Страница 27 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Что называют количеством теплоты?

1. Количеством теплоты (или просто теплотой) называют физическую величину, которая соответствует энергии, переданной телу или отданной им в процессе теплообмена с окружающей средой. Теплообмен (или теплопередача) — это самопроизвольный процесс передачи энергии от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, который происходит без совершения механической работы.

Ключевые аспекты этого понятия:

• Количество теплоты — это энергия в процессе передачи. Тело не "содержит" теплоту, оно обладает внутренней энергией. Количество теплоты — это та часть внутренней энергии, которая передаётся от одного тела к другому именно путем теплообмена.
• Связь с внутренней энергией. Внутренняя энергия тела — это сумма кинетической энергии хаотического движения его частиц (атомов, молекул) и потенциальной энергии их взаимодействия. Когда тело получает количество теплоты $Q$, его внутренняя энергия $\Delta U$ увеличивается ($Q > 0$). Когда тело отдает тепло, его внутренняя энергия уменьшается ($Q < 0$).
• Способы теплопередачи. Энергия может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.
• Единицы измерения. В Международной системе единиц (СИ) количество теплоты, как и любой другой вид энергии, измеряется в джоулях (Дж). Исторически также используется внесистемная единица — калория (кал), причем 1 кал ≈ 4,19 Дж.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяемое при его охлаждении, рассчитывается по формуле: $Q = c \cdot m \cdot (t_{конечная} - t_{начальная}) = c \cdot m \cdot \Delta t$ где $Q$ — количество теплоты, $c$ — удельная теплоемкость вещества, $m$ — масса тела, а $\Delta t$ — изменение его температуры.

Ответ: Количество теплоты — это количественная мера энергии, которую тело получает или отдает в процессе теплообмена (теплопередачи) без совершения работы.

2. Какова единица количества теплоты?

1. Что называют количеством теплоты?

Количеством теплоты называют количественную меру энергии, которую тело получает (поглощает) или теряет (выделяет) в процессе теплообмена с другими телами. Теплообмен — это самопроизвольный процесс передачи энергии от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой, происходящий без совершения механической работы. Количество теплоты является характеристикой процесса, а не состояния тела, и обозначается символом $Q$.

Ответ: Количество теплоты — это энергия, переданная телу или отданная им в процессе теплопередачи.

2. Какова единица количества теплоты?

В Международной системе единиц (СИ) единицей измерения количества теплоты, как и любого другого вида энергии (например, работы или кинетической энергии), является джоуль. Обозначение: Дж. Единица названа в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля. Исторически также использовалась и до сих пор иногда применяется внесистемная единица — калория (кал). 1 калория определяется как количество теплоты, необходимое для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия. Соотношение между единицами: 1 кал ≈ 4,1868 Дж. На практике часто используют кратные единицы: килоджоуль (кДж) и мегаджоуль (МДж).

Ответ: Основной единицей количества теплоты в системе СИ является джоуль (Дж).

3. Как зависит количество теплоты от массы тела?

Количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела на определенное число градусов, или которое выделяется при его охлаждении на то же число градусов, находится в прямой пропорциональной зависимости от массы этого тела. Это означает, что если масса тела увеличится в несколько раз, то и количество теплоты, необходимое для изменения его температуры на ту же величину, увеличится во столько же раз. Математически эта зависимость выражается как $Q \sim m$. Эта зависимость является частью общей формулы для расчета количества теплоты: $Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1)$, где $Q$ — количество теплоты, $m$ — масса, $c$ — удельная теплоемкость вещества, а $(t_2 - t_1)$ — изменение температуры. Из формулы видно, что при прочих равных условиях $Q$ прямо пропорционально $m$.

Ответ: Количество теплоты прямо пропорционально массе тела.

? 3. Как зависит количество теплоты от массы тела?

3. Количество теплоты ($Q$) находится в прямой пропорциональной зависимости от массы тела ($m$). Это означает, что чем больше масса тела, тем большее количество теплоты потребуется для изменения его температуры или для изменения его агрегатного состояния (плавления или кипения) при прочих равных условиях.

