• Формула выделения теплоты


    Закон Джоуля-Ленца: определение, формула, применение

    Мы ежедневно пользуемся электронагревательными приборами, не задумываясь, откуда берётся тепло. Разумеется, вы знаете, что тепловую энергию вырабатывает электричество. Но как это происходит, а тем более, как оценить количество выделяемого тепла, знают не все. На данный вопрос отвечает закон Джоуля-Ленца, обнародованный в позапрошлом столетии.

    В 1841 году усилия английского физика Джоуля, а в 1842 г. исследования русского учёного Ленца увенчались открытием закона, применение которого позволяет количественно оценить результаты теплового действия электрического тока [ 1 ]. С тех пор изобретено множество приборов, в основе которых лежит тепловое действие тока. Некоторые из них, изображены на рис. 1.

    Рис. 1. Тепловые приборы

    Определение и формула

    Тепловой закон можно сформулировать и записать в следующей редакции: «Количество тепла, выработанного током, прямо пропорционально квадрату приложенного к данному участку цепи тока, сопротивления проводника и промежутка времени, в течение которого электричество действовало на проводник».

    Обозначим символом Q количество выделяемого тепла, а символами I, R и Δt – силу тока, сопротивление и промежуток времени, соответственно. Тогда формула закона Джоуля-Ленца будет иметь вид: Q = I2*R*Δt

    Согласно законам Ома I=U/R, откуда R = U/I. Подставляя выражения в формулу Джоуля-Ленца получим: Q = U2/R * Δt ⇒ Q = U*I*Δt.

    Выведенные нами формулы – различные формы записи закона Джоуля-Ленца. Зная такие параметры как напряжение или силу тока, можно легко рассчитать количество тепла, выделяемого на участке цепи, обладающем сопротивлением R.

    Дифференциальная форма

    Чтобы перейти к дифференциальной форме закона, проанализируем утверждение Джоуля-Ленца применительно к электронной теории. Приращение энергии электрона ΔW за счёт работы электрических сил поля равно разности энергий электрона в конце пробега (m/2)*(u=υmax)2 и в начале пробега (mu2)/2 , то есть

    Здесь uскорость хаотического движение (векторная величина), а υmax – максимальная скорость электрического заряда в данный момент времени.

    Поскольку установлено, что скорость хаотического движения с одинаковой вероятностью совпадает с максимальной (по направлению и в противоположном направлении), то выражение 2*u*υmax в среднем равно нулю. Тогда полная энергия, выделяющаяся при столкновениях электронов с атомами, образующими узлы кристаллической решётки, составляет:

    Это и есть закон Джоуля-Ленца, записанный в дифференциальной форме. Здесь γ – согласующий коэффициент,  E – напряжённость поля.

    Интегральная форма

    Предположим, что проводник имеет цилиндрическую форму с сечением S. Пусть длина этого проводника составляет l. Тогда мощность P, выделяемая в объёме V= lS составляет:

    гдеR – полное сопротивление проводника.

    Учитывая, чтоU = I×R, из последней формулы имеем:

    • P = U×I;
    • P = I2R;
    • P = U2/R.

    Если величина тока со временем меняется, то количество теплоты вычисляется по формуле:

    Данное выражение, а также вышеперечисленные формулы, которые можно переписать в таком же виде, принято называть интегральной формой закона Джоуля-Ленца.

    Формулы очень удобны при вычислении мощности тока в нагревательных элементах. Если известно сопротивление такого элемента, то зная напряжение бытовой сети легко определить мощность прибора, например, электрочайника или паяльника.

    Физический смысл

    Вспомним, как электрический ток протекает по металлическому проводнику. Как только электрическая цепь замкнётся, то под действием ЭДС движение свободных электронов упорядочивается, и они устремляются к положительному полюсу источника питания. Однако на их пути встречаются стройные ряды кристаллических решёток, атомы которых создают препятствия упорядоченному движению, то есть оказывают сопротивление.

    На преодоление сопротивления уходит часть энергии движущихся электронов. В соответствии с фундаментальным законом сохранения энергии, она не может бесследно исчезнуть. Она-то и превращается в тепло, вызывающее нагревание проводника. Накапливаемая тепловая энергия излучается в окружающее пространство или нагревает другие предметы, соприкасающиеся с проводником.

    На рисунке 2 изображёна схема опыта, демонстрирующего закон теплового действия тока, разогревающего участок провода в электрической цепи.

    Рис. 2. Тепловое действие тока

    Явление нагревания проводников было известно практически с момента получения электротока, но исследователи не могли тогда объяснить его природу, и тем более, предложить способ оценки количества выделяемого тепла. Эту проблему решает закон  Джоуля-Ленца, которым мы пользуемся по сегодняшний день.

    Практическая польза закона Джоуля-Ленца

    При сильном нагревании можно наблюдать излучение видимого спектра света, что происходит, например, в лампочке накаливания. Слабо нагретые тела тоже излучают тепловую энергию, но в диапазоне инфракрасного излучения, которого мы не видим, но можем ощутить своими тепловыми рецепторами.

    Допускать сильное нагревание проводников нельзя, так как чрезмерная температура разрушает структуру металла, проще говоря – плавит его. Это может привести к выводу из строя электрооборудования, а также стать причиной пожара. Для того, чтобы не допустить критических параметров нагревания необходимо делать расчёты тепловых элементов, пользуясь формулами, описывающими закон Джоуля-Ленца.

    Проанализировав выражение U2/R убеждаемся, что когда сопротивление стремится к нулю, то количество выделенного тепла стремится к бесконечности. Такая ситуация возникает при коротких замыканиях. В это основная опасность КЗ.

    В борьбе с короткими замыканиями используют:

    • автоматические выключатели:
    • электронные защитные блоки;
    • плавкие предохранители;
    • другие защитные устройства.

    Применение и практический смысл

    Непосредственное превращение электричества в тепловую энергию нельзя назвать экономически выгодным. Однако, с точки зрения удобства и доступности современного человечества к источникам электроэнергии различные нагревательные приборы продолжают массово применяться как в быту, так и на производстве.

    Перечислим некоторые из них:

    • электрочайники;
    • утюги;
    • фены;
    • варочные плиты;
    • паяльники;
    • сварочные аппараты и многое другое.

    На рисунке 3 изображены бытовые нагревательные приборы, которыми мы часто пользуемся.

    Рис. 3. Бытовые нагревательные приборы

    Использование тепловых мощностей в химической, металлургической и в других промышленных отраслях тесно связно с использованием электрической энергии.

