例子问题
例子问题1:热传导与热平衡
对一根质量未知的铝棒施加了巨大的能量。它的温度从来.杆子的质量是多少?
没有足够的信息来确定棒子的质量
这个问题的相关方程称为比热容方程:
在这个方程,是总能量,单位为焦耳,质量的单位是克,物质的比热是焦耳除以克乘以库仑吗,为温度变化,单位为开尔文或摄氏度;你用哪一个并不重要,因为这是你需要的改变。
在给定能量、比热和温度变化时,为了求出棒子的质量,我们可以将方程重新排列为:
现在,我们可以代入数字并解出:
例子问题2:热传导与热平衡
下列哪一项以可变形式最好地定义了热力学第零定律?
热力学第零定律指出,如果物体X与物体Y处于热平衡状态,物体Y与物体Z也处于热平衡状态,那么物体X与物体Z也一定处于热平衡状态。
这是热力学第一定律。
这是热力学第二定律。
是焓方程。
指的是熵。
最好的选择是:
示例问题3:热传导与热平衡
你有燃烧器上方的容器里的水。如果1 / 10的能量被放入容器中(假设所有的能量都进入水中),水的比热为,水的温度上升了多少?
没有足够的信息来确定温度的变化
施热时温度变化的方程为
.
是热能的量,是质量,比热容,和是温度的变化。在这个问题中,我们已知能量,质量,比热容,所以我们需要解这个方程.
重新排列得到温度的变化量:
现在,我们可以代入数字。
因此,水的变化约摄氏几度考虑到所施加的能量。
示例问题4:热传导与热平衡
你有一种未知的金属。如果增加后,能量增加一倍,温度就升高,金属的比热是多少?
没有足够的资料来确定这种金属的比热
为求已知温度变化、质量和能量的未知物质的比热,我们使用以下公式:
代入已知值并求解。
示例问题5:热传导与热平衡
养猪需要多少能量水的?
需要的方程是:
代入已知值并求解。
示例问题6:热传导与热平衡
任何给定材料的热容定义为必须加到该材料中使其温度升高的热量.然而,任何给定材料的热容可以在不同的条件下测量,如恒压或恒容。
一种材料在恒定体积下的热容和同样的材料在恒定压强下的热容有什么不同?
没有办法判断;定容和定压热容的相对值取决于所考虑的材料
恒压下的热容大于恒容下的热容
恒容时的热容大于恒压时的热容
恒容下的热容等于恒压下的热容
恒压下的热容大于恒容下的热容
在这个问题中,我们给出了热容的定义。我们还被告知,任何给定材料的热容都可以在1)恒容或2)恒压下测量。我们被要求确定对于相同的材料,定容热容是大于,小于,还是等于定压热容。
首先,让我们回顾一下热容的定义。它是指必须加到一种材料上使该材料的温度升高的热量.
接下来,让我们考虑一下,当我们给恒定体积的材料加热时,会发生什么。当一种材料的体积保持不变时,这意味着它在加热时不会膨胀。因此,所有被添加的热量直接导致了组成该材料的粒子的平均动能的增加。换句话说,所有加入的热量都会导致温度升高。
现在让我们考虑一下,当在恒定的压力下向材料加热时会发生什么。在这种情况下,当加热时,材料被允许膨胀(因为体积没有保持恒定)。因此,当给材料加热量时,一部分热量会导致温度升高,但另一部分热量也会导致材料膨胀。其结果是,为了在恒定压力下将材料的温度提高一定数量,它将比在恒定体积下需要更多的热能。
同样,这其中的要点如下:
- 体积恒定——所有增加的热量都会导致温度升高
- 恒压-一些增加的热量导致温度升高一些增加的热量导致膨胀
因为在恒压条件下,只有一小部分的热量会导致温度升高,所以与恒容条件相比,我们必须增加更多的热量,才能使温度升高一定的量。
示例问题7:热传导与热平衡
乙醇的温度是和甲醇的温度是.如果这两种气体在一个孤立的系统中,并且允许它们相互传递热量,在什么温度它们会达到热平衡?
由于这两种气体在一个孤立的系统中,我们知道一种气体损失的热量等于另一种气体获得的热量。此外,我们知道当它们有相同的温度时,这两种气体将处于热平衡状态,温度是它们两个初始值之间的某个值。由于甲醇的温度更高,我们可以说它会散热,乙醇会获得等量的热量:
将它们分别替换为表达式,我们得到:
两种气体的最终温度相等时:
现在我们只需要重新排列最终的温度:
我们拥有所有这些价值,所以是时候开始了:
示例问题8:热传导与热平衡
假设这是一个铜棒长是由温度的来.如果铜的热膨胀系数为,杆的最终长度是多少?
为了求出棒子的长度变化了多少,我们需要使用热膨胀方程,如下所示:
如果我们代入已知的值,就能解出棒子长度的变化量。
现在,我们只需要把这个值加到条的原始长度上,我们就会得到最终的答案。
示例问题9:热传导与热平衡
安娜抓着一块冰块。为什么它会在她手里融化?
所有的这些
她手上的热气使它变暖了
她的手从冰块中吸取了能量
冰块向她的手发出能量
寒冷离开了冰块
她手上的热气使它变暖了
根据热力学第二定律,热量由热流向冷。因此,她手上的热量流入冰块,使其融化。
示例问题10:热传导与热平衡
理想的热机是用大气作为低温热源,用沸水作为高温热源。水的沸点是.热机在寒冷的天气里效率会高多少?)比室外炎热时()?
同样有效
没有足够的信息。
倍的效率
倍的效率
倍的效率
倍的效率
理想热机的效率由:
,在那里和分别代表热和冷。要用这个方程,温度必须是开尔文。这是把摄氏度转换成开尔文的方程。
.
温度是冷是热,分母是不变的,所以我们只需要考虑分子。让我们比较一下这两种计算方法:
炎热的一天:
寒冷的日子:
比较这两种效率,我们看到寒冷的日子大致是倍效率。