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物理学、熱を思い出しましょう。熱量、比熱容量

熱交換。

1. 熱交換。

熱交換または熱伝達仕事をせずに、ある体の内部エネルギーを別の体に伝達するプロセスです。

熱の伝わり方には3種類あります。

1) 熱伝導率- これは、物体が直接接触しているときの物体間の熱交換です。

2) 対流- これは、気体または液体の流れによって熱が伝達される熱交換です。

3) 放射線– これは電磁放射による熱交換です。

2. 熱量。

熱量は、熱交換中の物体の内部エネルギーの変化の尺度です。文字で示される Q.

熱量の単位＝1J。

熱交換の結果として物体が他の物体から受け取る熱量は、温度の上昇 (分子の運動エネルギーの増加) または凝集状態の変化 (位置エネルギーの増加) に費やされます。

3.物質の比熱容量。

経験によれば、質量 m の物体を温度 T 1 から温度 T 2 まで加熱するのに必要な熱量は、物体 m の質量と温度差 (T 2 - T 1)、つまり 2 に比例します。

Q = cm(T 2 -T 1 ) = sメートルΔ Tさん

とを被加熱体の物質の比熱容量といいます。

物質の比熱容量は、物質を 1 K 加熱するために 1 kg の物質に与えなければならない熱量に等しくなります。

比熱容量の測定単位 =.

さまざまな物質の熱容量値は物理表で見つけることができます。

体がΔTだけ冷却されると、まったく同じ量の熱Qが放出されます。

4.気化比熱。

経験によれば、液体を蒸気に変換するのに必要な熱量は液体の質量に比例します。

Q = うーん,

比例係数はどこにありますか L呼ばれた比熱気化。

気化比熱は、沸点の液体 1 kg を蒸気に変換するのに必要な熱量に等しくなります。

蒸発の比熱の測定単位。

逆のプロセスである水蒸気の凝縮中に、水蒸気の形成に費やされたのと同じ量の熱が放出されます。

5.融解比熱。

経験上、固体を液体に変えるのに必要な熱量は物体の質量に比例することがわかっています。

Q = λ メートル,

ここで、比例係数 λ を融解比熱といいます。

融解比熱は、重さ 1 kg の固体が融点で液体に変化するのに必要な熱量に等しくなります。

融解比熱の測定単位。

逆のプロセスである液体の結晶化中には、融解に費やしたのと同じ量の熱が放出されます。

6. 燃焼比熱。

経験によれば、燃料の完全燃焼中に放出される熱量は燃料の質量に比例します。

Q = qメートル,

ここで、比例係数 q を燃焼比熱といいます。

燃焼比熱は、1kgの燃料が完全燃焼する際に放出される熱量に等しい。

燃焼比熱の測定単位。

7. 熱平衡方程式。

熱交換には 2 つ以上の物体が関係します。熱を放出する物体もあれば、熱を受け取る物体もあります。熱交換は、物体の温度が等しくなるまで行われます。エネルギー保存則によれば、放出される熱量と受け取られる熱量は等しい。これに基づいて、熱収支方程式が書かれます。

例を見てみましょう。

熱容量が c 1 である質量 m 1 の物体は温度 T 1 を持ち、熱容量が c 2 である質量 m 2 の物体は温度 T 2 を持ちます。さらに、T 1 は T 2 よりも大きくなります。これらの身体は接触させられます。経験上、冷たい物体 (m 2) は熱くなり始め、熱い物体 (m 1) は冷え始めます。これは、熱い物体の内部エネルギーの一部が冷たい物体に伝達され、温度が均一化されることを示唆しています。最終的な全体温度をθで表すことにします。

熱い物体から冷たい物体に伝わる熱量

Q 転送されました。 = c 1 メートル 1 (T 1 – θ )

熱い体から冷たい体が受け取る熱量

Q 受け取った。 = c 2 メートル 2 (θ – T 2 )

エネルギー保存の法則によると Q 転送されました。 = Q 受け取った。、つまり

c 1 メートル 1 (T 1 – θ )= c 2 メートル 2 (θ – T 2 )

