю речовину теплорода. Він стверджував, що теплород не може зникнути або зруйнуватися, а тільки здатний переходити від одного тіла до іншого. Відповідно, чим більше в речовині теплорода, тим вище його температура.
Друга гіпотеза з`явилася в 1620 році, і запропонував її філософ Бекон. Він зауважив, що під сильними ударами молота залізо нагрівалося. Цей принцип діяв і при розпалюванні багаття тертям, що призвело Бекона до думки про молекулярну природу теплоти. Він стверджував, що при механічному впливі на тіло його молекули починають битися один об одного, збільшувати швидкість пересування і тим самим піднімати температуру.
Підсумком другої гіпотези стало висновок, що теплота - це результат механічного впливу молекул речовини один з одним. Цю теорію протягом тривалого проміжку часу намагався обґрунтувати і експериментально довести Ломоносов.
Теплота - це міра внутрішньої енергії речовини
Сучасні вчені прийшли до наступного висновку: теплова енергія є результатом взаємодії молекул речовини, т. Е. внутрішньої енергії тіла. Швидкість руху частинок залежить від температури, а величина теплоти прямо пропорційно масі речовини. Так, відро з водою має більшу тепловою енергією, ніж наповнена чашка. Однак блюдце з гарячою рідиною може мати менше теплоти, ніж таз із холодною.
Теорію теплорода, яку запропонував у 17 столітті Галілей, спростували вчені Дж. Джоуль і Б. Румфорд. Вони довели, що теплова енергія не володіє будь-якої масою і характеризується виключно механічним рухом молекул.
Яка кількість теплоти виділиться при згоранні речовини? Питома теплота згоряння
На сьогоднішній день універсальними і широко вживаними джерелами енергії є торф, нафта, вугілля, природний газ або деревина. При спалюванні цих речовин виділяється певна кількість теплоти, яке використовується для обігріву, запуску механізмів і т. Д. Яким чином можна розрахувати цю величину на практиці?
Для цього вводиться поняття питомої теплоти згорання. Ця величина залежить від кількості теплоти, що виділяється при згорянні 1 кг певної речовини. Позначається вона буквою q і вимірюється в Дж / кг. Нижче представлена таблиця значень q деяких найбільш поширених видів палива.
Інженеру при побудові і розрахунку двигунів необхідно знати, яка кількість теплоти виділиться при згоранні певної кількості речовини. Для цього можна скористатися непрямими вимірами за формулою Q = qm, де Q - це теплота згоряння речовини, q - питома теплота згоряння (табличне значення), а m - задана маса.
Освіта теплоти при згорянні грунтується на явищі виділення енергії при утворенні хімічних зв`язків. Найпростішим прикладом є згоряння вуглецю, який міститься в будь-якому з видів сучасного палива. Вуглець згорає в присутності атмосферного повітря і з`єднується з киснем, утворюючи вуглекислий газ. Формування хімічного зв`язку протікає з виділенням теплової енергії в навколишнє середовище, і цю енергію людина пристосувалася використовувати в своїх цілях.
На жаль, бездумне витрачання таких цінних ресурсів, як нафта або торф, незабаром може привести до виснаження джерел видобутку цих видів палива. Уже сьогодні з`являються електроприлади і навіть нові моделі автомобілів, робота яких заснована на таких альтернативних джерелах енергії, як сонячне світло, вода або енергія земної кори.
теплопередача
Здатність обміну тепловою енергією всередині тіла або від одного тіла до іншого називається теплопередачей. це явище не відбувається спонтанно і виникає тільки при різниці температур. У найпростішому випадку теплова енергія передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого до тих пір, поки не встановиться рівновага.
Тіла необов`язково повинні стикатися, щоб відбувалося явище теплопередачі. У будь-якому випадку встановлення рівноваги може статися і на невеликій відстані між розглянутими об`єктами, проте з меншою швидкістю, ніж при їх зіткненні.
Теплопередачу можна поділити на три види:
1. Теплопровідність.
2. Конвекція.
3. Променистий обмін.
теплопровідність
Це явище засноване на передачі теплової енергії між атомами або молекулами речовини. Причина передачі - хаотичний рух молекул і їх постійне зіткнення. Завдяки чому теплота переходить від однієї молекули до іншої по ланцюжку.