Эта зависимость выражается в основных формулах термодинамики:

При нагревании или охлаждении тела без изменения его агрегатного состояния, количество теплоты рассчитывается по формуле:

$Q = c \cdot m \cdot (T_{2} - T_{1}) = c \cdot m \cdot \Delta T$

Здесь $c$ — это удельная теплоемкость вещества (показывает, сколько теплоты нужно для нагрева 1 кг вещества на 1°C), а $\Delta T$ — это изменение температуры. Из формулы видно, что если увеличить массу $m$ в 2 раза, то и количество теплоты $Q$ для такого же нагрева тоже увеличится в 2 раза.

При фазовых переходах (например, плавлении или кипении), когда температура вещества остается постоянной, количество теплоты также прямо пропорционально массе:

- Формула для плавления: $Q = \lambda \cdot m$, где $\lambda$ — удельная теплота плавления.

- Формула для парообразования: $Q = L \cdot m$, где $L$ — удельная теплота парообразования.

В обоих случаях, чтобы расплавить или превратить в пар тело с большей массой, потребуется большее количество теплоты.

Ответ: Количество теплоты прямо пропорционально массе тела. Чем больше масса, тем большее количество теплоты необходимо, чтобы нагреть тело на определенную температуру или чтобы изменить его агрегатное состояние.

4. Как зависит количество теплоты от разности конечной и начальной температур тела?

3. Как зависит количество теплоты от массы тела?

Количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела, находится в прямой пропорциональной зависимости от его массы. Это означает, что во сколько раз больше масса тела, во столько же раз больше теплоты потребуется для изменения его температуры на одно и то же значение. Например, чтобы нагреть 2 кг воды на 1°C, потребуется в два раза больше теплоты, чем для нагрева 1 кг воды на 1°C.

Эта зависимость описывается физической формулой для количества теплоты:

$Q = c \cdot m \cdot \Delta t$

где $Q$ — количество теплоты, $m$ — масса тела, $c$ — удельная теплоемкость вещества (постоянная для данного вещества), а $\Delta t$ — изменение температуры. Из формулы видно, что при одинаковых $c$ и $\Delta t$, количество теплоты $Q$ прямо пропорционально массе $m$.

Ответ: Количество теплоты прямо пропорционально массе тела.

4. Как зависит количество теплоты от разности конечной и начальной температур тела?

Количество теплоты, сообщаемое телу (при нагревании) или отбираемое у него (при охлаждении), прямо пропорционально изменению его температуры. Изменение температуры — это разность между конечной ($t_2$) и начальной ($t_1$) температурами тела, которая обозначается как $\Delta t = t_2 - t_1$.

Это значит, что чем на большее число градусов мы хотим изменить температуру тела, тем большее количество теплоты для этого потребуется. Например, чтобы нагреть стакан воды на 20°C, потребуется вдвое больше теплоты, чем для его нагрева на 10°C.

Эта зависимость также видна из формулы количества теплоты:

$Q = c \cdot m \cdot \Delta t$

При постоянных массе тела $m$ и удельной теплоемкости вещества $c$, количество теплоты $Q$ прямо пропорционально разности температур $\Delta t$.

Ответ: Количество теплоты прямо пропорционально разности конечной и начальной температур тела.

5. Опишите опыт, показывающий, что количество теплоты зависит от массы тела.

Для того чтобы на опыте продемонстрировать зависимость количества теплоты от массы тела, можно провести следующий эксперимент.

Необходимое оборудование: два абсолютно одинаковых сосуда (например, калориметра или лабораторных стакана), два одинаковых источника тепла (например, две одинаковые спиртовки или электрические плитки с одинаковой мощностью), весы, термометр, вода.

Порядок проведения опыта:

1. С помощью весов отмеряем разные массы воды. В первый сосуд наливаем воду массой $m_1$, например 100 г. Во второй сосуд наливаем воду вдвое большей массы $m_2 = 200$ г.

2. С помощью термометра измеряем начальную температуру воды в обоих сосудах. Убеждаемся, что она одинакова.

