Расчет количества теплоты при фазовых переходах.

Тема: Количество теплоты.

Дата: 02.04.2020 г.

Студенты должны знать:понятия внутренней энергии, работы и количества теплоты в термодинамике.

Студенты должны уметь:объяснить от чего зависит удельная теплоемкость, удельная теплота парообразования и плавления.

План

1. Количество теплоты.

2. Расчет количества теплоты при фазовых переходах.

3. Уравнение теплового баланса.

 

1. Количество теплоты.

Внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: совершением работы и теплопередачей.

 

Процесс передачи энергии от одного тела другому без совершения работы называют теплообменом.

Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты.

Вам уже известно, что для нагревания тела массой т от температуры t₁ до температуры t₂ необходимо передать ему количество теплоты:

Q = cm(t₂ - t₁) = cm Δt    (1)

При остывании тела его конечная температура t₂ оказывается меньше начальной температуры t₁ и количество теплоты, отдаваемой телом, отрицательно.

Коэффициент с в формуле (1) называют удельной теплоёмкостью вещества.

Удельная теплоёмкость — это величина, численно равная количеству теплоты, которую получает или отдаёт вещество массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К.

Удельная теплоёмкость газов зависит от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1 °С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объёме, когда газ будет только нагреваться.

Жидкие и твёрдые тела расширяются при нагревании незначительно. Их удельные теплоёмкости при постоянном объёме и постоянном давлении мало различаются.

Фазовые переходы «жидкость — пар» и «пар — жидкость» происходят при любой температуре. Количество теплоты Q_п, которая поглощается при парообразовании (или выделяется при конденсации), вычисляют по формуле:

Q_п = rm    (2),

где m – масса вещества,

  r - удельная теплота парообразования при данной температуре (обычно в таблицах представлена удельная теплота парообразования при температуре кипения жидкости).

Температуру, при которой происходят фазовые переходы «кристалл —» жидкость» и «жидкость —» кристалл», называют температурой плавления. Температура плавления зависит от рода вещества и внешнего давления. Количество теплоты Q_пл, которое поглощается при плавлении кристаллического вещества (или выделяется при кристаллизации жидкости), вычисляют по формуле:

Q_пл = λm      (3),

где m — масса вещества; λ — удельная теплота плавления.