Transcript VY_32_INOVACE_170303_Mereni_tepla_DUM

23. února 2013
VY_32_INOVACE_170303_Mereni_tepla_DUM
MĚŘENÍ TEPLA
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.
Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.
Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,
registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.
1.
Měrná tepelná
kapacita
2.
Kalorimetrická
rovnice
3.
Výpočet tepla
Měrná tepelná kapacita
Tepelná energie
• je část vnitřní energie, kterou soustava vymění (přijme nebo odevzdá) při
styku s další soustavou
• jedná se o tepelnou výměnu
• značí se Q a jednotkou je Joule [J]
Přijme-li soustava tepelnou energii, vzroste její vnitřní energie o ΔU a teplota
tělesa se zvýší (pokud nenastane přeměna skupenství látky). Stejná
množství látek potřebují na ohřátí různě velká množství tepla, a proto
zavádíme fyzikální veličinu tepelná kapacita.
dále
Měrná tepelná kapacita
Tepelná kapacita
• značí se C
• je definována jako teplo přijaté při tepelné výměně při změně teploty
C 
Q
t
• jednotkou je [J.K-1]
• vyjadřuje teplo, které musíme dodat soustavě, aby se její teplota zvýšila o
1°C (1K)
dále
Měrná tepelná kapacita
Měrná tepelná kapacita
• určuje teplo, kterým se ohřeje 1kg látky o 1°C (1K)
• je charakteristická pro danou látku
c 
C
m

Q
m  t
• jednotkou je [J . kg-1 . K-1]
Teplo můžeme vypočítat:
Q  c  m 
t
dále
Měrná tepelná kapacita
Měrná tepelná kapacita pevných a kapalných látek se
mění s teplotou. U plynů je situace složitější, neboť závisí
ještě na tlaku. U všech látek s klesající teplotou klesá a
při teplotách blízkých 0K má velmi malou hodnotu.
Z běžných látek má voda největší měrnou tepelnou
kapacitu c = 4180 J . kg-1 . K-1. Látka s malou tepelnou
kapacitou se rychle ohřeje (snadno), ale též rychle
vychladne. Na ohřátí spotřebuje malé množství tepla.
U látky s velkou tepelnou kapacitou je tomu naopak.
dále
Měrná tepelná kapacita
Důsledky velké tepelné kapacity vody
Přímořské podnebí má menší teplotní rozdíly v atmosféře než vnitrozemské,
neboť pobřežní vody se ohřívají a ochlazují pomaleji než povrch pevniny. To
má samozřejmě vliv na ohřívání nebo ochlazování vzduchu.
Obr.1
Voda se používá jako chladící médium
např. k chlazení motorů nebo jaderných
reaktorů.
Voda je též vhodná k přenosu energie
např. v ústředním topení.
dále
Měrná tepelná kapacita
Sníh v zimě chrání zemi před vymrzáním, protože zadržuje teplo. Teplota pod
sněhem může být 0°C, přičemž teplota vzduchu nad sněhem může být
-20°C.
Za polární zimy poklesne teplota až na -60°C. Eskymáci si staví iglú a uvnitř
na sněhu je teplota 0°C. Pokud vyloží iglú kožešinou a zapálí lampičky, tak
může být teplota i 20°C.
Obr.2
dále
Měrná tepelná kapacita
Kovy mají malou tepelnou kapacitu, u železa se c = 452 J.kg-1.K-1. To
usnadňuje jeho zpracování.
Obr.3
Měrná tepelná kapacita na Wikipedii
zpět na obsah
další kapitola
Kalorimetrická rovnice
Měřením množství tepla se zabývá kalorimetrie. Teplo se měří přístrojem,
který se nazývá kalorimetr.
Obr.4
Směšovací kalorimetr
• skládá se ze dvou do sebe vložených nádobek
• mezi stěnami je vzduch, který tepelně izoluje obě nádobky
• ve víčku jdou otvory pro teploměr a míchačku
dále
Kalorimetrická rovnice
Kalorimetr od A.Lavoisiera z roku 1782
Obr.5
Kalorimetrická rovnice popisuje tepelnou výměnu
těles, tvořící izolovanou soustavu. Teplo, které jedno
těleso odevzdá, přijme beze ztrát druhé těleso
(nedochází k přeměnám energie).