    Без знания физического закона Джоуля-Ленца было бы невозможно сконструировать безопасный нагревательный прибор. Для этого нужны расчёты, которые невозможно сделать без применения рассмотренных нами формул. На основе расчётов происходит выбор материалов с нужным удельным сопротивлением, влияющим на нагревательную способность устройств.

    Закон Джоуля-Ленца без преувеличения можно назвать гениальным. Это один из тех законов, которые повлияли на развитие электротехники.

    Формула количества теплоты

       

    Здесь – количество теплоты, – удельная теплоёмкость вещества, из которого состоит тело, – масса тела, – разность температур.

    Единица измерения количества теплоты — Дж (Джоуль) или кал (калория).

    По сути тепловая энергия – это внутренняя энергия тела, значит потеря тепла – это уменьшение внутренней энергии тела, а нагревание – увеличение. Удельная теплоёмкость – это характеристика вещества, обозначающая его способность накапливать в себе внутреннюю (тепловую) энергию. Чем она меньше, тем легче вещество нагреть или охладить. Она не пропорциональна плотности, то есть более плотное вещество не обязательно будет нагреваться легче, чем менее плотное. Одно из веществ с большой теплоёмкостью – вода ( Дж/(кг * К)).

    Примеры решения задач по теме «Количество теплоты»

    Понравился сайт? Расскажи друзьям!

    Формула количества теплоты в физике

    Оставить заявку
    • Цены на услуги
    • Онлайн Калькуляторы
    • Примеры решений
    • Найти репетитора
    • Справочник
    • Форум
    • О проекте
    • Цены на услуги
    • Онлайн Калькуляторы
    • Примеры решений
    • Найти репетитора
    • Справочник
    • Форум
    • О проекте
    • Услуги
    • Контрольные на заказ
    • Курсовые на заказ
    • Дипломы на заказ
    • Рефераты на заказ
    • Контакты
    • Политика конфиденциальности
    • Главная
    • Справочник
    • Формула количества теплоты
    Слишком сложная формула количества теплоты? Мы поможем! Опишите задание

    Содержание:

    • Определение и формула количества теплоты
    • Формула расчета теплоты при изм

    Закон Джоуля-Ленца и его применение

    Закон Джоуля-Ленца и его применение

    Раздел ОГЭ по физике: 3.9.Закон Джоуля-Ленца
    Раздел ЕГЭ по физике: 3.2.8. Работа электрического тока. Закон Джоуля–Ленца



    Рассмотрим Закон Джоуля-Ленца и его применение.

    При прохождении электрического тока по проводнику он нагревается. Это происходит потому, что перемещающиеся под действием электрического поля свободные электроны в металлах и ионы в растворах электролитов сталкиваются с молекулами или атомами проводников и передают им свою энергию. Таким образом, при совершении током работы увеличивается внутренняя энергия проводника, в нём выделяется некоторое количество теплоты, равное работе тока, и проводник нагревается: Q = А или Q = IUt. Учитывая, что U = IR, в результате получаем формулу:

    Q = I2Rt , где

    Q — количество выделяемой теплоты (в Джоулях)
    I — сила тока (в Амперах)
    R — сопротивление проводника (в Омах)
    t — время прохождения (в секундах)

    ♦ Закон Джоуля–Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

    В XIX в. независимо друг от друга англичанин Д. Джоуль и россиянин Э. Ленц изучали нагревание проводников при прохождении электрического тока и опытным путём обнаружили закономерность: количество теплоты, выделяющееся при прохождении тока по проводнику, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени: Q = I2Rt  (в случае постоянных силы тока и сопротивления). Эту закономерность называют законом Джоуля-Ленца. Данный закон дает количественную оценку теплового действия электрического тока.

    Применяя закон Ома, можно получить эквивалентные формулы: Q = IUt,  Q= U2t/R

     


     

    Где применяется закон Джоуля-Ленца ?

    1. Например, в лампах накаливания и в электронагревательных приборах применяется закон Джоуля-Ленца. В них используют нагревательный элемент, который является проводником с высоким сопротивлением. За счет этого элемента можно добиться локализованного выделения тепла на определенном участке. Выделение тепла будет появляться при повышении сопротивления, увеличении длины проводника, выбором определенного сплава.

    2. Одной из областей применения закона Джоуля-Ленца является снижение потерь энергии. Тепловое действие силы тока ведет к потерям энергии. При передаче электроэнергии, передаваемая мощность линейно зависит от напряжения и силы тока, а сила нагрева зависит от силы тока квадратично, поэтому если повышать напряжение, при этом понижая силу тока перед подачей электроэнергии, то это будет более выгодно. Но повышение напряжения ведет к снижению электробезопасности. Для повышения уровня электробезопасности повышают сопротивление нагрузки соответственно повышению напряжения в сети.

    3. Также закон Джоуля-Ленца влияет на выбор проводов для цепей. Потому что при неправильном подборе проводов возможен сильный нагрев проводника, а также его возгорание. Это происходит когда сила тока превышает предельно допустимые значения и выделяется слишком много энергии.

    Нагревание проводов является вредным, поскольку приводит к потерям электроэнергии при передаче ее от источника к потребителю. Для уменьшения этих потерь силу тока уменьшают, повышая напряжение источника с тем, чтобы передаваемая мощность осталась прежней. Чтобы избежать электрического пробоя изоляции проводов, их поднимают на большую высоту на мачтах высоковольтных линий электропередач, связывающих крупные электростанции с городами и поселками, отстоящими от них на десятки и сотни километров.


    Вы смотрели конспект урока физики в 8 классе «Закон Джоуля-Ленца и его применение».
    Выберите дальнейшие действия:

     

    Закон Джоуля-Ленца: определение, формула, история, схемы

    Давним давно, жили два ученых, один из которых, кстати, был нашим соотечественником — Эмилий Христофорович Ленц. Так вот, примерно в одно и тоже время, наш герой, вместе со своим английским коллегой, Джеймсом Джоулем, провели опыт (независимо друг от друга). Результаты их исследований со временем назовут законом Джоуля Ленца. В тонкостях этой области физики мы и будем разбираться в нашей сегодняшней статье.

    Эти два ученых ставили перед собой цель, выяснить, от чего зависит нагревание проводников, которые оказываются частью одной цепи и посчитать количество тепла, которое уходит на нагревание того или иного проводника. Логично предположить, что чем больше ток, который протекает через проводник, тем выше температура, до которой этот элемент нагревается. Также, тем выше скорость нагревания. Чтобы проверить свое предположения оба физика собрали цепи, в которой были последовательно соединены три проводника из разных материалов. Ученые последовательно пропускали ток разной силы, проводя замеры. Что они выяснили?

