Что означает удельная величина
Осмысление понятия «удельная величина»
Урок «Количество теплоты и удельная теплоёмкость». 8-й класс
Мышление – это деятельность «чтобы узнать»,
а о вещах ничего нельзя узнать, не проследив,
что они делают и что с ними делается.
В процессе обучения физике разумность деятельности является наиважнейшей задачей. Примером построения образа, выработки умения «вращать» его мысленно, рассматривая с разных сторон, под разными углами является формирование понятия удельной величины. Удельные величины (т.е. доли) рассматриваются в течение всего курса физики и представляют собой в обобщённом виде отношение двух физических величин:
– удельная теплота сгорания топлива L/m;
– удельная теплота парообразования 
/m;
Так как разумность действия подразумевает ориентацию на существенные свойства и отношения, то развёртывание наполняет эти соотношения разнообразным смыслом. Например, целесообразно предложить учащимся составить таблицу из отношений физических величин и развернуть их, т.е. охарактеризовать на примерах из собственного опыта.
Примеры выполнения задания
Отношения разнородных величин
m/ V: масса отварного картофеля/объём воды; масса полученного творога/объём молока; масса резинового шарика/объём вдуваемого воздуха.
V/ m: объём тарелки/масса супа; объём древесины/масса полученной бумаги; объём шкафа/масса одежды.
m/t: масса яблок/время роста; масса банана/время съедания; масса куска сахара/время растворения. (Это уже не скорости. – Ред.)
t/V: время расчёсывания волос/объём волос; время таяния льда/объём льда; время/объём песка в песочных часах.
E/t: затраченная энергия/время тренировки; энергия аккумулятора/время работы плеера; энергия зарядки мобильного телефона/время работы.
S/V: площадь пожара/объём воды; площадь поверхности головы/объём волос; площадь поля/объём жидких удобрений.
S/m: площадь разрушений/масса взрывчатки; площадь Красной площади/масса собравшихся людей; площадь парка/масса памятников.
Отношения однородных величин:
t1/t2: время урока физики/всё время пребывания в школе;
E1/E2: энергия, потребляемая в Москве/энергия, потребляемая в России;
Придуманные образы и наполнение отношений смыслом являются превращёнными формами жизненных ситуаций учащихся. После такого обдумывания отношений величин легко ввести понятие удельной теплоёмкости в 8-м классе на уроке «Количество теплоты и удельная теплоёмкость».
Учитель. Когда мы рассматривали движение шарика по наклонной плоскости, то установили, что в отсутствие сопротивления движению полная механическая энергия сохраняется. Но при наличии трения этот закон не выполняется, т.к. изменяются состояния тел: когда механическая энергия убывает, обычно тела нагреваются. Приведите примеры.
Учитель. Могут происходить и другие изменения. Например, при вылетании пробки из бутылки с газированной водой под давлением газа газ охлаждается. При размельчении тела наоборот нагреваются. Аналогичные явления происходят при плавлении или отвердевании вещества. Что меняется во всех этих примерах в веществе, из которого состоят тела?
Учащиеся. Взаимодействие молекул, изменение характера их движения, т.е. внутренняя энергия.
Учитель. Изменение внутренней энергии может происходить не только при совершении работы. Например, при остывании горячей воды в стакане никакой работы не совершается, а внутренняя энергия убывает. Происходит просто передача тепла. Для характеристики этого процесса введено понятие количества теплоты Q. Исследуем, от чего оно зависит. Если в ванну с холодной водой добавить стакан кипятка, то увеличение температуры будет незаметным. А когда стакан кипятка окажет существенное влияние?
Учащиеся. Когда массы тел соизмеримы.
Учитель. Значит, изменение внутренней энергии зависит от массы тела. Как можно охарактеризовать эту зависимость?
Учащиеся. Изменение внутренней энергии прямо пропорционально массе тела.
Учитель. Другими словами, на каждую долю массы тела приходится определённое изменение внутренней энергии. А теперь возьмём две совершенно равные массы воды. Но в одном сосуде вода горячая, а в другом холодная. Поставим на одинаковые плитки. Какая вода будет нагреваться дольше до кипения?
Учитель. Что это означает?
Учащиеся. Холодной воде требуется больше сообщить тепла.
Учитель. Значит и изменение внутренней энергии холодной воды будет больше. Сделайте вывод.
Учащиеся. Изменение внутренней энергии прямо пропорционально изменению температуры тела. То есть на каждый градус температуры приходится определённое изменение внутренней энергии.
Учитель. Замечу, что чем выше температура тела, тем дольше оно остывает. Возьмём тела одинаковой массы, нагретые до одинаковой температуры. Пронаблюдаем, под каким из цилиндров: латунным, железным или алюминиевым расплавится больше воска. (Демонстрация.) Сделайте вывод.
