Удельная теплоемкость - ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Тип урока: урок общеметодологической направленности.

Используемые технологии: здоровьесбережения, информационно-коммуникационные, развития исследовательских навыков, групповые, проектные.

Цель: познакомить учащихся с понятием удельная теплоемкость, выяснить его физический смысл.

Формируемые УУД: предметные: объяснять понятие удельная теплоемкость', работать с таблицей теплоемкости; метапредметные: определять понятия, устанавливать аналогии; анализировать и перерабатывать информацию, представленную в виде таблиц; составлять план и последовательность действий; самостоятельно выделять познавательную цель; устанавливать причинно-следственные связи; строить логическую цепь рассуждений; личностные: формирование познавательного интереса; развитие интеллектуальных и творческих способностей учащихся.

Приборы и материалы: справочные таблицы “Удельная теплоемкость веществ”.

Ход урока

I. Организационный момент

(Учитель и ученики приветствуют друг друга, выявляются отсутствующие.)

II. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания

(Учитель проводит фронтальный опрос по вопросам и заданиям учебника, задает дополнительные вопросы. Три ученика на доске записывают результаты расчета энергии, получаемой человеком при употреблении различных продуктов.)

Дополнительные вопросы

— Если опустить в кипяток металлическую и деревянную ложки одинаковой массы и температуры, одинаковое ли количество теплоты они получат?

— Одинаковое ли количество теплоты отдадут при остывании кружка с горячим чаем и чайник, из которого наливали чай?

— Почему нельзя вскипятить ведро воды на спиртовке?

— Если греть на одинаковых горелках воду и масло, температура какого вещества будет меняться быстрее?

III. Изучение нового материала

Вспомним опыт по нагреванию одинакового количества воды и масла на спиртовках, проведенный на прошлом уроке. В ходе проведения опыта было установлено, что при одинаковых начальных температурах за одно и то же время температура масла повысилась больше, чем у воды. Следовательно, строение вещества или род вещества определяет отношение вещества к поглощению энергии извне. Таким образом, для нагревания одинаковых масс различных веществ требуется разное количество теплоты. Естественно, что нагревание производится в одинаковом диапазоне изменения температуры Δt, где Δt = t₁ – t₀.

Это свойство веществ определяется удельной теплоемкостью вещества. Физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо для нагревания вещества массой 1 кг на 1 °С. Удельную теплоемкость обозначают буквой с и измеряют в

Значение удельной теплоемкости вещества — табличная величина. Например, для воды Это значит, что для нагревания 1 кг воды на 1 °С нужно передать воде 4200 Дж тепла. Большинство значений удельной теплоемкости вещества определено экспериментально.

Значение удельной теплоемкости зависит не только от рода вещества, но и от его агрегатного состояния. Если вода при нормальных условиях имеет теплоемкость то лед уже имеет а водяной пар — другое значение. Таким образом, удельная теплоемкость зависит от характера движения и расположения молекул в веществе.

Значение удельной теплоемкости воды очень велико, т. е. для нагревания воды требуется очень много тепла. При понижении температуры окружающей среды вода остывает медленно, отдавая в окружающую среду также много тепла. В результате наличие больших водоемов (озера, моря) влияет на климат в данном районе.

Иногда используют еще одну характеристику, которая называется теплоемкостью тела. Под теплоемкостью тела понимают то количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела на 1 °С. Теплоемкость тела обозначают буквой с* и измеряют в

Скажем, теплоемкость медного сосуда равна Это значит, что для нагревания сосуда на 1 °С нужно затратить 800 Дж тепла.

По данным справочной таблицы “Удельная теплоемкость веществ” можно найти, например, что удельная теплоемкость меди равна Следовательно, масса медного сосуда равна 2 кг.

IV. Закрепление изученного материала

(Учитель проводит опрос-беседу.)

— Что такое удельная теплоемкость?

— Что такое теплоемкость тела?

— Удельная теплоемкость вещества равна Что это значит?

— Может ли теплоемкость тела быть больше удельной теплоемкости? Приведите примеры.

— Может ли теплоемкость тела быть меньше удельной теплоемкости? Приведите примеры.

— Почему водоемы замерзают медленно?

— Почему с рек и озер долго не сходит лед, хотя давно стоит теплая погода?

— Почему на Черноморском побережье Кавказа даже зимой достаточно тепло?

— Почему многие металлы остывают значительно быстрее воды?

(Ученики работают со справочными таблицами “Удельная теплоемкость веществ”.)

— Какой из двух одинаковых по массе кусков металла быстрее нагреется на 2 °С — железный или медный?

— Какое количество теплоты необходимо для нагревания на 1 °С одного килограмма алюминия, воды, ртути?

— Что эффективнее использовать в качестве грелки — 2 кг воды или 2 кг песка при той же температуре?