    Немного истории

    Многочисленные опыты, проведенные в конце XVIII – начале XIX века, позволили не только установить основные свойства и законы электричества, но и сформулировать эпохальный по своей значимости вывод об эквивалентности между теплотой и механической работой: работа, или, как впоследствии стали формулировать, «энергия», никогда не теряется, а лишь переходит из одного вида в другой. Этот вывод, получивший впоследствии название закона сохранения и превращения энергии (см. подраздел 1.2), и заключался в том, что теплоту можно обратить в механическую работу и наоборот и что из определенного количества теплоты можно получить только определенное количество механической работы. Можно привести тысячи примеров, когда с помощью этого закона нашли свое объективное толкование результаты опытов в различных областях естествознания.

    Закон Джоуля Ленца кратко

    Основными положениями закона сохранения энергии воспользовались и электротехники при определении, например, количества тепловой энергии, выделяющегося в гальванической батарее вследствие химической реакции и превращающегося впоследствии в электрическую энергию. Однако особенность электрической энергии состоит в том, что само по себе электричество неприменимо. Человечество не может использовать его непосредственно подобно тому, как оно согревается теплотой, видит благодаря свету и т.п. Можно пользоваться только действием электрического тока, при котором электричество переходит в другие формы энергии.

    Одним из первых глубоко исследовал свойства электрического тока в 1801–1802 годах петербургский академик В.В. Петров (1761– 1834), который провел множество экспериментов по изучению неизвестных в то время законов электрического тока. Изучив работы своих предшественников, Петров пришел к выводу, что более полное и всестороннее исследование электрического тока возможно лишь с помощью крупных гальванических батарей, действие которых будет более интенсивным и легче наблюдаемым. Для своих опытов Петров построил самую крупную в мире в те годы батарею из 4200 медных и цинковых кружков, уложенных в четырех деревянных ящиках, и получил от нее электродвижущую силу около 1700 вольт. Благодаря «лежачей» конструкции тяжелые металлические кружки не выдавливали жидкости, которой пропитывались бумажные кружки, разделяющие цинковые и медные элементы. Для изоляции он покрыл внутренние стенки ящиков сургучным лаком. Общая длина батареи составила 12 м. Все это позволило ему построить «огромную наипаче» батарею, которой не знал ещё мир. Уже в 1801 году он нашел зависимость силы тока от поперечного сечения проводника, в то время как немецкий физик Ом, работавший над этими проблемами, опубликовал результаты своих опытов только в 1827 году. Очень скоро им было замечено, что при прохождении электрического тока по проводнику последний нагревается.

    В своих работах В.В. Петров описывает опыты по электролизу растительных масел, в результате которых он обнаружил высокие электроизоляционные свойства этих масел. Позднее масла получили широкое применение в качестве электроизоляционного материала. Желая продемонстрировать явление электролиза одновременно в нескольких трубках с водой, Петров впервые применил параллельное соединение приемников электрического тока. Работы этого выдающегося ученого установили возможность практического использования электрического тока для нагревания проводников.

    Эмилий Христианович Ленц (1804–1865) – известный российский физик и электротехник, академик Петербургской академии наук, ректор Петербургского университета – родился в Дерпте (ныне Тарту, Эстония) в семье чиновника. После второго курса Дерптского университета отправился в 1823 году в трехлетнее кругосветное плавание. С помощью сконструированных им приборов (глубометра и батометра) занимался физическими исследованиями в водах Берингова пролива, Тихого и Индийского океанов, установил происхождение теплых и холодных морских течений, открыл закон океанических циркуляций. В 1829 г. принял участие в экспедиции на Кавказ, где проводил магнитные, термометрические и барометрические измерения в горных районах Кавказа и на побережье Каспийского моря. В 1830 году был назначен экстраординарным профессором и директором физического кабинета при Петербургской АН, в 1836 г. возглавил кафедру физики в Петербургском университете, а в 1863 г. стал ректором этого университета. Основные его работы посвящены электромагнетизму, вопросам теории и практического применения электричества, исследования в области которого Ленц начал в 1831 году в лаборатории первого русского электротехника – академика В.В. Петрова. Ленц стоял у истоков первой в России школы физиков-электротехников, последователями которой стали А.С. Попов, Ф.Ф. Петрушевский, В.Ф. Миткевич и др.

    Зависимость количества выделяемой теплоты от силы тока изучали английский физик Джеймс Джоуль и русский физик Эмилий Ленц. Они пропускали ток по спирали, помещенной в калориметр с водой. Через некоторое время вода нагревалась. По её температуре легко было вычислить количество выделившейся теплоты. Из проведенных опытов практически одновременно Джоуль и Ленц пришли к выводу, что при прохождении гальванического тока I по проводнику, обладающему определенным сопротивлением R, в течение времени t совершается работа А :

    А = I 2 Rt,

    проявляющаяся в виде выделившейся теплоты.

    Этот важнейший вывод обратимости электрической и тепловой энергии, теоретически обоснованный Уильямом Томсоном, получил название закона Джоуля–Ленца, а именем Джоуля названа единица механической работы в системе СИ.

    Комбинируя проводники различного сопротивления, включенные последовательно в общую цепь, можно добиться концентрированного выделения большого количества теплоты на малом участке проводника с большим сопротивлением. На таком концентрировании выделения теплоты были основаны все первоначальные опыты превращения энергии электрического тока в тепловую и даже в световую энергию.

    Суть данного закона

    Всю свою жизнь В.В. Петров – член двух академий – прожил скромно и незаметно. 41 год он проработал в Медико-хирургической академии. За это время он провел много физических опытов, написал три книги и учебник по физике, которым пользовались в гимназиях всей России. Книги и научные статьи Петров писал на русском языке, чтобы их читало как можно больше людей, хотя в то время научные работы было принято писать на латыни. Он писал: «Я надеюсь, что просвещенные и беспристрастные физики по крайней мере некогда согласятся отдать трудам моим ту справедливость, которую важность сих последних опытов заслуживает».

    О законе Джоуля Ленца

    Рассмотрим произвольный участок цепи постоянного тока, к концам которого приложено напряжение U. За время t через каждое сечение проводника проходит заряд  . Это равносильно тому, что заряд q переносится за время t из одного конца проводника в другой.

    Интересный материал:Все о законе Ома

    При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке, совершают работу  . Разделив работу на время t, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на рассматриваемом участке  .

    Эмилий Ленц

    Эта мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами; на протекание химических реакций; на нагревание данного участка цепи и др.

    В случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем не совершается, работа тока затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в проводнике выделяется тепло

    Это соотношение называется законом Джоуля – Ленца. Оно было экспериментально установлено английским физиком Д. П. Джоулем и подтверждено точными опытами Э. Х. Ленца.

    Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся в проводнике за время t, вычисляется по формуле

    От формулы (4.1), можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных точках проводника. Выделим в проводнике элементарный объем в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля – Ленца, за время dt, в этом объеме выделится количество теплоты

    где – dV элементарный объем. Разделив это выражение на dV и dt, найдем количество теплоты, выделяющееся в единице объема в единицу времени:

    Величину   называют удельной тепловой мощностью тока. Эта формула представляет собой дифференциальную форму закона Джоуля – Ленца.

    Вопросы

    • В чем заключается физический смысл удельной тепловой мощности тока
      2) Напишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах

    Из курса лекций

    При протекании тока через проводник, обладающий сопротивлением, проводник нагревается (если он неподвижен и в нём нет химических превращений, то работа тока расходуется на нагревание проводника). Определим количество теплоты, выделяющегося в единицу времени на участке цепи. Рассмотрим однородный и неоднородный участки цепи, будем использовать закон Ома и закон сохранения энергии.

    Однородный участок цепи

    Рассчитаем работу, которую совершают силы поля над носителями тока на участке 1–2 за время dt. Сила тока в проводнике I, разность потенциалов между точками 1 и 2 – (j1 – j2). Тогда:   – такой заряд протечёт через поперечное сечение участка 1-2.


    работа, совершаемая при перенесении заряда dq через поперечное сечение проводника на участке 1–2, силами поля.

    Согласно закону сохранения энергии, энергия, эквивалентная этой работе, выделяется в виде тепла, если проводник неподвижен и в нём не происходят химические превращения, т.е. проводник нагревается. Носители тока (в металлах электроны) в результате работы сил поля приобретают дополнительную кинетическую энергию, а затем расходуют её на возбуждение колебаний решётки при столкновении с её узлами-атомами. Тогда:

    Т.к.  , проинтегрировав, получаем:

    но т.к.

    Эта формула выражает закон Джоуля-Ленца для однородного участка цепи в интегральной форме записи. Если сила тока изменяется со временем, то количество теплоты, выделяющееся за время t вычисляется по формуле:

    Получим дифференциальную форму записи закона Джоуля-Ленца.

    ;  ;   – величина элементарного объема.

    Формула(24.6) определяет тепло, выделяющееся во всём проводнике, можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных местах проводника. Выделим в проводнике элементарный объём в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля-Ленца за время dt в этом объеме выделяется тепло.

    Разделив это выражение на dV и dt, найдём количество тепла, выделяющееся в единице объема в единицу времени, эту величину назвали удельной тепловой мощностью тока w.

    Удельная тепловая мощность тока – это количество теплоты выделяющееся в единицу времени в единице объема проводящей среды.

    Тогда:

    то

    Формула (24.9) – дифференциальная форма записи закона Джоуля-Ленца. Сформулируем его:

    Удельная тепловая мощность тока пропорциональна квадрату плотности электрического тока и удельному сопротивлению среды в данной точке.

    Уравнение   применимо к любым проводникам вне зависимости от их формы, однородности и от природы сил, возбуждающих электрический ток. Если на носители тока действуют только электрические силы, то, согласно закону Ома:

    то

    Это уравнение имеет менее общий характер, чем уравнение

    Неоднородный участок цепи

    На неоднородном участке цепи на носители тока действуют не только электрические, но и сторонние силы, т.к. участок цепи содержит источник ЭДС. Тогда по закону сохранения энергии в неподвижном проводнике выделяемая теплота равна энергии, т.е. алгебраической сумме работ электрических и сторонних сил. Это же относится и к соответствующим мощностям: тепловая мощность должна быть равна алгебраической сумме мощностей электрических и сторонних сил:

    – выделяющаяся на участке тепловая мощность. При наличии сторонних сил величина тепловой мощности определяется по той же формуле, что и для однородного участка цепи. Последнее слагаемое в правой части формулы:   – представляет собой мощность, развиваемую сторонними силами на данном участке цепи, но величина   – алгебраическая, в отличие от величины   она изменяет знак при изменении направления тока I.

    Таким образом, данная формула означает, что тепловая мощность, выделяемая на участке цепи между точками 1 и 2, равна алгебраической сумме мощностей электрических и сторонних сил. Сумму этих мощностей, называютмощностью токана рассматриваемом участке цепи. Тогда можно сказать, что в случае неподвижного участка цепи мощность выделяемой на этом участке теплоты равна мощности тока.

    Для полной неразветвлённой цепи

    тогда:

    – формула определяет общее количество выделяемой за единицу времени во всей цепи джоулевой теплоты (Q), оно равно мощности только сторонних сил.

    Итак, теплота производится только сторонними силами, а электрическое поле только перераспределяет эту теплоту по различным участкам цепи.

    Получим выражение закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме записи.

    разделим на s,

    Магнитное поле в вакууме Магнитное поле. Магнитная индукция

    Как в пространстве, окружающем электрический заряд возникает ЭП, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным (МП).

    В 1820г. датский физик Эрстед обнаружил, что поле, возбуждаемое током, оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку.

    Опыт Эрстеда заключался в следующем: над магнитной стрелкой натягивалась проволока, по которой пропускали ток. Магнитная стрелка могла вращаться на игле. При включении тока магнитная стрелка поворачивалась и устанавливалась перпендикулярно к проволоке. При изменении направления тока, магнитная стрелка поворачивалась в противоположную сторону и опять устанавливалась перпендикулярно к проволоке.

    Из опыта Эрстеда вытекает, что МП имеет направленный характер и должно характеризоваться векторной величиной, называемой магнитной индукциейи обозначаемой  .

    Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся заряды, а МП – только на движущиеся в этом поле заряды.

    Важнейшая особенность МП: оно действует только на движущиеся заряды.

    Интересный материал:Мощность электрического тока: особенности расчета

    Для обнаружения ЭП в него вносят пробный заряд. Для обнаружения МП в него вносят проводник с током (плоский замкнутый контур с током) или рамку с током, линейные размеры рамки с током малы по сравнению с расстоянием до токов, порождающих МП.

    МП действует на рамку с током и рамка с током поворачивается. Ориентация контура с током в пространстве характеризуется направлением нормали ( ), т.е. за направление МП в данной точке принимают направление положительной нормали к рамке.

    МП оказывает на контур с током (рамку с током) рис. 25.1. ориентирующее действие, поворачивая его определенным образом. Этот результат связан с определенным направлением магнитного поля.За положительное направление нормали принимается направление, связанное с направлением тока правилом правого винта, т.е. за положительное направление   принимается направление поступательного движения правого винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего по рамке .

    За направление индукции МП в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к контуру с током.