Учащиеся. Под цилиндрами расплавилось разное количество воска. Значит цилиндры отдали разное количество теплоты. Отсюда следует, что изменение внутренней энергии зависит от рода вещества.
Учитель. Для характеристики тепловых свойств веществ используют удельную теплоёмкость. Её выражают в Дж/(кг Ч град). Учёные определили удельную теплоёмкость многих веществ. Это свойство зависит от температуры, но очень незначительно, так что эту зависимость мы не будем учитывать. Что показывает удельная теплоёмкость?
Учащиеся. Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 °С. Или количество теплоты, выделившегося при остывании 1 кг вещества на 1 °С.
Учитель. Обобщим: от чего зависит изменение внутренней энергии?
Учащиеся. От массы, разности температур, рода вещества.
Учитель. Для вычисления количества теплоты, передаваемого или отдаваемого телом, существует формула: Q = cm (t2 – t1). Теперь обратимся к таблице удельных теплоёмкостей:
– У какого вещества самая большая удельная теплоёмкость? самая маленькая? что это означает?
– Можно ли на пламени свечи вскипятить ведро воды? Почему?
– Можно ли передать некоторое количество теплоты, не вызывая этим повышение его температуры?
– Как быстрее остудить горячий чай: бросить в него сахар сразу или подождав 5 мин? Растворение сахара идёт с поглощением тепла.
– Одинаковое ли количество теплоты необходимо для нагревания газа до одной и той же температуры в сосудах, закрытых поршнем, если в одном сосуде поршень перемещается, а в другом неподвижен?
– Какое тело нагреется до более высокой температуры: кусок свинца или стали той же массы, если по ним ударить молотком одинаковое число раз с одинаковой силой?
Как показывает практика, единожды тщательно отработанное понятие удельной величины не вызывает в дальнейшем изучении физики никаких трудностей при введении понятий: удельная теплота плавления, парообразования, сгорания и другие.
Людмила Николаевна Рагулина окончила Ленинградский ГПИ им. А.И.Герцена в 1976 г. по специальности «Физика», учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 29 лет. Работала в основном в СВАО г. Москвы в школах № 247, 1122, 266. Отличник народного просвещения, ветеран труда, кустовой методист округа «Лианозово», лауреат конкурса «Лучшие учителя России» 2006 г., неоднократно награждалась грамотами городского комитета, МДО и др. Только за последние 4 года её ученики 12 раз побеждали в олимпиадах и конкурсах проектов. Под руководством профессора МГУ им. М.В.Ломоносова, д.п.н. Ю.А.Самоненко проводит в школе диссертационное исследование на тему «Создание комфортной обучающей среды с усилением методологического компонента в естественнонаучном образовании школьников». Главная идея работы – внедрение деятельностного подхода в образовании с использованием здоровьесберегающих технологий, с учётом психологических и поведенческих нарушений детской психики и хронического или эпизодического стресса.Сейчас на завершающем этапе находится методическая разработка элективного курса по физике I ступени «Гимнастика ума». В этом курсе на простых примерах дети научаются рассуждать и самостоятельно исследовать явления. Среди выпускников есть учёные, преподаватели не только средних школ, но и таких вузов, как МФТИ, РУДН и даже Кембриджского университета. Муж Александр – художник-реставратор, обе дочери защитили степени магистров, внучке Машеньке уже годик. Людмила Николаевна любит шить и вязать – но где взять на это время?
Удельная теплоемкость вещества
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Нагревание и охлаждение
Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.
Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.
Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.
В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.
А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.
Виды теплопередачи
Здесь все совсем несложно, их всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.
Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.
Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.
Конвекция
Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.
Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.
Излучение
Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.
Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.
Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета
Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:
Нагревание
Охлаждение
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.
С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:
Удельная теплоемкость вещества
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:
Удельная теплоемкость вещества
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]
Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела
Q — количество теплоты [Дж]
c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]
tконечная — конечная температура [˚C]
tначальная — начальная температура [˚C]
Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Таблица удельных теплоемкостей
Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.
Профессор Знаев
ОСНОВНОЕ МЕНЮ
НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА
РУССКИЙ ЯЗЫК
ЛИТЕРАТУРА
АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК
НЕМЕЦКИЙ ЯЗЫК
ИСТОРИЯ
БИОЛОГИЯ
ГЕОГРАФИЯ
МАТЕМАТИКА
ИНФОРМАТИКА
Удельные и молярные величины
Удельная величина – отношение величины, характеризующей порцию вещества, к массе этой порции.
Удельная величина показывает значение соответствующей ей обычной величины для порции вещества массой 1 килограмм.
