Теплофизика
О чем эта страница
Теплофизика изучает теплообмен и тепловые явления: количество тепла \(Q = cm\Delta T\), удельную теплоёмкость, скрытую теплоту фазовых переходов \(Q = \lambda m\), закон Джоуля–Ленца \(Q = I^2Rt\). Здесь вы найдете формулы, исторические сведения и примеры расчётов для школьников.
1. Основные понятия
- Масса \(m\) — количество вещества (кг).
- Температура \(T\) — мера среднего кинетического движения молекул (°C или К).
- Теплота \(Q\) — энергетическая величина, передаваемая от одного тела к другому (Дж).
- Удельная теплоёмкость \(c\) — количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг вещества на 1 °C (Дж/(кг·°C)).
2. Количество тепла
Чтобы изменить температуру вещества, требуется количество тепла:
- \(c\) — удельная теплоёмкость,
- \(m\) — масса,
- \(\Delta T = T_{\text{кон}} - T_{\text{нач}}\).
3. Удельная теплоёмкость
Удельную теплоёмкость находят из формулы:
4. Скрытая теплота фазового перехода
При плавлении, кристаллизации, испарении или конденсации температура вещества не меняется, хотя происходит поглощение или выделение тепла — это скрытая теплота.
- \(\lambda\) — удельная скрытая теплота (Дж/кг): плавления или парообразования,
- \(m\) — масса вещества.
5. Закон Джоуля–Ленца
При прохождении электрического тока через сопротивление выделяется тепло:
- \(I\) — сила тока (А),
- \(R\) — сопротивление (Ω),
- \(t\) — время (с).
6. Исторические факты
Джозеф Блэк (1728–1799) ввёл понятие скрытой теплоты и удельной теплоёмкости.
Джеймс Джоуль (1818–1889) экспериментально подтвердил эквивалентность работы и тепла, сформулировал закон Джоуля–Ленца.
7. Примеры типовых задач
- Сколько тепла нужно, чтобы нагреть 2 кг воды на 30 °C?
- Какую массу льда (\(\lambda=334000\) Дж/кг) расплавит 100 кДж тепла?
- При прохождении тока 5 А через резистор 10 Ω за 120 с выделится сколько тепла?
- Определите температуру, если для нагрева 0,2 кг алюминия на 50 °C потребовалось 4600 Дж (c alu=900 Дж/(кг·°C)).
- Сколько энергии выделится при расплавлении 1 кг парафина (\(\lambda=210000\) Дж/кг)?