    Пусть ток течет по контуру против хода часовой стрелки, тогда ось магнитной стрелки, помещенной в МП, устанавливается вдоль направления поля (ось магнитной стрелки направлена так, что соединяет южный полюс S магнита с северным N).

    Формула Ленца

    На магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее до тех пор, пока ось стрелки не установится вдоль направления поля.

    Вращающий момент, действующий на рамку с током равен:

    Вращающий момент зависит от свойств поля в данной точке и свойств рамки, где   – вектор магнитного момента рамки с током,   – вектор магнитной индукции.

    магнитный момент плоского контура с током, где I – сила тока в контуре, S – площадь поверхности контура (рамки),  – единичный вектор нормали к поверхности рамки.

    м ↑↑  , где   – направление положительной нормали к рамке.

    Индукция МП определяется так:

    или

    Вектор  – силовая характеристика МП, но по историческим причинам ее назвали индукцией МП.

    МП можно изображать с помощью линий магнитной индукции – силовых линий МП.

    Силовыми линиями МП называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора  .

    Направление силовых линий задается правилом правого винта: острие винта, движется по направлению тока, а направление вращения головки винта показывает направление обхода по силовым линиям.

    Свойства силовых линий (линий магнитной индукции) МП:

    • Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током.

    (Силовые линии ЭСП разомкнуты. Они начинаются на (+q) и заканчиваются на (–q)).

    Поле, силовые линии которого замкнуты, называется вихревым. МП – вихревое поле. Изобразим линии магнитной индукции полосового магнита. Силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный. Разрезая магнит на части, нельзя разделить полюса магнита.

    Внутри (установлено на опыте) полосовых магнитов имеется магнитное поле, силовые линии которого являются продолжением силовых линий вне магнита. Т.е. силовые линии МП постоянных магнитов тоже замкнуты. Свободных магнитных зарядов не существует.

    • Линии МП никогда не пересекаются. Их густота характеризует величину магнитной индукции в данной точке поля. Магнитная индукция зависит от свойств среды.
    • Для магнитного поля справедлив принцип суперпозиции:

    Поле вектора  , порождаемое несколькими движущимися зарядами (токами), равно векторной сумме полей  , порождаемых каждым зарядом (током) в отдельности.

    В СИ единицей измерения магнитной индукции является тесла:

    1 Тл = Дж/А·м² = Н·м/А·м² = Н/А·м

    Магнитной проницаемостью среды является безразмерная величина, показывающая, во сколько раз МП в среде больше чем МП в вакууме:

    где В – величина МИ в вакууме, а Вср – величина магнитной индукции в среде.

    Гн/м – магнитная постоянная.

    В заключении предлагаем скачать интересный труд Натисова из Московского государственного института имени Баумана “Закон Джоуля Ленца”

    http://bourabai.kz/toe/joul-lentz.htm
    http://edu.tltsu.ru/er/book_view.php?book_id=14d6&page_id=11958
    http://www.physicsleti.narod.ru/fiz/html/point_4_5.html
    http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0.%20%D0%9F%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20%D0%A2%D0%BE%D0%BA/07-7.htm
    http://www.phys.nsu.ru/cherk/eldinfirst/wese23.html
    http://energetika.in.ua/ru/books/book-2/part-3/section-7/7-1

    Предыдущая

    ТеорияФантомное питание для микрофона: схема подключения

    Следующая

    ТеорияЧто такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

    Конспект "Количество теплоты. Удельная теплоёмкость"

    «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость»



    Количество теплоты

    Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.

    Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.  Количество теплоты обозначают буквой Q.

    Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.

    В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.

    При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.

    Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.

    Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.



    Удельная теплоёмкость

    Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

    Удельная теплоёмкость обозначается буквой с. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг °К.

    Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.

    Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.

    Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t1°С до температуры t2°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

    Q = c ∙ m (t2 — t1

    По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.


    Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия:

     

    Калькулятор удельной теплоемкости

    Типичные значения удельной теплоемкости

    Вам не нужно использовать калькулятор теплоемкости для большинства обычных веществ. Ниже приведены значения удельной теплоемкости некоторых из самых популярных.

    • лед: 2,100 Дж / (кг · К)
    • вода: 4 200 Дж / (кг · К)
    • водяной пар: 2,000 Дж / (кг · К)
    • базальт: 840 Дж / (кг · К)
    • гранит: 790 Дж / (кг · К)
    • алюминий: 890 Дж / (кг · К)
    • железо: 450 Дж / (кг · К)
    • медь: 380 Дж / (кг · К)
    • свинец: 130 Дж / (кг · К)

    Имея эту информацию, вы также можете рассчитать, сколько энергии вам нужно подать на образец, чтобы повысить или понизить его температуру.Например, вы можете проверить, сколько тепла вам нужно, чтобы довести до кипения воду, чтобы приготовить пасту.

    Хотите знать, что на самом деле означает результат? Воспользуйтесь нашим калькулятором потенциальной энергии, чтобы проверить, насколько высоко вы поднимете образец с таким количеством энергии. Или проверьте, насколько быстро может двигаться образец, с помощью этого калькулятора кинетической энергии.

    Богна Шик

    .

    Удельная теплоемкость - Концепция - Видео по химии от Brightstorm

    Хорошо, давайте поговорим об удельной теплоемкости, которую мы будем обозначать буквой c. Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия или 1 Кельвин. Причина, по которой они могут быть заменены местами, заключается в том, что они имеют одинаковые значения приращения, которые они могут переключать. Итак, когда мы говорим о тепле, мы на самом деле измеряем тепло и энергию, и давайте поговорим о числах, которые вы на самом деле увидите в единицах измерения, поэтому мы измеряем энергию в калориях или джоулях.Итак, 1 калория равна 4,184 джоулей, но это не та калория, которую вы видите на этикетке продукта, это на самом деле калория с заглавной буквой C, что на самом деле 1 килограмм калории, а это - тысяча калорий или 4 184 джоулей. Итак, понимая, что означают эти числа, когда мы говорим о тепле, давайте вернемся к разговору об удельной теплоте, которая измеряется в джоулях на грамм градусов Цельсия.

    Давайте поговорим об удельной теплоемкости воды, вода имеет удельную теплоемкость 4,184 джоулей на грамм градусов Цельсия и что это значит? Это означает, что на каждый грамм воды, которую вы хотите поднять на 1 градус Цельсия, требуется 4.184 джоуля энергии. На самом деле это относительно много по сравнению с остальными данными в этой таблице и с большинством веществ. Это потому, что для нагрева воды требуется много энергии, если вы думаете о том, когда вы кипятите воду на плите или о чем-то, что на самом деле требуется много времени и много тепла, чтобы она действительно поднялась, перешла из жидкого состояния в до того момента, когда он перейдет в газообразное состояние. Удельная теплоемкость льда на самом деле разная для каждого состояния вещества, поэтому для повышения температуры льда потребуется всего 2 секунды.03 джоулей тепла, чтобы поднять 1 грамм вещества на 1 градус Цельсия.