Но 1 кг меди содержит одно число атомов меди, а 1 кг свинца – совсем другое (где больше?). Очень часто, особенно при химических расчетах, использовать удельные величины бывает неудобно (почему?). В этом случае значение величины относят к стандартному числу частиц – к одному молю, то есть используют не удельные, а молярные величины.
Молярная величина – отношение величины, характеризующей порцию вещества, к количеству вещества этой порции.
Молярная величина показывает значение соответствующей обычной величины для 1 моля вещества.
С одной из молярных величин вы уже знакомы – это молярная масса.
Молярная масса вещества Б – отношение массы порции вещества Б к количеству вещества этой порции.
Молярная масса вещества соответствует массе 1 моля этого вещества.
Молярная масса вещества не зависит от внешних условий и агрегатного состояния вещества.
Молярная масса характеризует не только химические вещества, но и элементы, изотопы и любые другие совокупности более или менее одинаковых частиц (ионов, электронов и т. п.).
Другая часто используемая молярная величина – молярный объем.
Молярный объем вещества Б – отношение объема порции вещества Б к количеству вещества этой порции.
Молярный объем вещества соответствует объему 1 моля этого вещества.
Молярный объем зависит от температуры и давления и может быть определен для любого агрегатного состояния вещества.
К молярным величинам относится и постоянная Авогадро.
Постоянная Авогадро (» молярное число частиц» ) – отношение числа частиц в порции вещества к количеству вещества этой порции.
Постоянная Авогадро соответствует числу частиц в одном моле химического вещества, элемента, изотопа, или любой другой совокупности более или менее одинаковых частиц.
Три приведенные выше уравнения связи дают нам формулы для вычисления количества вещества, исходя из других данных:
В дальнейшем мы познакомимся и с другими молярными величинами.
УДЕЛЬНАЯ ВЕЛИЧИНА, МОЛЯРНАЯ ВЕЛИЧИНА, МОЛЯРНАЯ МАССА ВЕЩЕСТВА, МОЛЯРНЫЙ ОБЪЕМ ВЕЩЕСТВА, ПОСТОЯННАЯ АВОГАДРО
4)Определите молярные теплоты плавления (при температуре плавления) воды, алюминия и кремния, если их удельные теплоты плавления соответственно равны 890 кДж/кг (при О o С), 400 кДж/кг (при 660 o С) и 1780 кДж/кг (при 1415 o С).
5)Молярные теплоты плавления при температуре плавления у железа – 13,8 кДж/моль, а у оксида железа Fe3O4 – 138 кДж/моль. Во сколько раз больше энергии нужно затратить для плавления образца Fe3O4, чем для плавления такого же по массе образца железа?
6)Молярные теплоты кипения некоторых веществ (Lm, в кДж/моль) приведены в таблице.
В каких из этих веществ при кипении рвутся химические связи, а в каких межмолекулярные? Определите тип строения этих веществ.
7)Расположите молекулярные вещества, найденные вами в таблице (задача 6), в порядке возрастания прочности межмолекулярных связей.
8)Пользуясь данными той же таблицы, определите удельные теплоты кипения водорода, кислорода, воды, оксида бария и железа. Можно ли по полученным значениям сказать что-либо о типе структуры этих веществ?
9)Определите количество вещества хлорида натрия в образце этой соли массой 5,85 г.
10)Определите количества вещества в продажных (килограммовых) пачках поваренной соли и сахара (С12Н22О11). Почему эти количества вещества так сильно отличаются друг от друга?
11)Для проведения реакции необходимо взять 2,5 моля оксида кальция СаО. Сколько нужно отвесить этого вещества на весах?
12)Известно, что в результате реакции термического разложения гидроксида железа Fe(OH)2 образовалось 0,125 моль оксида железа FеО. Определите массу образовавшегося оксида железа.
13)В результате реакции было получено 6,4 г диоксида серы. Какова масса серы, содержащейся в этом диоксиде? Что в данном случае означает слово » сера» в вопросе задачи?
14)Оксид алюминия Al2O3 массой 306 г получили из алюминия массой 162 г. Докажите, что алюминий прореагировал полностью.
15)Из 268,8 г железа было получено 650 г трихлорида железа. Полностью ли прореагировало железо? Если нет, то какова масса непрореагировавшего железа?
16)В образце немолекулярного вещества массой 320 г содержится 4 моль этого вещества. Определите формульную массу вещества.
17)Установлено, что в образце желтого металла массой 1,97 г количество вещества составляет 0,01 моль. Какой это металл?
18)3,5 моля вещества с простейшей формулой СН2 имеют массу 196 г. Определите молекулярную формулу этого вещества.
19)Определите молекулярную формулу одной из аллотропных модификаций серы, если 0,02 моль этого вещества имеет массу 5,12 г.