3. Размещаем оба сосуда на одинаковых нагревателях и начинаем их одновременно нагревать. Важно, чтобы условия нагрева были идентичными, то есть чтобы оба сосуда получали одинаковое количество теплоты в единицу времени.

4. Нагреваем воду в течение определенного, одинакового для обоих сосудов времени, например, 5 минут.

5. По истечении этого времени прекращаем нагрев и снова измеряем температуру воды в каждом сосуде.

Наблюдение и вывод: В результате опыта мы увидим, что вода в сосуде с меньшей массой (100 г) нагрелась сильнее, то есть её конечная температура стала выше, чем у воды в сосуде с большей массой (200 г). Так как время нагрева и нагреватели были одинаковыми, оба объёма воды получили равное количество теплоты $Q$. Однако это равное количество теплоты вызвало разное изменение температуры. Для того чтобы нагреть обе массы воды до одной и той же температуры (т.е. обеспечить одинаковое $\Delta t$), для тела большей массы потребовалось бы больше времени нагрева, а следовательно, и большее количество теплоты. Этот опыт доказывает, что количество теплоты, необходимое для нагрева тела, прямо пропорционально его массе.

Ответ: Описан эксперимент с нагреванием двух разных масс воды при одинаковых условиях, который показывает, что для нагрева тела большей массы требуется большее количество теплоты.

5. Опишите опыт, показывающий, что количество теплоты зависит от рода вещества, из которого состоит тело.

Чтобы продемонстрировать, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого оно состоит, можно провести следующий опыт.

Оборудование и материалы:

Два одинаковых сосуда (например, калориметра или стакана), два одинаковых нагревателя (например, спиртовки или электрические плитки), весы, два термометра, секундомер, а также два разных вещества равной массы, например, вода и подсолнечное масло.

Порядок проведения опыта:

1. С помощью весов отмеряем одинаковые массы воды и подсолнечного масла (например, по 200 г).

2. Наливаем воду в один сосуд, а масло — в другой.

3. Измеряем начальную температуру обеих жидкостей с помощью термометров. Необходимо убедиться, что она одинакова (например, комнатная температура).

4. Помещаем оба сосуда на одинаковые нагреватели и одновременно включаем их, запуская секундомер.

5. Следим за показаниями термометров и измеряем время, которое потребуется для нагрева каждой жидкости на одно и то же число градусов (например, на 40°C).

Наблюдение и результат:

В ходе эксперимента мы увидим, что масло нагреется на 40°C значительно быстрее, чем вода. Время, затраченное на нагрев воды, будет примерно в два раза больше, чем время, затраченное на нагрев масла.

Объяснение и вывод:

Количество теплоты $Q$, которое получает тело от нагревателя постоянной мощности $P$ за время $t$, прямо пропорционально времени нагрева: $Q = P \cdot t$. Поскольку мы использовали одинаковые нагреватели, можно считать их мощности равными. Следовательно, то вещество, которое нагревалось дольше, получило большее количество теплоты.

В нашем опыте для нагревания одинаковой массы ($m$) воды и масла на одинаковое изменение температуры ($\Delta t$) потребовалось разное время, а значит, и разное количество теплоты. Вода получила больше теплоты, чем масло.

Это доказывает, что количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества. Физическая величина, которая характеризует это свойство, называется удельной теплоемкостью вещества ($c$). Количество теплоты вычисляется по формуле $Q = c \cdot m \cdot \Delta t$. Так как в опыте массы $m$ и изменения температуры $\Delta t$ были равны, а количество теплоты $Q$ оказалось разным, это означает, что удельные теплоемкости ($c$) воды и масла различны.

Ответ: Для демонстрации зависимости количества теплоты от рода вещества следует провести опыт по нагреванию тел одинаковой массы из разных веществ (например, воды и масла). Нагревая их на одинаковое число градусов при помощи одинаковых нагревателей, можно заметить, что для этого потребуется разное время. То вещество, которое нагревалось дольше (в данном примере — вода), потребовало для этого большего количества теплоты. Это доказывает, что количество теплоты, необходимое для нагрева тела, зависит от рода вещества, из которого оно состоит.