括弧を開いて、定常状態の全温度 θ の値を表してみましょう。

この場合、温度値 θ をケルビン単位で取得します。

ただし、式で Q が渡されるため。

そしてQを受信します。は 2 つの温度の差であり、ケルビンでも摂氏でも同じである場合、計算は摂氏で実行できます。それから

この場合、温度値 θ を摂氏で取得します。

熱伝導率の結果としての温度の均一化は、熱カオス運動の過程における衝突時の分子間の運動エネルギーの交換としての分子運動理論に基づいて説明することができる。

すでに知られているように、体の内部エネルギーは、仕事をしているときと、熱伝達を通じて（仕事をしていなくても）変化する可能性があります。

仕事と熱量の主な違いは、仕事がシステムの内部エネルギーを変換するプロセスを決定し、それにはある種類のエネルギーから別の種類のエネルギーへの変換が伴うことです。 内部エネルギーの変化が発生した場合、熱伝達 、ある体から別の体へのエネルギーの伝達は、次の原因によって行われます。熱伝導率 、放射線、または.

対流 熱伝達中に物体が失ったり得たりするエネルギーは、

熱量。

熱量を計算するときは、どのような量が熱量に影響を与えるかを知る必要があります。

2 つの同一のバーナーを使用して 2 つの容器を加熱します。 1 つの容器には 1 kg の水が入っており、もう 1 つの容器には 2 kg の水が入っています。 2 つの容器内の水の温度は最初は同じです。両方の容器が受ける熱量は等しいにもかかわらず、同じ時間内に、一方の容器の水がより速く加熱することがわかります。したがって、質量が大きいほど、と結論付けられます。与えられた体、それらのもっと

温度を同じ度だけ下げるか上げるためには熱を消費する必要があります。

物体が冷えると、その質量が大きくなるほど、周囲の物体により多くの熱が放出されます。

満杯のやかんの水を 50°C の温度まで加熱する必要がある場合、同じ体積の水を入れて 100°C まで加熱するよりも、この作業に費やす時間が短縮されることは誰もが知っています。ケース 1 では、ケース 2 よりも水に与えられる熱が少なくなります。 したがって、加熱に必要な熱量は、何度 体が温まる可能性があります。次のように結論付けることができます。

熱量は体温の差に直接依存します。

しかし、水を加熱するのではなく、他の物質、たとえば石油、鉛、鉄などを加熱するのに必要な熱量を決定することは可能でしょうか? 一方の容器に水を入れ、もう一方の容器に植物油を入れます。水と油の質量は等しい。両方の容器を同じバーナーで均等に加熱します。同じ初期温度で実験を始めましょう植物油

そして水。 5 分後、加熱された油と水の温度を測定すると、両方の液体が受けた熱量は同じであるにもかかわらず、油の温度が水の温度よりもはるかに高いことがわかります。 明らかな結論は次のとおりです。異なる量暖かさ。

そして、私たちはすぐに別の結論を導き出します。物体を加熱するために必要な熱量は、物体自体を構成する物質（物質の種類）に直接依存します。

したがって、物体を加熱する（または冷却時に放出される）のに必要な熱量は、物体の質量、温度の変動性、および物質の種類に直接依存します。

熱量は記号Qで表されます。さまざまな種類エネルギー、熱量はジュール (J) またはキロジュール (kJ) で測定されます。

1 kJ = 1000 J

しかし、歴史によれば、エネルギーの概念が物理学に登場するずっと前から、科学者は熱量の測定を始めていました。当時、熱量を測定するための特別な単位、カロリー（cal）またはキロカロリー（kcal）が開発されました。この言葉の語源はラテン語で、カロリー - 熱です。

1 kcal = 1000 カロリー

カロリー– これは、1 g の水を 1°C 加熱するのに必要な熱量です。

1 cal = 4.19 J ≈ 4.2 J

1kcal = 4190J ≈ 4200J ≈ 4.2kJ

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熱量の概念は開発初期に形成された現代物理学について明確なアイデアがなかったとき、内部構造物質、エネルギーとは何か、自然界にはどのような形態のエネルギーが存在するのか、そして物質の運動と変化の形態としてのエネルギー。

熱量というのは、物理量熱交換の過程で物体に伝達されるエネルギーに相当します。

熱の時代遅れの単位はカロリーであり、今日では 4.2 J に相当します。このユニットは実際には使用されず、その代わりにジュールが使用されています。

当初、熱エネルギーの媒体は液体の性質を持つ完全に無重力の媒体であると考えられていました。熱伝達に関する多くの物理的問題は、この前提に基づいて解決されており、現在も解決されています。仮説的なカロリーの存在は、多くの本質的に正しい構造の基礎でした。加熱と冷却、融解と結晶化という現象によってカロリーが放出、吸収されると考えられていました。熱伝達プロセスの正しい方程式は、誤った物理概念に基づいて得られました。熱量は熱交換に関与する物体の質量と温度勾配に直接比例するという法則が知られています。

