Вам уже известно, что количество теплоты зависит от массы вещества, разности температур и рода вещества. Количество теплоты ($Q$) в СИ измеряется в джоулях ($Дж$).
Возьмем два тела одинаковой массы и температуры, но из разных веществ. Логично, что для их нагрева на $1 degree C$ потребуется разное количество теплоты. В этом случае у нас разный род веществ, из которых состоят тела. Здесь мы вводим новое понятие — удельная теплоемкость вещества.
На данном уроке мы рассмотрим это новое для нас определение, узнаем его физическое значение, познакомимся с удельной теплоемкостью различных веществ.
Удельная теплоемкость вещества
Удельная теплоемкость вещества — это физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать телу массой $1 space кг$ для того, чтобы его температура изменилась на $1 degree C$
Рассмотрим на примерах, как удельная теплоемкость характеризует вещество.
Возьмем $1 space кг$ воды и нагреем его на $1 degree C$ (рисунок 1).
Для этого нам понадобится $4200 space Дж$. Именно это количество теплоты и будет определять удельную теплоемкость воды.
А теперь нагреем на $1 degree C$ кусок свинца массой $1 space кг$ (рисунок 2).
В этот раз нам потребуется затратить $140 space Дж$. Это значение ожидаемо отличается от количества теплоты, затраченное на нагревание воды. Тем не менее, это количество теплоты так же будет характеризовать удельную теплоемкость свинца.
Единица измерения удельной теплоемкости
Удельная теплоемкость обозначается буквой $c$.
Измеряется удельная теплоемкость вещества в $frac$.
Рассмотрим эту единицу измерения на примере графита. Его удельная теплоемкость равна $750 frac$. Что это означает?
Из этого значения мы можем сказать, что:
- Для нагревания куска графита массой $1 space кг$ на $1 degree C$ нам необходимо затратить количество теплоты, равное $750 space Дж$
- При охлаждении куска графиты массой $1 space кг$ на $1 degree C$ будет выделяться количество теплоты, равное $750 space Дж$
- При изменении температуры куска графита массой $1 space кг$ на $1 degree C$ он будет или поглощать, или выделять количество теплоты, равное $750 space Дж$
Табличные значения удельной теплоемкости
Существуют уже известные значения удельной теплоемкости различных веществ. Они представлены таблице 1.
| Вещество | $c, frac$ | Вещество | $c, frac$ |
| Золото | 130 | Песок | 820 |
| Ртуть | 140 | Стекло | 840 |
| Свинец | 140 | Кирпич | 880 |
| Олово | 230 | Алюминий | 920 |
| Серебро | 250 | Масло подсолнечное | 1700 |
| Медь | 400 | Лед | 2100 |
| Цинк | 400 | Керосин | 2100 |
| Латунь | 400 | Эфир | 2350 |
| Железо | 460 | Дерево (дуб) | 2400 |
| Сталь | 500 | Спирт | 2500 |
| Чугун | 540 | Вода | 4200 |
| Графит | 750 | Гелий | 5200 |
Таблица 1. Удельные теплоемкости некоторых веществ.
Вода имеет почти самую большую теплоемкость в таблице — $4200 frac$. Это означает, что вода, находящаяся в морях и океанах, поглощает большое количество теплоты, нагреваясь летом. Зимой воды начинает остывать и отдавать большое количество теплоты. Поэтому, в местностях, которые расположены в непосредственной близости от воды, летом не бывает очень жарко, а зимой не бывает очень холодно. По этой же причине воду широко используют в технике (например, охлаждение деталей во время их обработки) и быту (отопительный системы помещений).
Песок имеет небольшую теплоемкость — $820 frac$. Он быстро нагревается и быстро остывает. Поэтому в пустыне днем очень жарко, а ночью температура может опуститься почти ниже $0 degree C$.
Удельная теплоемкость и агрегатные состояния вещества
Давайте взглянем в таблицу 1 и сравним значения удельной теплоемкости льда и воды.
