Жаттығу 1.4 1. Мұз араласқан суды салқын күйінде термоста ұзақ сақтауға бола ма? 2. Жемістерді сақтайтын суық қойма салу керек болса, салқындатқыш элементті қойманың қай жеріне орналастырған тиімді? 3. Екі бірдей ыдысты бірдей мөлшерде сумен толтырып, біреуінің бетіне шыны, екіншісінің бетін ағаш қақпақпен жапқан. Ыдыстарды Күн сәу- лесі түсетін орынға орналастырса қай ыдыстағы су молырақ қызар еді? 4. Ауа райы суық өңірлерде тұрғын үйлерді салғанда жылу шығынын кемiтетiн амалдар қарастыру керек. Мұндай шығындар жылу берілудің (алмасудың) қандай түрлері арқылы орын тебеді? 5. Кейбір ғимараттар қыс айларында тез суып, ал жаз айларында тез ысып кетеді. Осының себебін анықтауды 8-сынып оқушыларына тапсырған болса, сендер қандай мәселелерге көңіл аударар едіңдер және қандай ұсыныстар жасар едіңдер?
Возьмите калориметр и налейте в него горячую воду массой 100г
2) Измерьте температуру горячей воды;
3) Налейте в стакан 100г воды и также измерьте ее температуру
4) Не забывайте записывать данные в таблицу;
5) Добавьте в калориметр воду из стакана и перемешайте ее термометром;
6) Измерьте температуру смешанной воды;
7) Рассчитайте количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при смешивании воды, сравнив эти данные;
8) Сделайте вывод.
Работа:
Цель: определить количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной при теплообмене, и объяснить полученные результаты.
Оборудование: калориметр, измерительный цилиндр, термометр, стакан, горячая и холодная вода.
Масса горячей воды
m, кг Начальная температура горячей воды
t, оC Начальная температура холодной воды
t1, оC Масса холодной воды
m1, кг Количество теплоты, отданное горячей водой
Q, Дж Температура смеси
t2, оC Количество теплоты, полученное холодной водой
Q1, Дж
0,1 67 44 9660 0,1 24 8400
Q=c*m*(t2-t1)=4200Дж/кг*оС*0,1кг*(67-44)=9660 Дж
Q1=c*m*(t2-t1)=4200Дж/кг*оС*0,1кг*(44-24)=8400 Дж
Вывод: я определил количество теплоты, отданное горячей водой и полученное холодной, эти данные различаются, что объясняется тем, что горячая вода в процессе работы немного остыла
Спросите кого угодно, что произойдет с температурой идеального газа, который расширяется в замкнутом сосуде без теплообмена с окружающей средой, и почти все вам ответят, что газ охладится. Не «верьте! Это не всегда так.
Вообразим такой мысленный эксперимент. Пусть одна половина теплоизолированного сосуда занята идеальным газом с давлением p1 и температурой T1, а другая — пуста (рис. 1). В некоторый момент уберем перегородку между половинами сосуда. Газ, естественно, будет расширяться, причем в пустоту, и после многочисленных столкновений его молекул со стенками и между собой установится новое равновесное состояние. Ясно, что теперь объем газа вдвое больше: V2 = 2V1. А каковы его давление p2 и температура T2?
Рис. 1
С одной стороны, так как процесс адиабатический, точки, соответствующие начальному и конечному состояниям газа, должны лежать на адиабате 1—2’ (рис. 2). Адиабата, как известно, падает круче изотермы, поэтому температура газа должна уменьшаться: T’2 < T1.
Рис. 2
С другой стороны, посмотрим, что говорит первый закон термодинамики. Количество теплоты Q, подведенное к газу, идет на увеличение его внутренней энергии ΔU и на работу по расширению А:
Q=ΔU+A .
В нашем случае Q = 0 (по условию адиабатичности). А какая работа совершается газом? Да никакой, потому, что он расширяется в вакуум, со стороны которого не встречает противодействия. Значит, и сила, и работа равны нулю: А = 0. Следовательно, и изменение внутренней энергии тоже равно нулю: ΔU = 0. Но поскольку в случае идеального газа внутренняя энергия зависит только от температуры, температура не изменится: T2 = T1, и давление станет равным p2=p12. Это означает, что точки, соответствующие начальному и конечному состояниям, будут лежать на изотерме 1-2.
А что происходит между этими состояниями? К сожалению, школьная термодинамика ничего об этом сказать не может. Почему? Да потому, что вся она верна только для очень медленных (так называемых квазистатических) процессов, которые происходят со скоростями, много меньшими тепловой скорости движения молекул. В нашем же случае как только мы уберем перегородку, газ буквально бросится в вакуум со скоростью порядка тепловой скорости молекул и даже еще быстрее, потому что в газе есть отдельные молекулы, скорость которых намного больше тепловой. А тут термодинамика просто неверна. Вот почему на рисунке 2 мы изобразили неизвестный нам процесс штрихами, а не сплошной линией.
Все наши рассуждения справедливы для случая идеального газа. А если газ не идеальный? Тогда его молекулы взаимодействуют друг с другом, и внутренняя энергия газа складывается из кинетической энергии движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.
На рисунке 3 изображена зависимость потенциальной энергии П взаимодействия двух молекул от расстояния r между ними. Там, где потенциальная энергия минимальна (точка r0), вещество конденсируется, т. е. переходит в жидкое состояние.
Рис. 3
Так как, по условию, мы имеем в начальный момент газ, то среднее расстояние между молекулами соответствует точке r1 >> r0. После удвоения объема среднее расстояние между молекулами станет равным r2=r12–√3>r1. Получилось, как будто в результате расширения газ слегка «вытащили» наверх, по склону потенциальной ямы. Но кто поработал над тем, чтобы увеличить потенциальную энергию на ΔП? Никто. И сам газ тоже ни над кем не работал. Поэтому остается признать, что увеличение потенциальной энергии произошло за счет уменьшения кинетической энергии движущихся молекул. Значит, и температура — мера средней кинетической энергии молекул газа — в результате расширения слегка упадет. Но это верно только в случае реального газа.