ここで、Q は熱量、m は体重、係数はと– 比熱容量と呼ばれる量。比熱容量は、プロセスに関与する物質の特性です。

熱力学の仕事

熱プロセスの結果、きれいになります機械的な仕事。たとえば、気体が加熱されると、体積が増加します。下の写真のような状況を考えてみましょう。

この場合、機械的仕事は、ピストンに加わるガス圧力の力と、圧力下でピストンが移動する経路を乗じたものに等しくなります。もちろんこれ最も単純なケース。しかし、その中でも問題が 1 つあることに気づくでしょう。圧力はガスの体積に依存するため、定数ではなく可変量を扱っていることになります。圧力、温度、体積の 3 つの変数はすべて相互に関連しているため、計算作業は大幅に複雑になります。理想的で無限に遅いプロセスがいくつかあります。等圧プロセス、等温プロセス、断熱プロセス、等容プロセスなどです。これらのプロセスについては、比較的簡単に計算を実行できます。圧力対体積のグラフがプロットされ、仕事は形状の積分として計算されます。

シリンダー内のガスの内部エネルギーは、仕事をするだけでなく、ガスを加熱することによっても変化させることができます（図43）。ピストンを固定すると、ガスの体積は変化しませんが、温度が上昇し、内部エネルギーが増加します。
仕事をせずにある物体から別の物体にエネルギーを伝達するプロセスは、熱交換または熱伝達と呼ばれます。

熱交換の結果として体に伝達されるエネルギーを熱量といいます。熱量は、熱交換中に物体が放出するエネルギーとも呼ばれます。

熱伝達の分子像。物体間の境界での熱交換中に、低温の物体のゆっくりと移動する分子と、より速く移動する高温の物体の分子との相互作用が発生します。その結果、分子の運動エネルギーは等化され、低温体の分子の速度は増加し、高温体の分子の速度は減少します。

熱交換中、エネルギーはある形態から別の形態に変換されません。つまり、高温の物体の内部エネルギーの一部が低温の物体に伝達されます。

熱量と熱容量。 VII クラスの物理コースから、質量 m の物体を温度 t 1 から温度 t 2 まで加熱するには、熱量を通知する必要があることが知られています。

Q = cm(t 2 – t 1) = cmΔt。 (4.5)

物体が冷えると、その永久温度 t 2 は初期温度 t 1 より低くなり、物体から放出される熱量は負になります。
式 (4.5) の係数 c を比熱容量。比熱容量は、1 kg の物質の温度が 1 K 変化したときに受け取るまたは放出する熱量です。

比熱容量は、ジュールをキログラムで割ってケルビンを掛けた単位で表されます。物体が異なれば、温度を 1 K 上昇させるために必要なエネルギー量も異なります。したがって、比熱水 4190 J/(kg K)、銅 380 J/(kg K)。

比熱容量は、物質の特性だけでなく、熱伝達が起こるプロセスにも依存します。気体を一定の圧力で加熱すると膨張して仕事をします。一定圧力でガスを 1℃加熱するには、一定体積で加熱するよりも多くの熱をガスに伝達する必要があります。

液体と固体加熱するとわずかに膨張し、一定体積および一定圧力における比熱容量はほとんど変わりません。

蒸発の比熱。液体を蒸気に変えるには、液体を移送する必要があります一定の量暖かさ。この変化の間、液体の温度は変化しません。一定温度での液体から蒸気への変化は、分子の運動エネルギーの増加にはつながりませんが、位置エネルギーの増加を伴います。結局のところ、気体分子間の平均距離は液体分子間の平均距離よりも何倍も長いのです。さらに、物質が液体から気体状態に移行する際の体積の増加には、外部からの圧力に抗して仕事をする必要があります。

一定温度で1kgの液体を蒸気に変えるのに必要な熱量を気化比熱といいます。

この量は文字 r で示され、キログラムあたりのジュールで表されます。

水の蒸発比熱は非常に高く、100°C の温度で 2.256 · 10 6 J/kg です。他の液体 (アルコール、エーテル、水銀、灯油など) の場合、蒸発比熱は 3 ～ 10 分の 1 です。

