在热传递过程中,物体内能改变的多少可以用热量来量度.
在热传递的过程中,高温物体放出了热量,内能减少,温度降低;低温物体吸收热量,内能增大,温度升高.有些物体吸收热量和放出热量后温度不一定改变,如晶体的熔化和凝固,虽然熔化时吸收了热量,凝固时对外放出了热量,但是温度保持不变,可是他们的内能发生了变化.在熔化和凝固过程中都有能量的转移.
功和热量都可以用来量度物体内能的改变,所用的单位应该相同,功的单位是焦耳,热量的单位也是焦耳,符号是J. ☆☆注意:
热量是在热传递的过程中,内能转移的量度.热传递的方向是内能从高温物体转移到低温物体,内能转移的多少叫热量,所以热量是一个过程量,它存在于热传递的过程中,离开热传递谈热量是没有意义的,所以我们不能说某个物体具有或含有多少能量.
在热学中,温度、内能和热量是本质不同的三个基本物理量.初学者往往将它们相互混淆,在学习过程中应注意将它们区别开来. (1)热量和内能
从分子动理论的观点来看,热传递实质上是内能的转移过程.热量是量度在热传递过程中,传递内能多少的物理量.例如:两个物体之间发生了热传递,高温物体放出了100J的热量,表示它的内能减少了100J;低温物体吸收了100J的热量,表示它的内能增加了100J.这就是说,有100J的内能从高温物体传给了低温物体.由于分子永不停息地做无规则运动,所以物体总是具有内能.正如我们用功来量度物体机械能的改变,可以说物体具有机械能,而不能说物体“具有功”一样,我们不能说物体“含有(具有)热量”. (2)温度和内能
温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上反映物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度,它与物体内能中分子动能发生联系,一个物体内热运动越剧烈,它的温度就越高,分子动能总和越大.内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和.对于同一个物体来说,温度升高,分子无规则运动加快,它的内能增加;反之,它的内能减少.但是物体的内能不仅与它的温度有关,还与分子数目、物质的种类以及分子间距离等有关,因此,温度高的物体内能不一定多. (3)温度和热量
从上面的分析可知,温度和热量的意义不同.物体间若没有热传递过程发生时,物体虽具有温度,但谈不上“热量”.
关于温度与热量,还可以从下列三个方面进一步加深理解.
①物体吸收或放出了热量,它的温度不一定改变.例如在晶体熔化或液体沸腾过程中,物体吸热,但
不升温;在晶体凝固或气体液化过程中,物体放热,但不降温.
②物体温度改变时,不一定是由于吸收或放出热量.因为改变物体的内能有两种方式,用做功的方法
和热传递的方法都可以改变物体的内能.例如,利用打气筒给自行车轮胎打气,筒壁和
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气体温度升高是用做功的方法实现的,这时物体并没有吸热.
③在温度改变,而物态不变的情况下,物体吸收或放出的热量的多少,也是跟它升高或降低的温度?t的多少有关(物体的质量、比热一定时),跟物体的初温或末温无关.
知识点7.比热容
从生活中的经验我们可以知道,用同样大的火烧开半壶水比烧开一壶水用的时间少,将同样多的水烧热也比烧开用的时间少,对不同的物体加热其温度升高的快慢也不一样.从上面我们可以知道,物体吸收热量的本领是有差别的.所以我们需要用一个物理量来描述这种差别,于是我们定义了比热容这个物理量.
(1)定义:单位质量的某种物质温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量,叫做这种物质
的比热容.比热容用符号c表示,单位为J/kg??C,读作“焦每千克摄氏度”.
☆☆注意:
①比热这个物理量与密度一样,是反映物质特性的量,它反映的是单位质量的某物质吸热(或放热)而引起温度变化的特性,每种物质都有自己的比热,不同物质的比热一般是不同的,即使是同种物质,物态不同,比热也不同.
②物质的比热可以由质量、温度变化量、吸放热的多少来共同量度,但比热不随物质的质量、吸(或放)热的多少以及温度改变量的变化而变化,所以它也可以用于鉴别物质种类.
(2)热量的计算:
①比热容的物理意义:以水为例,水的比热容是4.2?103J/kg??C,它表示质量是1kg的水温度升高1℃时吸收的热量为4.2?103J. ②热量的计算:
根据比热容的定义,质量为m的物体,温度由t0上升(或下降)到t时,吸收(或放出)的热量为:Q吸?cm(t?t0)或Q放?cm(t0?t).比热容反映了物体吸热和放热本领的大小,水的比热比较大,所以我们经常利用水来做冷却物体.由于水的比热比砂石比热大,所以沿海地区白天温度升高较内地小,晚上温度降低较内地小.
例题精讲
【例1】 关于温度、热量和内能的说法中不正确的是()
A.0?C的冰块也有内能 B.温度高的物体,内能一定大 C.物体吸收热量,温度不一定升高 D.物体吸收热量,内能一定增大
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【例2】 有关比热,下列说法中正确的是()
A.比热大的物质的内能大 B.比热大的物质具有的热量多 C.比热大的物质温度高 D.以上说法均不正确
【例3】 我国幅员辽阔,相同纬度上内陆地区的昼夜温差比沿海地区大,其主要原因是()
A.地势的高低不同 B.水和陆地的比热容不同 C.日照的时间不同 D.离太阳的远近不同
【例4】 夏天早晨,田闯禾苗上常看到晶莹的露珠,这是空气中的水蒸气__________ (填一种物态变化
名称)形成的.初春培育秧苗时,为了不使秧苗受冻,早晨给水田多排水,傍晚多灌水,这是利用水具有较大的__________这一特性.
【例5】 质量为0.2kg的热水,温度从90℃降低到40℃,放出的热量是多少?(水的比热容为
4.2?103J/(kg??C)
课堂检测
【课1】 下列说法中正确的是()
A.只要物体吸收了热量,温度就一定升高 B.只要物体的内能增加了,就一定是吸收了热量 C.只要物体的温度保持不变,就一定没有吸热也没有放热 D.物体的温度虽然没有变化,但它的内能有可能增加
【课2】 水稻是喜温植物,春季育秧时,通常傍晚向秧田灌水,早晨将水放出,以防霜冻.隐含的物理知
识是,水的较大,气温降低时,水能(选填“放出”或“吸收”)较多的(选填“温度”、“内能”或“热量”).
【课3】 下列有关热的说法正确的是()
A.任何温度计都不能离开被测物体读数 B.水往低处流,是因为分子在不停地运动 C.用水作汽车冷却液,是因为水的比热容较大 D.晶体在熔化过程中温度不变,内能也不变
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【课4】 质量为1千克的水,温度升高了80℃,求水吸收的热量.c水?4.2?103J/(kg??C)
知识点睛
知识点8.内能的获得 (1)燃料的燃烧
人类在原始社会时就用燃烧燃料来取暖和煮饭,火的利用给人类带来了进步.即使在现代社会中,人类使
用的能量绝大部分也还是从燃料的燃烧中获得的内能.燃料燃烧的实质是一种化学变化,在燃烧的过程中,燃料的化学能转化为内能,也就是通常所说的释放出能量.不同物质组成的燃料,在质量相等的条件下完全燃烧,放出的热量是不相等的.燃料的种类很多,如:固体燃料有木柴、煤等;液体燃料有汽油、柴油等;气体燃料有氢气、煤气、天然气等. (2)热值
我们知道,燃烧相同质量的不同物质,所产生的热量是不同的,所以我们定义了热值来反映不同物质燃烧
过程中产生热量的本领.热值定义:1kg的某种燃料完全燃烧时放出的热量,叫做这种燃料的热值.热值的单位是(J/kg).
☆☆注意:燃料燃烧时放出的热量是由化学能转化来的,燃料的热值只与燃料的性质有关,与燃料的
质量、燃烧情况等无关.例如:同样情况下燃烧一千克煤产生的热量一定小于2千克煤产生的热量,1千克煤在不同的情况下燃烧,产生的热量也不一样,但是他们的热值都是一样的.燃料燃烧时实际产生的热量与燃料燃烧的程度有关.燃烧得越充分,产生的热量越多. 根据燃料热值的定义我们可以计算燃料在完全燃烧情况下产生的热量. Q=qm(Q表示热量,q表示热值,m表示燃料的质量). (3)有效利用燃料
炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量之比,叫做炉子的效率.提高炉子的效率,可以有效地
利用燃料.在燃料的利用燃烧过程中,燃料燃烧不充分,废气带走了大量的热量是影响燃料的利用效率的主要的两个因素.为了提高燃料的利用效率,我们应该尽可能地让燃料充分燃烧,减少废气带走的热量(如增大炉子受热面积等).
知识点9.内能的利用、热机
从燃料燃烧过程中获得内能的利用有两种,一个是为了直接加热物体,例如煮饭、取暖等;一个就是要利用产生的能量做功,各种热机就是利用内能做功的机器.例如汽车的发动机、电厂的发电机(电厂的发电机其实是通过内能做功转化为了机械能以后再将机械能转化为电能的)等等. (1)热机
把燃料燃烧放出的内能转化为机械能的机器叫做热机.热机的种类繁多,主要有蒸汽机、蒸汽轮机、汽油机、柴油机、燃气轮机、燃气喷气发动机和火箭喷气发动机等.所有热机都有一个共同
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