    Точно так же и с паром, требуется всего 2,01, поэтому для повышения температуры льда или пара требуется вдвое меньше энергии по сравнению с водой. Алюминий также относительно высок по сравнению с другими металлами. Металлы обычно имеют очень низкую удельную теплоемкость. Но на самом деле алюминий довольно высок - 0,897 джоулей на грамм градуса Цельсия, поэтому чем ниже значение, тем легче ему нагреться. Хорошо, когда мы используем это в настоящих формулах и на самом деле говорим о количестве необходимого тепла или о том, насколько изменилась температура или какая масса нам нужна для определенных веществ.Итак, мы собираемся использовать эту формулу, q равно mc delta t или q равно m cad. q означает, что когда мы говорим о тепле, это символ тепла и обычно измеряется в джоулях, может быть измерен в килоджоулях или калориях, что не имеет значения, но это q представляет количество необходимого тепла или требуемого тепла или энергия.

    м - это наш символ массы, который обычно измеряется в граммах, c - наша удельная теплоемкость этого конкретного вещества, а дельта t - это изменение, которое может быть снова, это может быть либо Кельвин, либо градусы Цельсия, это не имеет значения потому что это изменение тепла.Теперь поговорим о том, как это влияет на диаграмму фазового перехода. Хорошо, это диаграмма фазового перехода воды, позвольте мне ее записать. Хорошо, обратите внимание, если вы посмотрите на наклон изменения энергии при повышении температуры твердого тела по сравнению с жидкостью. Обратите внимание, твердое тело имеет более крутой наклон, чем жидкость, это потому, что жидкость требует больше энергии для повышения температуры на грамм, чем твердое тело или газ. На самом деле они более крутые, чем для жидкости, поэтому это также влияет на диаграмму фазового перехода, и это из-за удельной теплоемкости.

    Давайте вместе решим проблему и выясним, как это на самом деле влияет на другие вещи. Итак, у нас есть архитектор, и он действительно заинтересован в устойчивой энергетике. Таким образом, архитектор проектирует дом, который частично нагревается солнечной энергией, тепло от солнца будет накапливаться в солнечном пруду, как и в другом бассейне. Итак, у нас есть пруд, с которым мы имеем дело. Он состоит из 14 500 килограммов гранитной скалы, а внутри он содержит 22 500 килограммов воды.Хорошо вместе, гранит и вода поглощают тепло днем ​​и выделяют его ночью, а затем ночью отдают в дом, нагревая его ночью. Архитектор обнаружил, что температура солнечного пруда повышается на 22 градуса по Цельсию днем ​​и опускается до 22 градусов по Цельсию ночью. Итак, сколько энергии он выделяет и поглощает в течение дня? Итак, давайте подчеркнем то, что у нас есть, информацию, которая у нас есть.

    Давайте начнем с воды, поскольку у нас есть 2 вещества - гранит и вода, количество энергии, которое она фактически требует, общее количество энергии будет равным q гранита плюс q h3O плюс, причем q, как мы знаем, равно mc delta t.Хорошо, давайте сначала разберемся с водой. Хорошо, колодец, вода, колодец, у нас есть масса 22 500 кг, и мы хотим, чтобы она была в граммах. Итак, мы сделаем это 2,25 раза по 10 до седьмого грамма, хорошо. C воды или удельная теплоемкость воды составляет 4,184 джоулей на грамм градусов Цельсия. Причина, по которой я хотел это даже в граммах и не мог использовать килограммы, состоит в том, что в моей единице удельной теплоемкости были граммы. Итак, я хочу убедиться, что эти единицы одинаковы, хорошо. Итак, мы собираемся, мы знаем, что это меняет температуру, она увеличивает и понижает температуру на 22 градуса по Цельсию.Итак, у нас изменение температуры составляет 22 градуса по Цельсию.

    Хорошо, когда я умножаю все это вместе, я получаю количество энергии, которое требуется или которое поглощается водой солнечного пруда [IB], находящейся в солнечном пруду. Итак, мы умножаем их вместе и получаем 2,1 умножить на 10 до девятых джоулей, и причина в том, что снова удельная теплоемкость измеряется в джоулях или q измеряется в джоулях. Хорошо, давайте поговорим о q для гранита, потому что бассейн состоит из воды и гранита. Масса воды 14, извините, масса гранита 14 500 кг, что составляет 1.45 раз по 10 до седьмого грамма. Q для гранита, если вы посмотрите на нашу таблицу, составляет 0,803 и снова изменяется на 22 градуса по Цельсию. И я просто не ставлю единицы, потому что хочу сэкономить место. Хорошо, когда я умножаю все это вместе, я получаю 2,4, извините, это неправда, мне очень жаль, что я получаю 2,6 умножить на 10 до восьмых джоулей. Итак, общее количество энергии, которое получает этот реальный солнечный бассейн, и это за день, равно 2. Мы собираемся добавить это 2,4 умноженное на 10 к девятым джоулям энергии.Так что это на самом деле экономит нам много энергии, когда мы имеем дело, когда мы на самом деле собираемся обогреть или охладить наш дом. Таким образом, мы экономим много денег на устойчивой энергии, используя солнечный бассейн. Таким образом, удельная теплоемкость на самом деле говорит нам о многом, и она уникальна для каждого конкретного вещества, и это количество энергии, необходимое для подъема 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия.

    .

    Формула удельной теплоемкости

    Когда к веществу добавляется тепловая энергия, температура изменяется на определенную величину. Связь между тепловой энергией и температурой различна для каждого материала, а удельная теплоемкость - это величина, которая описывает, как они связаны.

    тепловая энергия = (масса вещества) (удельная теплоемкость) (изменение температуры)

    Q = mc∆T

    Q = тепловая энергия (Джоули, Дж)

    м = масса вещества (кг)

    c = удельная теплоемкость (единицы Дж / кг ∙ K)

    - символ, означающий «изменение в»

    ∆T = изменение температуры (Кельвин, K)

    Вопросы по формуле удельной теплоемкости:

    1) Удельная теплоемкость золота 129 Дж / кг ∙ К.Какое количество тепловой энергии требуется для повышения температуры 100 г золота на 50,0 К?

    Ответ: Масса золота m = 100 г = 0,100 кг. Тепловую энергию можно найти по формуле:

    Q = mc∆T

    Q = (0,100 кг) (129 Дж / кг ∙ K) (50,0 K)

    Q = 645 Дж

    Энергия, необходимая для повышения температуры слитка золота, составляет 645 Дж.