Q1  Q 2
Q1 – teplo vydané teplejším tělesem
Q2 – teplo přijaté chladnějším tělesem
dále
Kalorimetrická rovnice
m 1  c1  ( t1  t )  m 2  c 2  ( t  t 2 )
Těleso 1:
• má hmotnost m1
• měrnou tepelnou kapacitu c1
• původní teplotu t1
Těleso 2:
• má hmotnost m2
• měrnou tepelnou kapacitu c2
• původní teplotu t2
t – je výsledná teplota t1 > t > t2
dále
Kalorimetrická rovnice
Kalorimetrickou rovnici můžeme experimentálně ověřit ve
směšovacím kalorimetru. Do výpočtu musíme zahrnout i samotný
kalorimetr. Když je v kalorimetru chladnější kapalina a přidáme
teplejší, platí:
m 1  c1  ( t  t1 )  m 2  c 2  ( t 2  t )  C k  ( t  t 2 )
Ck – je tepelná kapacita kalorimetru
zpět na obsah
další kapitola
Výpočet tepla
Příklad 1.
Kolik tepla přijme 6l vody, když se teplota vody zvýšila z 10°C na 90°C?
m = 6kg
t1 = 10°C
t2 = 90°C
c = 4,2 kJ . kg -1 . K-1
Q = ? kJ
Q  c  m  t
Q  4 ,2  6  80
řešení
Q  2016 kJ
Voda přijala tepelnou výměnou teplo
2016 kJ.
dále
Výpočet tepla
Příklad 2.
V kalorimetru byla voda o objemu 0,3dm3 a teplotě 15°C. Do této vody byl
položen váleček o hmotnosti 0,1kg a teplotě 90°C. Po tepelné výměně
kalorimetru byla naměřena teplota 20°C. Určete měrnou tepelnou kapacitu
válečku a zkuste určit podle tabulek materiál válečku.
m1= 0,3kg
m1= 0,1kg
t1 = 15°C
t2 = 90°C
t = 20°C
c = 4,2 kJ . kg-1 . K-1
Q = ? kJ
m 1  c1  ( t  t1 )  m 2  c 2  ( t 2  t )
c2 
řešení
c2 
m 1  c1  ( t  t1 )
m 2 ( t2  t )
0 ,3  4 ,2  ( 20  15 )
0 ,1  ( 90  20 )
 0 ,9 kJ  kg
1
K
1
Váleček měl měrnou tepelnou kapacitu 0,9 kJ.kg-1.K-1.
Pomocí tabulek lze určit materiál válečku jako hliník.
dále
Výpočet tepla
Otázka 1.
Proč se při řezání dřeva zahřívá pila více než dřevo?
Kov má menší tepelnou
řešení kapacitu než
dřevo.
dále
Výpočet tepla
Otázka 2.
Proč pranostika říká „Únor bílý, pole sílí“?
Sníh zamezuje tepelné výměně a tím vymrzání
řešení
ozimu. Navíc sníh
je též zdrojem vláhy.
dále
Výpočet tepla
Otázka 3.
Proč ovoce na stromech při jižní zdi dozrává dříve než na volném
prostranství?
Zeď na jižní straně pohlcuje sluneční
záření a v noci ho
řešení
vyzařuje. Zeď chrání
stromy před chladnými severními větry.
zpět na obsah
konec
POUŽITÁ LITERATURA
ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus,
2003. ISBN 80-7196-223-6
CITACE ZDROJŮ
Obr.1 TUNGSTEN. File:TrigaReactorCore.jpeg [x]: Wikimedia Commons [online]. 23 August 2005
[cit. 2013-02-23]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/68/TrigaReactorCore.jpeg
Obr.2 NOJHAN. Soubor:Igloo.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 December 2005 [cit. 2013-0223]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0c/Igloo.jpg
,
Obr.3 TAKKK. File:Born bronze - Bronze casts.jpg: Wikimedia Commons [online]. 11 February 2010
[cit. 2013-02-23]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/de/Born_bronze_-_Bronze_casts.jpg
Obr.4 MMMMM. Soubor:Kalorimetr.png: Wikimedia Commons [online]. 11 November 2006 [cit.
2013-02-23]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/97/Kalorimetr.png
Obe.5 EN:USER:SADI CARNOT. File:Ice-calorimeter.jpg: Wikimedia Commons [online]. 15
February 2007 [cit. 2013-02-23]. Dostupné pod licencí Creative Commons z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Ice-calorimeter.jpg
Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.
Děkuji za pozornost.
Miroslava Víchová