Удельная теплоемкость льда — $ 2100 frac$, а воды — $4200 frac$. Но мы знаем, что одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях.
Удельная теплоемкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.
Например, при $-120 degree C$ ртуть будет находиться в твердом состоянии. Ее удельная теплоемкость будет равна $129 frac$. В жидком же состоянии удельная теплоемкость ртути равна $138 frac$.
Источник: obrazavr.ru
Значение слова дж
Дж — многозначный термин. Может означать:
- Дж — диграф, обозначающий африкативный звук [ʤ].
- Дж — обозначение единицы работы джоуль .
- Дж — буква кирилицы.
- Дж — характерный звук при использовании приема Djent для игры на электрогитаре.
Дж (кириллица)
Ԫ (Ԫ ԫ, курсив: Ԫ ԫ) — буква кириллицы . Форма этой буквы возникла как лигатура кириллических букв Д (Д д Д д) и Ж (Ж ж Ж ж).
Ԫ использовалась в старых алфавитах для языков коми и осетинского . Используется в белорусском языке .
Дж (диграф)
Дж — диграф , используемый в орфографиях нескольких языков, использующих кириллическое письмо . Буквы Д и Ж , входящие в состав этого диграфа, пишутся раздельно.
Дополнительная информация:
Транслитерация: Dj
Задом наперед читается как: жд
Дж состоит из 2 букв
Источник: xn--b1algemdcsb.xn--p1ai
Виды физических величин и их единицы измерения
Физические величины — что под этим понимается
Определение 1
Физические величины — это понятие в физике описывает характеристики тел или процессов, которые могут быть измерены на опыте с использованием измерительных методов и приборов.
Определение 2
Физическая величина — это одно из свойств материальных объектов (физической системы, явления или процесса), общее в качественном отношении для многих физических объектов, но по количественной характеристике индивидуальное для каждого из них.
Значение физической величины выражается одним или несколькими числами, характеризующими необходимую физическую величину, у которой обязательно должна быть указана размерность.
Размер физической величины — это значения чисел, указанные в значении физической величины.
Описание основных физических величин в системе СИ, единицы их измерения, обозначения и формулы
Основными физическими величинами в Международной системе единиц (СИ) являются: длина, масса, время, сила электрического тока, термодинамическая температура, количество вещества, сила света.
Единицы измерения основных физических величин в системе СИ
Время в системе СИ измеряется в секундах (с).
Расчет величины секунды основан на фиксировании численного значения частоты сверхтонкого расщепления основного состояния атома цезия-133 при температуре 0 °К, равной в точности 9 192 631 770 Гц.
Солнечные сутки разбираются на 24 часа, каждый час разбирается на 60 минут, а каждая минута состоит из 60 секунд. Таким образом, секунда — это 1 / ( 24 * 60 * 60 ) = 1 / 86400 от солнечных суток.
Единица длины по системе СИ — это метр (м). Величина метра определяется фиксацией численного значения скорости света в вакууме, равной 299 792 458 м/с.
Масса в системных единицах измеряется в килограммах (кг). Килограмм — это величина, основой которой является численное значение постоянной Планка h = 6 , 626 * 10 — 34 , когда она выражена в Дж*с.
Следующая основная единица — это сила электрического тока, она измеряется в Амперах (А). Величина Ампера определяется зафиксированным численным значением элементарного заряда электрона равного в кулонах 1 , 602 * 10 — 19 К л .
Единицей измерения термодинамической температуры является Кельвин (K). В 1967-2019 годах Кельвин определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Шкала Кельвина использует тот же шаг, что и шкала Цельсия. 0 °K — это температура абсолютного нуля, а не температура плавления льда. Согласно современному определению что такое Кельвин, 0 °C установлены таким образом, что температура тройной точки воды на фазовой диаграмме равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 °.
Моль — это единица измерения количества вещества. Один моль содержит ровно 6 , 022 * 10 23 элементов. Это число фиксировано, постоянно и называется числом Авогадро, единицей измерения которого является 1/моль.
