Урок 112 (осн). Уравнение теплового баланса

• Тема урока: уравнения теплового баланса.  

• Важность темы и её связь с законом сохранения энергии.  

• Домашнее задание: конспект и учебник Баженовой.  

• Уравнение теплового баланса как уравнение теплового равновесия.  

• Теплоизолированная система: тела обмениваются теплом только друг с другом.  

• Пример: лед в термосе.  

• Тела в теплоизолированной системе не контактируют с окружающей средой.  

• Приведение тел в соприкосновение вызывает теплообмен.  

• Наступление теплового равновесия: температуры тел выравниваются.  

• Равновесная температура обозначается буквой "тета".  

• Количество теплоты, отданное первым телом, равно количеству теплоты, полученному вторым телом.  

• Уравнение теплового баланса: суммарное количество теплоты равно нулю.  

• Уравнение теплового баланса применимо к любому количеству тел.  

• Суммарное количество теплоты, полученное телами, равно нулю.  

• Уравнение формулируется как закон сохранения энергии в тепловых процессах.  

• Обсуждение количества теплоты, полученного телами.  

• Пример задачи: калориметр с водой и кипятком.  

• Решение задачи с использованием уравнения теплового баланса.  

• Начинаем с двух вопросов: сколько тел участвовало в теплопередаче и какие тела участвовали.  

• Пример задачи: кипяток и холодная вода.  

• В уравнении теплового баланса будет два слагаемых.  

• Холодная вода имеет массу и температуру.  

• Вливается кипяток, устанавливается тепловое равновесие.  

• В уравнении теплового баланса учитываются количества теплоты, полученные холодной водой и кипятком.  

• Количество теплоты, полученное холодной водой, равно удельной теплоемкости воды на массу воды и разность температур.  

• Количество теплоты, полученное кипятком, равно удельной теплоемкости воды на массу кипятка и разность температур.  

• Подставляем количества теплоты в уравнение теплового баланса.  

• Переносим слагаемые с неизвестными в одну сторону, а остальные в другую.  

• Выражаем массу кипятка через массу воды и разности температур.  

• Вычисляем массу кипятка: 1.5 кг.  

• Записываем ответ: нужно долить 1.5 литра кипятка.  

• В пустой стальной чайник наливают 100 грамм кипятка.  

• Удельная теплоемкость стали: 0.5 кДж/кг°C.  

• Масса чайника: 400 грамм, температура: 20°C.  

• Чайник и кипяток участвуют в теплообмене.  

• Записываем уравнение теплового баланса: количество теплоты, полученное чайником и кипятком, равно нулю.  

• Подставляем значения и решаем уравнение.  

• Переносим слагаемые с неизвестными в одну сторону.  

• Выносим тета за скобки и делим на скобку.  

• Получаем рабочую формулу для расчета температуры.  

• Равновесная температура тета равна.  

• Масса чайника 400 грамм 0.4 кг.  

• Умножаем на удельную теплоемкость стали 0.5 кДж/кг°C.  

• Температура чайника 20°C.  

• Масса кипятка 100 грамм 0.1 кг.  

• Умножаем на удельную теплоемкость воды 4.2 кДж/кг°C и температуру кипятка 100°C.  

• Убеждаемся, что ответ в нужных единицах.  

• Сокращаем килоджоули и килограммы.  

• Ответ получается в градусах Цельсия.  

• Подсчитываем значения: 20*0.5+100*0.1*4.2=46.  

• Знаменатель: 0.4*0.5+0.1*4.2=0.62.  

• Делим числитель на знаменатель: 46/0.62=74.  

• В чайнике установится температура 74°C.  

• Урок окончен.