    2) Кастрюля с водой нагревается путем передачи 1676 к Дж тепловой энергии воде.Если в кастрюле 5,00 кг воды, а температура повышена на 80,0 К, какова удельная теплоемкость воды?

    Ответ: Тепловая энергия, передаваемая воде, составляет 1676 к Дж = 1 676 000 Дж. Удельную теплоемкость можно найти, переписав формулу:

    c = 4190 Дж / кг ∙ K

    Удельная теплоемкость воды 4190 Дж / кг ∙ K.

    .

    Формула скрытой теплоты

    Скрытая теплота - это энергия, выделяемая или поглощаемая телом во время процесса с постоянной температурой, например, при фазовом переходе воды из жидкости в газ. Это записывается как:

    Явное тепло = (масса тела) * (удельная скрытая теплоемкость)

    Уравнение

    Q = м л

    У нас:

    Q: Скрытое тепло

    м: Масса корпуса

    L: Удельный коэффициент скрытой теплоты материала

    Уравнение явной теплопроводности Вопросы:

    1) Некоторый твердый материал 0.5 кг с удельной скрытой теплотой плавления 334 кДж / кг изменяют его фазу с твердой на жидкую, какова скрытая теплота этого куска материала?

    Ответ: Скрытая теплота определяется уравнением:

    Q = м л

    подставив значение m, а удельную скрытую теплоемкость

    Q = 0,5 кг * 334 кДж / кг = 167 кДж = 167000 Дж

    Это количество энергии, выделяемое при таянии воды при 0 ° C.

    2) Жидкость со скрытой теплотой 885 кДж / кг испаряется, ее скрытая теплота составляет 50 кДж, какова масса жидкости?

    Ответ: Масса определяется из уравнения скрытой теплоты:

    м = Q / L

    Затем, подставив значение Q и удельную скрытую теплоемкость,

    м = 50 кДж / 885 кДж / кг = 0.056 кг

    м = 56 грамм

    .

    Учебник по химии тепла реакции

    Ключевые концепции

    • Энтальпия реакции (теплота реакции) - это тепло, выделяемое или поглощаемое при протекании химической реакции.
      При экзотермической реакции выделяется тепло, температура реакционной смеси повышается.

      Эндотермическая реакция поглощает тепло, температура реакционной смеси снижается.

    • Единицы энтальпии реакции или теплоты реакции составляют кДж моль -1 для указанного реагента или продукта.
    • Энтальпия реакции (теплота реакции) реакции нейтрализации известна как энтальпия нейтрализации (теплота нейтрализации).
    • Энтальпия реакции (теплота реакции) растворения растворенного вещества в растворителе известна как энтальпия растворения (теплота растворения).
    • Энтальпия реакции (теплота реакции) реакции осаждения известна как энтальпия осаждения (теплота осаждения).
    • Энтальпия реакции (теплота реакции) может быть измерена экспериментально с помощью калориметра.

    Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
    Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

    Измерение энтальпии (тепла) реакции экспериментально

    Стакан из пенополистирола (пенополистирол или чашка из пенополистирола) можно использовать в качестве калориметра, как показано на диаграмме справа, потому что пенополистирол является хорошим изолятором и предотвратит потерю тепла в результате реакции или тепла от окружение, входящее в реакционную смесь. 1

    1. Известное количество реагента помещают в хорошо изолированный сосуд (например, стакан из пенополистирола, то есть стакан из пенополистирола ™).
    2. Регистрируют начальную температуру этого реагента T i .
    3. Добавляют известное количество второго реагента, сосуд закрывают крышкой и реакционную смесь перемешивают.
    4. Регистрируют конечную температуру реакционной смеси, T f .
    5. Выделенное или поглощенное тепло (изменение тепла) q в джоулях (Дж) для реакции вычисляется:
      изменение тепла = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры

      q = m × c г × ΔT

    6. Изменение энтальпии, ΔH, в кДж на моль данного реагента для реакции вычисляется:

      ΔH = теплоотдача / 1000 ÷ моль

      ΔH = q / 1000 ÷ n

      Примечание:

      ⚛ экзотермические реакции: ΔH отрицательно

      ⚛ эндотермические реакции: ΔH положительно

    Общие допущения для реакционных смесей, состоящих из водных растворов:

    • Плотность водных растворов принимается такой же, как для воды, 1 г мл -1 при 25 ° C
      пример:
      Считается, что 100 мл водного раствора имеют массу 100 г.
    • предполагается аддитивность объемов реагентов в растворе.
      пример:
      100 мл «реагента a (водн.) » + 200 мл «реагента b (водн.) » = 300 мл «водного раствора»
    • удельная теплоемкость реакционной смеси принимается такой же, как у воды,
      то есть:
      удельная теплоемкость = 4.184 JK -1 г -1 = 4,184 Дж ° C -1 г -1
    • Тепло не теряется и не поглощается окружающей средой.

    Обычно расчет выделяемого или поглощенного тепла q при реакции водных растворов измеряется в джоулях (Дж):

    q = (масса в граммах «реагента a» + масса в граммах «реагента b») × 4,184 × (T конечный - T начальный )

    Энтальпия реакции (теплота реакции), ΔH, кДж моль -1 :

    ΔH = q / 1000 ÷ моль реагента

    ⚛ Для реакции с выделением тепла, экзотермической реакции, ΔH отрицательно.

    ⚛ Для реакции с поглощением тепла, эндотермической реакции, ΔH положительно.

    Энтальпия раствора (теплота растворения). Пример

    .

    В эксперименте 1,2 г гранул гидроксида натрия, NaOH (s) , растворяли в 100 мл воды при 25 ° C.

    Температура воды поднялась до 27,5 ° C.

    Рассчитайте изменение энтальпии (теплота растворения) реакции в кДж / моль -1 растворенного вещества.

    1. Рассчитайте выделившегося тепла , q, в джоулях (Дж), по реакции:

      q = масса (вода) × удельная теплоемкость (вода) × изменение температуры (раствор)
      q = м ( H 2 O (л) ) × c г ( H 2 O (л) ) × (T f - T i )
      q = 100 × 4,184 × (27,5 - 25) = 1046 Дж

    2. Рассчитайте количество молей растворенного вещества (NaOH (s) ):

      моль = масса ÷ молярная масса
      моль (NaOH) = 1.2 ÷ (22,99 + 16,00 + 1,008)
      n (NaOH) = 0,030 моль

    3. Вычислите изменение энтальпии, ΔH, в кДж / моль -1 растворенного вещества:

      ΔH = -q / 1000 ÷ n (растворенное вещество) = -1046/1000 ÷ 0,030 = -35 кДж моль -1
      ΔH отрицательно, потому что реакция экзотермическая (выделяется энергия, вызывающая повышение температуры раствора) .