Кандела — единица силы света. Величина канделы устанавливается фиксированием численного значения световой эффективности монохроматического излучения частотой 540 * 10 12 Г ц .
| Основная физическая величина | Обозначение | Единица измерения в системе СИ |
| Длина | l | метр (м) |
| Масса | m | килограмм (кг) |
| Время | t | секунда (с) |
| Сила электрического тока | I | Ампер (А) |
| Термодинамическая температура | T | Кельвин (К) |
| Количество вещества | n | моль |
| Сила света | I_c | Кандела (кд) |
Табл.1. Основные физические величины, их обозначения и единицы измерения.
Производные единицы СИ, имеющие собственные наименования
Определение 3
Производные единицы СИ — это единицы измерения, которые исходят от семи основных единиц, определенных Международной системой единиц (СИ).
Такие единицы либо безразмерные, либо могут быть выражены с помощью различных математических операций из основных единиц СИ.
Пространство и время
Единиц измерения, входящих в систему СИ и имеющих собственные названия, которые относятся к пространству и времени — нет.
Периодические явления, колебания и волны, акустика
Частота — это число колебаний совершаемых за одну секунду. Единица измерения названа в честь физика Генриха Герца и обозначается Гц.
Тепловые явления
Температура по Цельсию. Абсолютный ноль по шкале Кельвинов (0 °K) соответствует -273,15 °C, поэтому для перевода температура из Кельвинов (T) в Цельсии (t), нужно совершить арифметическое действие t = T-273,15.
Энергия — это физическая величина, показывающая какую работу может совершить тело. Измеряется в джоулях (Дж).
Механика
Плоский угол — это часть плоскости, ограниченная двумя лучами, выходящими из одной точки. В системе СИ измеряется в радианах (рад).
Телесный угол — часть пространства, ограниченная некоторой конической поверхностью. Измеряется в системе СИ в стерадианах (ср).
Молекулярная физика
Давление — это скалярная физическая величина равная отношению силы давления, приложенной к данной поверхности, к площади этой поверхности. Единицей измерения в системе СИ является паскаль (Па).
Активность катализатора — характеристика, показывающая насколько катализатор активен в процессе своей работы.
Электричество и магнетизм
Сила — физическая величина, которая характеризует действие на тело других тел, в результате чего у тела изменяется скорость или оно деформируется. Измеряется в ньютонах (Н).
Мощность — это физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который совершенна эта работа. В Международной системе (СИ) единицей измерения мощности является ватт (Вт).
Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значение сил и энергий этих взаимодействий. Единица измерения в системе СИ — это кулон (Кл).
Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда. Измеряется в вольтах (В).
Сопротивление — физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока. Единица измерения — Ом. Источник электрической энергии является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Такое сопротивление называется внутренним. Если оно очень мало, то ток короткого замыкания будет большим, что может вывести источник тока из строя.
Емкость — это физическая величина, которая характеризует способность накапливать электрический заряд на одной из металлических обкладок конденсатора, равная отношению заряда к напряжению и измеряется в фарадах (Ф).
Конденсатор — это совокупность двух проводников, находящихся на малом расстоянии друг от друга и разделенных слоем диэлектрика. На значение емкости влияют геометрические размеры и среда. Материал, из которого сделаны обкладки конденсатора, может быть разным.
Электрическая проводимость (электропроводность) — это способность веществ пропускать электрический ток под действием электрического напряжения. Электрическая проводимость — величина, обратная сопротивлению. Измеряется в сименсах (См).
Характер электропроводности может быть разный, поэтому вещества делятся на электролиты (вещества, растворы и расплавы, проводящие электрический ток) и неэлектролиты (вещества, растворы и расплавы, которые не проводят электрический ток).
Оптика, электромагнитное излучение
Световой поток — величина, измеряемая количеством энергии, которую излучает источник света за единицу времени. В системе СИ единицей измерения светового потока является люмен (лм).
