Номер 2, страница 43 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

2. Какова единица удельной теплоёмкости вещества?

1. Что такое удельная теплоёмкость вещества?

Удельная теплоёмкость — это физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить единице массы вещества (например, 1 кг), чтобы нагреть его на единицу температуры (например, на 1 °C или 1 K). Она является характеристикой самого вещества.

Удельная теплоёмкость обозначается латинской буквой c. Её можно найти из формулы для количества теплоты, необходимого для нагревания тела:
$Q = c \cdot m \cdot (t_2 - t_1) = c \cdot m \cdot \Delta t$
где:
Q — количество теплоты, полученное веществом;
m — масса вещества;
$\Delta t$ — изменение температуры вещества ($t_2$ — конечная температура, $t_1$ — начальная температура).

Из этой формулы можно выразить удельную теплоёмкость:
$c = \frac{Q}{m \cdot \Delta t}$

Таким образом, удельная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 °C.

Ответ: Удельная теплоёмкость — это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать 1 кг вещества, чтобы его температура увеличилась на 1 °C (или 1 K).

2. Какова единица удельной теплоёмкости вещества?

Единицу измерения удельной теплоёмкости можно получить из её определяющей формулы:
$c = \frac{Q}{m \cdot \Delta t}$

В Международной системе единиц (СИ):

• количество теплоты Q измеряется в Джоулях (Дж);
• масса m измеряется в килограммах (кг);
• изменение температуры $\Delta t$ измеряется в Кельвинах (К).

Следовательно, единица измерения удельной теплоёмкости в СИ — Джоуль на килограмм-Кельвин, что записывается как $Дж/(кг \cdot К)$.

На практике часто используют внесистемную единицу, где температура измеряется в градусах Цельсия (°C). Так как изменение температуры на 1 K равно изменению температуры на 1 °C, то численно значения удельной теплоёмкости в этих единицах совпадают. Поэтому широко используется единица Джоуль на килограмм-градус Цельсия ($Дж/(кг \cdot °C)$).
Например, удельная теплоёмкость воды составляет примерно 4200 $Дж/(кг \cdot °C)$ или 4200 $Дж/(кг \cdot К)$.

Ответ: В системе СИ единица удельной теплоёмкости — Джоуль на килограмм-Кельвин ($Дж/(кг \cdot К)$). Также широко используется единица Джоуль на килограмм-градус Цельсия ($Дж/(кг \cdot °C)$).

3. Почему разные вещества имеют разную удельную теплоёмкость?

Разные вещества имеют разную удельную теплоёмкость из-за различий в их внутреннем строении на молекулярном и атомарном уровнях. Когда вещество получает теплоту, полученная энергия идёт на увеличение его внутренней энергии, что проявляется в повышении температуры. Способность вещества "запасать" тепловую энергию зависит от нескольких факторов:

1. Молярная масса и сложность молекул. При одинаковой массе, вещества с более лёгкими молекулами содержат большее количество этих молекул. Каждая молекула может запасать энергию. Кроме того, более сложные молекулы (состоящие из большего числа атомов) имеют больше "степеней свободы" — они могут не только двигаться поступательно, но и вращаться, а атомы в них могут колебаться. На возбуждение этих вращательных и колебательных движений также тратится энергия, что увеличивает теплоёмкость.
2. Силы межмолекулярного взаимодействия. В веществах с сильными связями между частицами (атомами или молекулами), как, например, водородные связи в воде, требуется больше энергии для увеличения амплитуды колебаний этих частиц. Это приводит к высокой удельной теплоёмкости. Именно поэтому у воды одна из самых высоких удельных теплоёмкостей.
3. Кристаллическая структура (для твёрдых тел). В кристаллических телах атомы расположены в определённом порядке (кристаллической решётке). Энергия, подводимая к телу, идёт на увеличение энергии колебаний атомов в узлах этой решётки. Разная структура решётки и разная масса атомов приводят к тому, что для одинакового увеличения средней энергии колебаний (то есть температуры) разным веществам требуется разное количество теплоты. У металлов, например, часть энергии идёт также на увеличение кинетической энергии свободных электронов.
4. Агрегатное состояние. Одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком, газообразном) имеет разную удельную теплоёмкость. Например, удельная теплоёмкость льда (2100 $Дж/(кг \cdot °C)$) почти в два раза меньше, чем у жидкой воды (4200 $Дж/(кг \cdot °C)$), так как меняется структура связей и характер движения молекул.

Ответ: Различия в удельной теплоёмкости веществ обусловлены их внутренним строением: массой и сложностью составляющих их молекул (атомов), силами взаимодействия между ними, а также кристаллической структурой (для твёрдых тел) и агрегатным состоянием.