MĚŘENÍ TEPLA

23. února 2013 VY_32_INOVACE_170303_Mereni_tepla_DUM

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

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.

Měrná tepelná kapacita

dále

Tepelná kapacita

• značí se C

• je definována jako teplo přijaté při tepelné výměně při změně teploty

• jednotkou je [J.K-1]

• vyjadřuje teplo, které musíme dodat soustavě, aby se její teplota zvýšila o 1°C (1K)

Měrná tepelná kapacita

dále

t

QC

Měrná tepelná kapacita

• určuje teplo, kterým se ohřeje 1kg látky o 1°C (1K)

• je charakteristická pro danou látku

• jednotkou je [J . kg-1 . K-1]

Teplo můžeme vypočítat:

Měrná tepelná kapacita

dále

tm

Q

m

Cc

tmcQ

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.

Měrná tepelná kapacita

dále

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.

Měrná tepelná kapacita

dále

Voda se používá jako chladící médium např. k chlazení motorů nebo jaderných reaktorů.

Voda je též vhodná k přenosu energie např. v ústředním topení.

Obr.1

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.

Měrná tepelná kapacita

dále

Obr.2

Kovy mají malou tepelnou kapacitu, u železa se c = 452 J.kg-1.K-1. To usnadňuje jeho zpracování.

Měrná tepelná kapacita

Obr.3

Měrná tepelná kapacita na Wikipedii

další kapitolazpět na obsah

Měřením množství tepla se zabývá kalorimetrie. Teplo se měří přístrojem, který se nazývá kalorimetr.

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

Kalorimetrická rovnice

dále

Obr.4

Kalorimetr od A.Lavoisiera z roku 1782

Kalorimetrická rovnice popisuje tepelnou výměnu těles, tvořící izolovanou soustavu. Teplo, které jedno těleso odevzdá, přijme beze ztrát druhé těleso (nedochází k přeměnám energie).

Kalorimetrická rovnice

dále

21 QQ Q1 – teplo vydané teplejším tělesem

Q2 – teplo přijaté chladnějším tělesem

Obr.5

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

Kalorimetrická rovnice

dále

)tt(cm)tt(cm 22211 1

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:

Ck – je tepelná kapacita kalorimetru

Kalorimetrická rovnice

)tt(C)tt(cm)tt(cm 2k222111

další kapitolazpět na obsah

Příklad 1.

Kolik tepla přijme 6l vody, když se teplota vody zvýšila z 10°C na 90°C?

Výpočet tepla

dále

řešení

m = 6kg

t1 = 10°C

t2 = 90°C

c = 4,2 kJ . kg -1 . K-1

Q = ? kJVoda přijala tepelnou výměnou teplo 2016 kJ.

tmcQ

8062,4Q

kJ2016Q

řešení

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.

Výpočet tepla

dále

m1= 0,3kg

m1= 0,1kg

t1 = 15°C

t2 = 90°C

t = 20°C

c = 4,2 kJ . kg-1 . K-1

Q = ? kJVáleček měl měrnou tepelnou kapacitu 0,9 kJ.kg-1.K-1. Pomocí tabulek lze určit materiál válečku jako hliník.

)tt(cm)tt(cm 222111

)tt(m

)tt(cmc

22

1112

112 KkgkJ9,0

)2090(1,0

)1520(2,43,0c

Otázka 1.

Proč se při řezání dřeva zahřívá pila více než dřevo?

Výpočet tepla

dále

řešeníKov má menší tepelnou kapacitu než dřevo.

Otázka 2.

Proč pranostika říká „Únor bílý, pole sílí“?

Výpočet tepla

dále

řešeníSníh zamezuje tepelné výměně a tím vymrzání

ozimu. Navíc sníh je též zdrojem vláhy.

Otázka 3.

Proč ovoce na stromech při jižní zdi dozrává dříve než na volném prostranství?

Výpočet tepla

koneczpět na obsah

řešeníZeď na jižní straně pohlcuje sluneční

záření a v noci ho vyzařuje. Zeď chrání stromy před chladnými severními větry.

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. 2013-02-23]. 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