質量 m の液体を蒸気に変換するには、次の熱量が必要です。

蒸気が凝縮すると同じ量の熱が放出されます

Q k = –rm。 (4.7)融解比熱。

結晶体が溶けると、そこに供給された熱はすべて分子の位置エネルギーを増加させるために使われます。融解は一定の温度で起こるため、分子の運動エネルギーは変化しません。

融点の結晶物質1kgを同じ温度の液体に変えるのに必要な熱量λ（ラムダ）を融解比熱といいます。

1kgの物質が結晶化すると、まったく同じ量の熱が放出されます。氷の融解比熱は非常に高く、3.4 · 10 5 J/kg です。

質量 m の結晶体を溶かすには、次の熱量が必要です。

Qpl = λm。 (4.8)

物体の結晶化中に放出される熱量は次のとおりです。

Q cr = – λm。 (4.9)

1. 熱量を何といいますか? 2. 物質の比熱容量は何に依存しますか? 3. 蒸発比熱は何と呼ばれますか? 4. 融解比熱は何と呼ばれますか? 5. 伝達熱量がマイナスになるのはどのような場合ですか?

このレッスンでは、物体を加熱するために必要な熱量、または物体を冷却するときに放出される熱量を計算する方法を学びます。これを行うために、これまでのレッスンで得た知識をまとめます。

また、熱量の公式を用いて、この公式から残りの量を表し、他の量を知りながら計算することを学びます。熱量を計算する解の問題例も考える。このレッスン

物体が加熱されるとき、または物体が冷却されるときに放出される熱量を計算することに専念します。計算する能力必要な数量

暖かさはとても大切です。これは、たとえば、部屋を暖房するために水に与える必要がある熱量を計算する場合に必要になる場合があります。

または、さまざまなエンジンで燃料が燃焼するときに放出される熱量を計算するには、次のようにします。

米。 2. エンジン内で燃料が燃焼するときに発生する熱量

この知識は、たとえば、太陽から放出され地球に降る熱の量を決定するためにも必要です。

米。 3. 太陽が放出して地球に降り注ぐ熱量

熱量を計算するには、次の 3 つのことを知っておく必要があります (図 4)。

体重（通常は体重計を使用して測定できます）。
身体を加熱または冷却する必要がある温度差（通常は温度計を使用して測定されます）。
体の比熱容量（表から決定できます）。

米。 4. 判断するために知っておくべきこと

熱量の計算式は次のようになります。

この式には次の量が含まれます。

ジュール (J) で測定される熱量。

物質の比熱容量はで測定されます。

- 温度差、摂氏で測定されます ()。

熱量を求める問題を考えてみましょう。

タスク

質量数グラムの銅ガラスには、ある温度で体積リットルの水が含まれています。コップ一杯の水の温度がと等しくなるためには、どのくらいの熱をコップに伝えなければなりませんか?

米。 5. 問題の状況の図解

まずは書いてみましょうショートコンディション (与えられた)、すべての数量を国際システム (SI) に変換します。

*与えられる:*	SI

*探す：*

解決：

まず、この問題を解くために他にどのような量が必要かを決定します。比熱容量の表（表 1）を使用すると、（条件によりガラスが銅であるため、銅の比熱容量）、（条件によりガラス内に水が存在するため、水の比熱容量）がわかります。さらに、熱量を計算するには大量の水が必要であることもわかっています。状態によりボリュームのみのお渡しとなります。したがって、表から水の密度を求めます: (表 2)。

テーブル 1. 一部の物質の比熱容量、

テーブル 2. 一部の液体の密度

これで、この問題を解決するために必要なものがすべて揃いました。

最終的な熱量は、銅ガラスを加熱するのに必要な熱量と、その中の水を加熱するのに必要な熱量の合計で構成されることに注意してください。

まず、銅ガラスを加熱するのに必要な熱量を計算してみましょう。

水を加熱するのに必要な熱量を計算する前に、7 年生でおなじみの公式を使用して水の質量を計算しましょう。

これで次のように計算できるようになりました。

次に、次のように計算できます。

キロジュールの意味を思い出してみましょう。接頭辞「キロ」の意味は、 .