    Для получения более подробных инструкций перейдите к руководству Heat of Solution

    Энтальпия нейтрализации (теплота нейтрализации). Пример

    .

    В эксперименте по определению изменения энтальпии ΔH для реакции нейтрализации:

    NaOH (водн.) + HCl (водн.) → NaCl (водн.) + H 2 O (л)

    Были получены следующие результаты:

    Масса 100 мл 0.50 моль л -1 HCl = м = 100 г
    Масса 100 мл 0,50 моль л -1 NaOH = м b = 100 г
    Начальная температура = Т и = 20,1 ° С
    Конечная температура = T f = 23.4 ° С
    Удельная теплоемкость растворов = с г = 4,184 Дж ° C -1 г -1

    Рассчитайте изменение энтальпии, ΔH, в кДж / моль -1 воды, образовавшейся в результате реакции.

    1. Рассчитайте тепла, выделившегося , q, в Джоулях (Дж) в результате реакции нейтрализации:

      q = масса (реакционная смесь) × удельная теплоемкость (вода) × изменение температуры (раствор)
      q = (m a + m b ) × c g × (T f - T i )
      q = (100 + 100) × 4.184 × (23,4 - 20,1)
      = 200 × 4,184 × 3,3
      = 2761,44 Дж

    2. Рассчитайте моли реагентов:

      моль = молярность × объем

      моль (NaOH) = 0,50 моль л -1 × (100 × 10 -3 ) л = 0,05 моль
      моль (HCl) = 0,50 моль л -1 × (100 × 10 -3 ) л = 0,05 моль

      NaOH (водн.) и HCl (водн.) находятся в мольном соотношении 1: 1, что является точным стехиометрическим соотношением, как показано уравнением нейтрализации.
      0,05 моль NaOH (водн.) Реагирует с 0,05 моль HCl (водн.) С образованием 0,05 моль воды.

    3. Рассчитайте энтальпию (теплоту) реакции ΔH в кДж. Моль -1

      Поскольку реагенты присутствуют в стехиометрическом соотношении 1: 1, 0,05 моль NaOH (водн.) Реагирует с 0,05 моль HCl (водн.) С образованием 0,05 моль воды,
      моль (H 2 O (л) ) = n (H 2 O (л) ) = 0,05 моль

      ΔH = -q / 1000 ÷ n (H 2 O (л) )
      = -2761.44/1000 ÷ 0,05
      = -55,2 кДж моль -1
      ΔH отрицательно, поскольку реакция экзотермична.

    Для получения более подробного руководства перейдите к руководству Heat of Neutralization

    Энтальпия осаждения (теплота осаждения). Пример

    .

    50 мл 0,20 моль л. -1 раствора нитрата свинца (II), Pb (NO 3 ) 2 (водн.) , при 19,6 ° C добавляли к 30 мл раствора, содержащего избыток йодида калия, KI. (водн.) также на 19.6 ° С.

    Растворы прореагировали с образованием желтого осадка иодида свинца (II), PbI 2 (s) , и температура реакционной смеси повысилась до 22,2 ° C.

    Pb (NO 3 ) 2 (водн.) + 2KI (водн.) → PbI 2 (s) + 2KNO 3 (водн.)

    Рассчитайте изменение энтальпии на моль иодида свинца (II), осажденного в результате реакции.

    1. Рассчитайте тепла, выделившегося , q, в Джоулях (Дж), в результате реакции осаждения:

      q = масса × удельная теплоемкость × изменение температуры
      q = [м Pb (NO 3 ) 2 (водн.) + m KI (водн.) ] × c г × (T f - T i )
      q = [50 + 30] × 4.184 × (22,2 - 19,6)
      = 870,27 Дж

    2. Рассчитайте количество молей указанных видов, n (PbI 2 (s) ):

      Из уравнения 1 моль Pb (NO 3 ) 2 (водн.) реагирует с избытком KI (водн.) с образованием 1 моль PbI 2 (с)
      моль Pb (NO 3 ) 2 (водн.) = моль PbI 2 (с)

      n (Pb (NO 3 ) 2 (водн.) ) = n (PbI 2 (s) )

      n (Pb (NO 3 ) 2 (водн.) ) = молярность × объем
      n = моль (Pb (NO 3 ) 2 (водн.) )
      = моль (PbI 2 (s) )
      = 0.20 × 50 × 10 -3
      = 0,010 моль

    3. Вычислить энтальпию осаждения (теплота осаждения), ΔH, в кДж / моль -1 PbI 2 (s) :

      ΔH = -q / 1000 ÷ n
      ΔH = -0,870 / 1000 ÷ 0,010
      = -87 кДж моль -1
      ΔH отрицательно, потому что реакция экзотермическая (высвобождалась энергия, вызывающая повышение температуры).


    Сноски

    1.Альтернативный метод определения теплоты реакции (энтальпии реакции) реагентов в растворе описан в руководстве по калориметру.

    .

    Формула теплоемкости

    Теплоемкость или «тепловая масса» объекта определяется как энергия в джоулях, необходимая для повышения температуры данного объекта на 1 ° C. Это «удельная теплоемкость» объекта ( определенное физическое / химическое свойство), умноженное на его массу и изменение температуры.

    Теплоемкость = масса x удельная теплоемкость x изменение температуры

    Q = mc Δ T

    Q = теплоемкость, Дж

    m = масса, г

    c = удельная теплоемкость объекта, Дж / (г-ºC)

    ΔT = изменение температуры, ºC

    Формула теплоемкости Вопросы:

    1) Железо массой 125 г (удельная теплоемкость = 0.45 Дж / гºC) нагревается от 100 º C до 450º C. Сколько тепловой энергии потребовалось?

    Ответ: Масса, m = 125 г; удельная теплоемкость железа c = 0,45 Дж / г ° C и изменение температуры ΔT = 450–100 = 350 ° C.

    Q = mc Δ T

    Q = (125 г) (0,45 Дж / г ° C) (350 ° C)

    Q = 19687,5 Дж

    2) Если на медный шар массой 45 г приложить 15,245 Дж тепла, насколько изменится температура? Удельная теплоемкость меди c = 0,39 Дж / гºC.

    Ответ: Масса, m = 45 г; удельная теплоемкость c = 0,39 Дж / г ° C; и Q = 15245 Дж.

    Q = mc Δ T

    Q / mc = Δ T

    (15245 Дж) / (45 г) (0,39 Дж / г ° C) = Δ T

    ΔT = 868,66 ºC

    .

    Смотрите также