Освещенность — это величина светового потока, приходящаяся на единицу площади освещаемой поверхности. Освещенность измеряется в люксах.
Магнитный поток — физическая величина, численно равная произведению модуля магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором магнитной индукции. Единицей измерения магнитного потока в системе СИ является вебер (Вб).
Магнитная индукция — это векторная физическая величина, модуль которой численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. Единичный элемент тока — это проводник длиной 1 м и силой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является тесла (Тл).
Индуктивность — это физическая величина, характеризующая способность проводника с током создавать магнитное поле. Единица измерения — генри (Гн).
Атомная и ядерная физика. Радиоактивность
Радиоактивность — это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц. Различают радиоактивность естественную – для существующих в природе неустойчивых изотопов, а также искусственную — для изотопов, полученных с использованием ядерных реакций. Единицей измерения радиоактивности является беккерель (Бк).
Поглощенная доза ионизирующего излучения — величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. В единицах СИ поглощенная доза измеряется в джоулях, деленных на килограмм, и имеет специальное название — грей (Гр).
Эффективная доза ионизирующего излучения — величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Единицей эквивалентной дозы является зиверт (Зв).
Собственные наименования имеют 22 производные единицы измерения, которые представлены в таблице 2.
| Величина | Единица измерения | Обозначение |
| Частота | герц | Гц |
| Температура по шкале Цельсия | градус Цельсия | С о |
| Энергия | джоуль | Дж |
| Плоский угол | радиан | рад |
| Телесный угол | стерадиан | ср |
| Давление | паскаль | Па |
| Активность катализатора | катал | кат |
| Сила | ньютон | Н |
| Мощность | ватт | Вт |
| Электрический заряд | кулон | Кл |
| Разность потенциалов | вольт | В |
| Сопротивление | ом | Ом |
| Ёмкость | фарад | Ф |
| Магнитный поток | вебер | Вб |
| Магнитная индукция | тесла | Тл |
| Индуктивность | генри | Гн |
| Электрическая проводимость | сименс | См |
| Световой поток | люмен | лм |
| Освещенность | люкс | лк |
| Радиоактивность | беккерель | Бк |
| Поглощенная доза ионизирующего излучения | грэй | Гр |
| Эффективная доза ионизирующего излучения | зиверт | Зв |
Таблица 2. Таблица с произвольными единицами измерения в системе СИ, которые имеют собственные названия.
Преобразование единиц измерения
Рассмотрим в этом пункте только способы преобразования основных единиц измерения в системе СИ, а именно длины (м), массы (кг), времени (с), силы электрического тока (А), термодинамической температуры (К), количества вещества (моль).
Длина:
1 м = 0,001 км = 10 дм =100 см = 1000 мм
1 кг = 0,001 т = 0,01 ц = 1000 г = 1000000 мг
1 неделя = 7 суток
1 сутки = 24 часа
Силы электрического тока:
1 А = 1000 мА = 1000000 мкА = 0,001 кА
T ( K ) = t ( С о ) + 273 . 15
1 моль = 1000 ммоль = 0,001 кмоль
Источник: wika.tutoronline.ru
Джеймс Джоуль (к 200-летию со дня рождения)
Великий английский ученый Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889) родился в Солфорде близ Манчестера в семье пивовара. Из-за плохого здоровья он смог начать систематическое школьное образование лишь в 15 лет, причем одновременно ему пришлось трудиться на семейной пивоварне (после смерти отца управлять ею вместе со своим братом) вплоть до 36-летнего возраста, когда семейное предприятие удалось, наконец, продать.
Одним из его домашних учителей был Джон Дальтон (1766–1844), замечательный физик-экспериментатор и химик-теоретик, один из создателей атомистических представлений в химии. Дальтон учил Джоуля математике и физике. Эта учеба была столь успешной, что уже в 19-летнем возрасте Джоуль сделал заявку на получение патента оригинального электрического двигателя, сконструированного им и построенного в своей мастерской.