V. Рефлексия

(Ученики оценивают свою работу на уроке и качество усвоения материала, заполнив анкету.)

Вопросы анкеты

1. Вспомни и запиши тему урока.

2. Какие термины, факты, закономерности ты усвоил (а) на уроке?

3. Считаешь ли ты полезными, интересными полученные знания?

4. Какую оценку за урок ты бы себе поставил(а)?

Домашнее задание

1. § 8 учебника, вопросы и задания к параграфу.

2. Сборник задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой: № 993, 998, 1003.

Дополнительный материал

Теплоемкость

Теплоемкость — это величина, характеризующая одно из тепловых свойств тела. Она показывает, какое количество теплоты нужно подвести к телу или отвести от него, чтобы изменить его температуру (соответственно, повысить или понизить ее) на один градус. Отнесенную к единице массы, ее называют удельной теплоемкостью. Все это хорошо нам знакомо. Но причем тут слово “емкость”? Ведь им обычно пользуются, когда говорят об объеме какого-нибудь сосуда, точнее — о его вместимости.

Термин “теплоемкость” появился в физике более 200 лет назад, во второй половине XVIII в., и он остался в физике как память о тех кажущихся теперь странными представлениях о тепле, холоде, температуре, которые существовали тогда в науке.

Начиная с XVII в. в физике шла борьба двух представлений о природе теплоты. Борьба эта закончилась сравнительно недавно — в середине XX столетия. В результате одна из теорий теплоты была отброшена полностью, а вторая восторжествовала лишь частично.

Первая — гипотеза состояла в том, что теплота — это особое вещество, способное проникать в любое тело. Чем больше этого вещества в теле, тем выше его температура. Опытным фактором, на котором основывалось это представление, служило то, что при контакте двух по-разному нагретых тел более теплое из них охлаждается, а более холодное — нагревается. Дело, в самом деле, выглядит так, как будто бы нечто переливается из более теплого тела в более холодное. Это нечто, своего рода тепловое вещество, называли по-разному, но чаще всего — теплородом. Считалось, что всякое тело представляет собой смесь вещества самого тела с теплородом, а температура, измеряемая термометром, характеризует концентрацию теплорода в теле. Слово “температура” по-латыни как раз и означает смесь. Бронза, например, называлась температурой (смесью) меди и олова.

Вторая теория (гипотеза), впервые предложенная в начале XVII в. английским ученым Бэконом, утверждала, что теплота — это движение малых частиц внутри тела (молекул, атомов, или, как тогда говорили, нечувствительных частиц). Эта гипотеза тоже основывалась на опытных наблюдениях, показывающих, например, что движением можно вызвать нагревание. У этой теории было много сторонников, и даже очень знаменитых — Декарт, Бойль, Гук, Ломоносов.

Обе теории при всем их различии имели и кое-что общее. И та, и другая сходились на том, что теплота — это нечто, содержащееся в теле. По первой гипотезе, в теле содержится теплород, по второй — частицы с их “живой силой” (так тогда называли кинетическую энергию). Сходились они и в том, что теплота не пропадает и не появляется. Если при контакте двух тел одно из них теряет теплоту, то другое получает ее, так что потерянное одним тепло приобретается другим. Тем не менее подавляющее большинство исследователей вплоть до XIX в. придерживались первой, так сказать, вещественной теории теплоты. И XVIII в. был веком торжества именно этого представления о теплоте.

Чем же закончился спор о природе теплоты? Какая из двух гипотез победила? Работы, связанные с теплоемкостью, да и другие тепловые исследования XVIII в. спора решить не смогли. Понадобилось провести эксперименты, которые показали, что температура тепла может повышаться и без подвода теплоты — за счет механической работы. Понадобилось получить и более подробные сведения об атомах и молекулах (“нечувствительных частицах”), которых “подозревали” в причастности к теплоте.

Спор удалось решить в XIX в. В результате выяснилось, что теория теплорода не имеет никакого отношения к действительности и что теплота связана с движением частиц внутри тел, но не так, как это себе представляли раньше. То, что “содержится” внутри тел, это не теплота, а внутренняя энергия (т. е. кинетическая энергия поступательного беспорядочного движения частиц, которая и определяет температуру тела, кинетическая энергия вращательного и колебательного движения частиц, а также потенциальная энергия их взаимодействия). Теплота же — это энергия беспорядочного движения частиц тела, передаваемая (например, при контакте) другому телу или телам. Уравнение в частности, не выражает, как думали прежде, закон сохранения количества теплоты (такого закона нет!). Это просто частный случай закона сохранения энергии для тепловых процессов (т. е. первого закона термодинамики) Q = ΔU + А. Оно справедливо, когда сама система или внешние силы над системой не совершают механической работы (А = Q), а изменение внутренней энергии системы (ΔU) непосредственно связано с процессом теплопередачи (с количеством теплоты Q).