Количество теплоты

Количество теплоты

Количество теплоты — это энергия, которую тело получает или отдаёт при теплообмене без совершения механической работы. Обозначают её буквой Q и измеряют, как и любую энергию, в джоулях (Дж). Когда тело нагревают, оно получает теплоту; когда остывает — отдаёт.

Удельная теплоёмкость

Удельная теплоёмкость (c) показывает, сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 °C. У каждого вещества она своя и измеряется в Дж/(кг·°C). У воды она большая — 4200 Дж/(кг·°C), поэтому вода медленно нагревается и медленно остывает.

Вещество	Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°C)
Вода	4200
Спирт	2400
Алюминий	920
Железо	460
Медь	380

Расчёт количества теплоты

Теплоту, нужную для нагревания или выделяемую при остывании, вычисляют по формуле Q = c·m·(t₂ − t₁), где c — удельная теплоёмкость, m — масса тела, t₂ и t₁ — конечная и начальная температуры. Если тело нагревается, Q положительно; если остывает — отрицательно (теплота отдаётся).

Виды теплопередачи

Теплота передаётся от более нагретого тела к менее нагретому тремя способами. Теплопроводность — передача энергии при непосредственном контакте (металлическая ложка в горячем чае нагревается). Конвекция — перенос энергии потоками жидкости или газа (батарея греет всю комнату). Излучение — передача энергии лучами, не требующая среды (тепло от Солнца и от костра). Теплопередача всегда идёт от горячего к холодному, пока температуры не сравняются.

Уравнение теплового баланса

Если в одном сосуде смешать горячую и холодную воду, горячая остывает и отдаёт теплоту, а холодная нагревается и её получает. По уравнению теплового баланса количество теплоты, отданное одними телами, равно количеству, полученному другими: Q отданное = Q полученное. На этом основан расчёт температуры смеси.

Разбор задачи

Сколько теплоты нужно, чтобы нагреть 2 кг воды от 20 °C до 70 °C?

Дано: m = 2 кг; c = 4200 Дж/(кг·°C); t₁ = 20 °C; t₂ = 70 °C Формула: Q = c·m·(t₂ − t₁) Разность: t₂ − t₁ = 70 − 20 = 50 °C Подставляем: Q = 4200 · 2 · 50 Считаем: Q = 420000 Дж = 420 кДж Ответ: потребуется 420 кДж теплоты

Частые ошибки. Не забывайте умножать на массу — в формуле три множителя, а не два. Берите именно разность температур (t₂ − t₁), а не одну из температур. Следите за единицами удельной теплоёмкости и не путайте теплоёмкости разных веществ из таблицы.

Кратко о главном

• Количество теплоты — энергия, передаваемая при теплообмене, измеряется в джоулях.
• Удельная теплоёмкость — теплота для нагрева 1 кг на 1 °C.
• Формула: Q = c·m·(t₂ − t₁).
• У воды большая теплоёмкость, поэтому она медленно греется и остывает.
• При нагревании теплота поглощается, при остывании — выделяется.

См. также: что такое калориметр и как он работает.