Спостерігати явище теплопровідності можна при прожаренні будь-якого залізного матеріалу, коли почервоніння на поверхні плавно поширюється і поступово згасає (певна кількість теплоти виділяється в навколишнє середовище).
Ж. Фур`є вивів формулу для теплового потоку, яка зібрала всі величини, що впливають на ступінь теплопровідності речовини (див. Малюнок нижче).
У цій формулі Q / t - тепловий потік, &lambda- - коефіцієнт теплопровідності, S - площа поперечного перерізу, T / X - відношення різниці температур між кінцями тіла, розташованими на певній відстані.
Теплопровідність є табличним значенням. Вона має практичне значення при утепленні житлового будинку або теплоізоляції обладнання.
Відео: Фізика: Яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні спирту масою 300 г?
променистий теплообмін
Ще один спосіб теплопередачі, який заснований на явищі електромагнітного випромінювання. Його відмінність від конвекції і теплопровідності полягає в тому, що передача енергії може відбуватися і в вакуумному просторі. Однак, як і в першому випадку, необхідна наявність різниці температур.
Променистий обмін - це приклад передачі теплової енергії Сонця на поверхню Землі, за яку відповідає переважно інфрачервоне випромінювання. Щоб визначити, яка кількість теплоти потрапляє на земну поверхню, були побудовані численні станції, які стежать за зміною даного показника.
Конвекція
Конвекційне рух потоків повітря прямо пов`язане з явищем теплопередачі. Незалежно від того, яка кількість теплоти ми повідомили рідини або газу, молекули речовини починають рухатися швидше. Через це тиск всієї системи зменшується, а обсяг, навпаки, збільшується. Це і є причина руху теплих потоків повітря або інших газів вгору.
Відео: Відео урок Фізика: Яка кількість теплоти виділиться при повному згорянні суміші 2,5 кг
Найпростішим прикладом використання явища конвекції в побуті можна назвати опалення приміщення за допомогою батарей. Вони розташовуються внизу кімнати не просто так, а щоб нагрітому повітрю було куди підніматися, що призводить до циркуляції потоків по приміщенню.
Як можна виміряти кількість теплоти?
Теплота нагрівання або охолодження розраховується математично за допомогою спеціального приладу - калориметра. Установка представлена великим теплоізольованим посудиною, який заповнений водою. У рідину опускається термометр для вимірювання початкової температури середовища. Потім в воду опускають нагріте тіло, щоб обчислити зміну температури рідини після встановлення рівноваги.
Щодо підвищення або зниження t середовища визначають, яка кількість теплоти для нагрівання тіла слід затратити. Калориметр є найпростішим пристроєм, який може зареєструвати зміну температури.
Також за допомогою калориметра можна порахувати, яку кількість теплоти виділиться при згоранні речовин. Для цього в посудину, заповнений водою, поміщають «бомбу». ця "бомба" являє собою закриту посудину, в якому розташовується досліджувана речовина. До нього підведені спеціальні електроди для підпалу, а камера заповнена киснем. Після повного згоряння речовини реєструється зміна температури води.
В ході подібних експериментів встановили, що джерелами теплової енергії є хімічні і ядерні реакції. Ядерні реакції протікають в глибоких шарах Землі, утворюючи основний запас теплоти всієї планети. Також вони використовуються людиною для отримання енергії в ході термоядерного синтезу.
Прикладами хімічних реакції є горіння речовин і розщеплення полімерів до мономерів в травній системі людини. Якість і кількість хімічних зв`язків в молекулі визначає, яку кількість теплоти виділиться в кінцевому підсумку.
Відео: Енергія палива. Питома теплота згоряння
У чому вимірюється теплота?
Одиницею вимірювання теплоти в міжнародній системі СІ є джоуль (Дж). Також в побуті використовуються позасистемні одиниці - калорії. 1 калорія дорівнює 4,1868 Дж за міжнародним стандартом і 4,184 Дж виходячи з термохімії. Раніше зустрічалася британська теплова одиниця БТЕ, яка вже рідко використовується вченими. 1 БТЕ = 1,055 Дж.