20)При исследовании 6 г вещества с простейшей формулой HPO3 было установлено, что количество вещества в этой порции составляет 0,025 моль. Определите молекулярную формулу исследуемого вещества.
Удельная теплота сгорания
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Виды топлива
Человеку очень нужно тепло для всех процессов жизнедеятельности: например, для обогрева жилища, готовки, плавления металлов и получения других видов энергии. Чтобы получать тепло и свет, человек использует топливо. Когда люди впервые добыли огонь, без топлива тоже не обошлось — им послужила древесина.
Топливо — это любое вещество, выделяющее энергию в ходе определенных процессов.
Существует четыре группы видов топлива:
К твердому топливу относятся:
Ископаемые твердые виды топлива, кроме сланцев, являются продуктом разложения органической массы растений. Торф — самый молодой из них, он представляет собой плотную массу, которая образовалась из перегнивших болотных растений. Уже не такие молодые (скажем, средних лет 🤣) бурые угли — это темная однородная масса, которая окисляется и рассыпается на свежем воздухе. Горючие сланцы — полезные ископаемые, дающие смолу. Каменные угли — ребята с повышенной прочностью и небольшой пористостью.
Жидкое топливо — это, например, бензин или нефть. Газообразное — это смесь, содержащая в себе водород и окись углерода.
В горючей части топлива всегда есть углерод, кислород, водород, сера и азот. Кислород в соединении с углеродом или водородом уменьшает тепло, которое выделяется в процессе горения. Азот переходит в продукты сгорания, не окисляясь. Сера — вредная примесь, при сгорании которой выделяется в 4 раза меньше теплоты, чем при сгорании углерода.
Под ядерным топливом обычно имеют в виду изотопы урана — подробнее об этом мы рассказали в статье «Ядерный реактор».
Удельная теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива определяет количество полностью сгоревшего горючего и полученную при этом процессе энергию. Эта величина определяет энергетическую ценность топлива.
Удельная теплота фигурирует в формуле количества теплоты, выделяемого при сгорании топлива.
Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива
Q — количество теплоты [Дж]
q — удельная теплота сгорания [Дж/м 3 ]
m — масса [кг]
Удельная теплота сгорания — это табличная величина, которая определяется экспериментально достаточно непростыми методами.
Ниже представлены таблицы с некоторыми значениями удельной теплоты сгорания.
Твердое топливо
Вещество
Удельная теплота сгорания,
удельный
Смотреть что такое «удельный» в других словарях:
УДЕЛЬНЫЙ — УДЕЛЬНЫЙ, удельная, удельное. 1. прил., по знач. связанное с феодальным владением уделами (см. удел во 2 знач.; ист.). Удельный князь. Удельный период. 2. прил. к удел в 3 знач. (ист.). Удельное ведомство. У дельные земли. 3. прил., по знач.… … Толковый словарь Ушакова
удельный — 1. УДЕЛЬНЫЙ см. Удел. 2. УДЕЛЬНЫЙ, ая, ое. Характеризующийся количественными показателями каких л. физических свойств, имеющимися, проявляющимися в единице измеряемого вещества. У. вес (вес единицы объёма вещества). У ое сопротивление… … Энциклопедический словарь
Удельный — вес учета векселей в банковских операциях сокращается посравнению с удельным весом ссуд и инвестиций в государственные облига ции. Происходят изменения и в структуре учета векселей за счет повышениядоли учета казначейских векселей, которые… … Финансовый словарь
удельный — обособленный Словарь русских синонимов. удельный прил., кол во синонимов: 1 • обособленный (47) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин … Словарь синонимов
УДЕЛЬНЫЙ 1 — УДЕЛЬНЫЙ 1, ая, ое (спец.). Относящийся к единице объёма, массы, энергии. У. вес (вес единицы объёма вещества). Удельная плотность. У. объём. Удельная теплоёмкость. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
УДЕЛЬНЫЙ 2 — см. удел 1. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
удельный — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN specificSPsp … Справочник технического переводчика
удельный — увеличился удельный вес • изменение, субъект, много … Глагольной сочетаемости непредметных имён
удельный — I см. удел 1), 2); ая, ое Уде/льный князь. У ые земли. У ое ведомство (ист.; ведомство, управлявшее недвижимым имуществом императорской фамилии) У ые крестьяне (ист.; крестьяне, жившие на удельных землях) II ая, ое. Характеризующийся… … Словарь многих выражений
Удельный — I прил. 1. соотн. с сущ. удел I, связанный с ним 2. Связанный с княжеским владением (в Российском государстве XII XVI вв.). 3. Связанный с недвижимым земельным имуществом (в Российском государстве до 1917 г.). II прил. Связанный с единицей… … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой