Количество теплоты

Как мы знаем, одним из способов изменения внутренней энергии является теплопередача (теплообмен). Предположим, что тело участвует в теплообмене с другими телами, и при этом не совершается механическая работа — ни самим телом, ни другими телами над этим телом.

Если в процессе теплообмена внутренняя энергия тела изменилась на величину ∆U, то говорят, что тело получило соответствующее количество теплоты: Q = ∆U.

Если при этом величина ∆U отрицательна, т. е. тело отдавало энергию, то говорят также, что тело отдавало тепло. Например, вместо формально верной, но несколько нелепой фразы «тело получило −5 Дж тепла» мы скажем: «тело отдало 5 Дж тепла».

Удельная теплоёмкость вещества

Предположим, что в процессе теплообмена агрегатное состояние вещества тела не изменяется (не происходит плавление, кристаллизация, парообразование или конденсация). Начальную температуру тела обозначим t1, конечную температуру — t2. Опыт показывает, что количество теплоты, полученное телом, прямо пропорционально массе тела m и разности конечной и начальной температур:

Коэффициент пропорциональности c называется удельной теплоёмкостью вещества тела. Удельная теплоёмкость не зависит от формы и размеров тела. Удельные теплоёмкости различных веществ можно найти в таблицах.

Введя обозначение Δt = t2 − t1, получим также:

Чтобы понять физический смысл удельной теплоёмкости, выразим её из последней формулы:

Мы видим, что удельная теплоёмкость численно равна количеству теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг данного вещества на 1 ◦C (или, что то же самое, на 1 K). Измеряется удельная теплоёмкость в Дж/(кг · ◦C) или в Дж/(кг · K). Чем больше удельная теплоёмкость вещества, тем большее количество теплоты требуется для нагревания тела данной массы на заданное количество градусов. В задачах часто фигурируют вода и лёд. Их удельные теплоёмкости желательно помнить.

Вода: с =4200 Дж/(кг · ◦C)

Лёд: c = 2100 Дж/(кг · ◦C)

Соответственно, для количества теплоты имеем: