1. 41
Урок 10/10
ТЕМА. Тепловий баланс
Мета: пояснити тепловий баланс як наслідок закону збереження
енергії в теплових процесах, сформулювати ознаки теплового балансу,
записати рівняння теплового балансу.
Обладнання: таблиці питомої теплоємності тіл.
Тип уроку: вивчення нового матеріалу.
ХІД УРОКУ
I. ПЕРЕВІРКА ДОМАШНЬОГО ЗАВДАННЯ
Учні відповідають з місця і біля дошки на питання після пара-
графа підручника.
II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ, УМІНЬ І НАВИЧОК
Вікторина
1. Чому в термосі подвійні стінки? (Між стінками термоса є пові-
тря, яке має низьку теплопровідність.)
2. Чому кількість теплоти вимірюють, як роботу й енергію,
у джоулях? (Тому що кількість теплоти Q це і є енергія, тільки вну-
трішня, яку тіло отримує чи віддає під час теплопередачі.)
3. Чому для охолодження двигуна внутрішнього згоряння засто-
совують воду (у радіаторі)? (Завдяки великій теплоємності вода
добре охолоджує двигун, забираючи значну кількість теплоти.)
4. Чому в країнах, розташованих біля морів і океанів, літо не
таке спекотне, як у континентальних країнах, а зима тепліша
і м’якіша? (Вода морів і океанів улітку поглинає величезну кількість
теплової енергії, яку, охолоджуючись, віддає взимку. Це підтверджує
питома теплоємність води.)
5. Чому треба знати масу тіла, щоб визначити кількість отрима-
ної чи відданої теплоти? (Якщо нагрівати до однакової темпера-
тури два тіла різної маси, виготовлені з того самого матеріалу, то
тілу з більшою масою треба передати більшу кількість теплоти.)
III. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Тіла, що мають різні температури, обмінюються між собою те-
плотою. Втрата тепла нагрітим тілом = отриманню тепла холодним
тілом.
2. 42 Уроки фізики. 8 клас. Розділ 1. Теплові явища
Розгляньмо випадок, коли теплообмін відбувається тільки між
двома тілами, тобто ні з якими іншими тілами вони теплом не об-
мінюються. Таку систему тіл називають теплоізольованою. Щоб
зробити систему тіл теплоізольованою, тіла поміщають у калори-
метр.
Калориметр — прилад для вимірювання кількості тепла, що її виділяє
або вбирає тіло.
Історія винаходу калориметра пов’язана з іменами французь-
ких вчених А. Лавуазьє і П. Лапласа, які створили 1780 р. пер-
ший такий прилад.
Крижаний калориметр дозволив ще в XVIII ст. виміряти тепло-
ємності багатьох твердих тіл і рідин, а також теплоти згоряння
різних палив і теплоти, що виділяються живими організмами.
Водяний калориметр був сконструйований 1830 р. французьким
фізиком П. Л. Дюлонгом, і з його допомогою були визначені те-
плоти згоряння багатьох речовин.
Бомбовий калориметр — різновид рідинного калориметра, вико-
ристовують для вимірювання кількості теплоти, що виділяється
під час дуже швидкого горіння — вибуху.
Сучасні калориметри дуже різноманітні, їхні моделі обумов-
лено:
характером і тривалістю досліджуваного процесу;
областю температур, за яких проводяться виміри;
вимірюваною кількістю теплоти і необхідною точністю.
Сучасні калориметри — це високотехнологічні прилади без звич-
них термометрів, замість них використовують вбудовані датчики
температури.
Якщо налити у калориметр воду й занурити в неї брусок, ви-
йнятий з окропу, то між бруском і водою почнеться теплообмін,
внаслідок якого незабаром установиться теплова рівновага: брусок
і вода будуть мати однакову температуру.
Позначимо Q+
— кількість теплоти, одержану водою, а Q−
—
кількість теплоти, віддану бруском.
Закон збереження енергії для процесу теплопередачі:
В ізольованій системі, у якій внутрішня енергія тіл змінюється тільки
внаслідок теплопередачі, сума кількостей теплоти, відданої одними
тілами системи, дорівнює сумі кількостей теплоти, одержаної інши-
ми тілами цієї системи.
Q Q Q Q Q Qn n1 2 1 2
− − − + + +
+ + + = + + +... ...
3. 43Тема 1.1. Теплові явища (1 частина)
Алгоритм розв’язування задач на тепловий баланс
1. З’ясувати, якої температури досягають тіла
в результаті теплообміну, позначити її буквою θ
2. Встановити, які тіла віддають теплоту, і записати
для кожного тіла формулу кількості теплоти
3. З’ясувати, які тіла отримують теплоту,
і записати для кожного тіла формулу кількості теплоти
4. Скласти рівняння теплового балансу, у лівій частині записавши суму
кількостей теплоти, які віддають більш нагріті тіла, а у правій час-
тині — суму кількостей теплоти, що отримують менш нагріті тіла.
5. Розв’язати це рівняння відносно невідомої величини
і записати кінцеву формулу
6. Обчислити невідому величину та проаналізувати результат
IV. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
Що таке рівняння теплового балансу?
Наслідком якого закону є рівняння теплового балансу?
Розв’язування задач
Задача 1. У воду масою 400 г, узяту за температури 20 °C, до-
дали гарячу воду за температури 90 °C. Визначте масу гарячої
води, якщо кінцева температура води дорівнює 38 °C. Тепловими
втратами знехтувати.
Дано:
m1 4 г 4 кг= =00 0,
t1 20= °C
t2 90= °C
θ = °38 C
c =
⋅°
4200
Дж
кг С
Розв’язання
Q Q Q Q1 2 1 2
+ + − −
+ + = + +... ..., Q Q1 2= ,
Q cm t1 1 1= −( )θ , Q cm t2 2 2= −( )θ ;
cm t cm t1 1 2 2( ) ( )θ θ− = − ;
m
cm t
c t
m t
t
2
1 1
2
1 1
2
=
−
−
=
−
−
( )
( )
( )θ
θ
θ
θ
;
[ ]
( )
m2 =
⋅ ° − °
° − °
=
⋅°
°
=
кг С С
С С
кг С
С
кг.m2 — ?
{ }
, ( ) ,
,m2
0 4 38 20
90 38
0 4 18
52
0 14=
−
−
=
⋅
= .
Відповідь: 140 г.
4. 44 Уроки фізики. 8 клас. Розділ 1. Теплові явища
Задача 2. У склянку з водою масою 100 г за температури 20 °C
занурили мідний кубик масою 150 г, нагрітий до температури ки-
піння води. До якої температури нагріється вода? Тепловими
втратами знехтувати.
Задача 3. Скільки гарячої води, взятої за температури 60 °C, по-
трібно додати до 120 л холодної за 20 °C, щоб підготувати ванну, тем-
пература води якої буде 36 °C? Теплообміном із довкіллям знехтува-
ти.
Дано:
t1 60= °C t2 20= °C
V2
3
120 0 12= =л м,
θ = °36 C
Розв’язання
Під час змішування гарячої та холодної
води відбувається теплообмін до тих пір, доки
температура всієї води не стане θ.
Кількість теплоти, яку віддала гаряча
вода: Q cm t1 1 1= −( )θ . Кількість теплоти, яку
одержала холодна вода: Q cm t2 2 2= −( )θV1 — ?
Згідно з умовою задачі теплообмін відбувається тільки з во-
дою. Відповідно до рівняння теплового балансу Q Q1 2= . Отже,
cm t cm t1 1 2 2( ) ( )− = −θ θ , m t m t1 1 2 2( ) ( )− = −θ θ , оскільки m V= ρ , то
отримуємо
ρ θ ρ θ θ θ
θ
θ
V t V t V t V t V
V t
t
1 1 2 2 1 1 2 2 1
2 2
1
( ) ( ) ( ) ( )
( )
− = − ⇒ − = − ⇒ =
−
−
;
[ ]
( )
V1
3
3
=
° − °
° − °
=
м С С
С С
м ; { }
,
,V1
0 12 16
24
0 08=
⋅
= .
Відповідь: 0 0, 8 м3
.
IV. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
1 [26]: вивчити § 9, виконати впр. № 9 (задачі 1, 3, 5).
2 [6]: розв’язати задачі.
1.87. Нагрівач потужністю 600 Вт за час 5 хв нагрів 1 кг води
на 30 °C. Яку кількість теплоти було втрачено?
1.88. Скільки холодної води за температури 8 °C необхідно до-
лити до 80 л гарячої води за 90 °C, щоб підготувати ванну, темпе-
ратура води якої буде 30 °C?
1.89. Змішали 3 л холодної води, взятої за 20 °C, з 2 л гарячої
води за 90 °C. Визначте температуру суміші.
3 Творче завдання. Складіть та розв’яжіть задачу на тепловий ба-
ланс.