Джоуля интересовали электричество и теплота. После тщательных точных экспериментов в 1841 году он установил закон теплового действия электрического тока (зависимость количества теплоты, выделяемого в проводнике при прохождении через него электрического тока, от величины тока и сопротивления проводника). Годом позже, в 1842 году русский физик Эмилий Ленц (1804–1865), декан физико-математического факультета Петербургского университета (впоследствии ставший его ректором), ничего не зная об опытах Джоуля, также экспериментально установил этот закон, который сегодня носит двойное имя: закон Джоуля — Ленца.
Вслед за этим открытием Джоуль осуществил эксперименты, в которых наглядно показал превращение энергии, или «силы», как тогда говорили, из одного вида в другой. Справедливости ради следует заметить, что незадолго до этого в одном из немецких медицинских журналов появилась статья доктора медицины врача Юлиуса Майера (1814–1878) «О количественном и качественном определении сил». В этой статье высказывалась идея о превращении тепла в работу и приводились результаты некоторых экспериментов на эту тему. Но Джоуль, как и все другие физики, медицинских журналов не читал и о размышлениях Майера ничего не знал.
В экспериментах Джоуля падающий груз через передаточный механизм вращал многолопастный пропеллер, помещенный в воду. В результате этого вода немного нагревалась. Легко подсчитать, что при падении груза массой 20 килограммов с высоты 4 метров 10 литров воды нагреются всего лишь на несколько сотых долей градуса. Поэтому измерение температуры должно было быть очень точным.
Многократные повторения этого эксперимента позволили Джоулю не только продемонстрировать превращение механической работы в теплоту, но и с большой точностью (много большей, чем у Майера) определить коэффициент пропорциональности между работой и теплотой. Теплоту тогда измеряли в калориях (кал), а работу — в килограммометрах, точнее в килограмм-сила-метрах (кгс · м). Еще не так давно этот коэффициент пропорциональности 427 кгс · м/ккал (или, в современном варианте, 4200 Дж/ккал) заучивали наизусть, изучая физику в средней школе. Но по смыслу открытия Майера и Джоуля этот коэффициент должен быть равен единице, если назвать и механическую работу и теплоту изменениями одной и той же физической величины — энергии. Сегодня применение термина «энергия» в науке стало общепринятым.
Вообще говоря, еще Аристотель (IV век до н. э.) в своей «Физике» использовал греческое слово ενέργευχ в смысле ‘деятельность, сила, мощь’. В 1745 году французский математик и физик маркиза Эмили дю Шатле (1706–1749) начала переводить на французский язык основной труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Это был не просто перевод с латыни на французский, а прежде всего «перевод» математической аргументации Ньютона на принятую на континенте лейбницевскую символику математического анализа, используемую и сегодня. Это сразу сделало общепонятной ньютоновскую механику. А в комментариях к своему переводу дю Шаттле предложила заменить лейбницевский термин «живая сила» (для величины mv 2 / 2) греческим словом «энергия».
Не правда ли, этот факт как-то не вяжется с нашим представлением о маркизах эпохи Людовика XV как о жеманницах и модницах стиля рококо. Будучи знатной и по происхождению и по замужеству, Эмили дю Шаттле с 16 лет блистала в свете и, казалось, ее жизнь не отличалась от принятых в тогдашнем обществе стандартов поведения дамы высшего французского общества.
Балы, романы, карточные игры — да, все это было. Но ее интимными друзьями были выдающиеся французские математики Мопертюи, Клеро и великий философ Вольтер. Ее достижения в математике и физике (оптике и акустике) не были значительными, но рассматривались на заседаниях Королевского общества, где она сама, как женщина, не имела права присутствовать. После ее безвременной кончины прусский король Фридрих Великий сказал: «Я потерял друга, которого знал 25 лет, великого человека, единственный недостаток которого заключался в том, что он был женщиной, человека, которого чтит весь Париж». Имя этой выдающейся женщины носит один из кратеров на Луне, а недавно состоялась премьера оперы финского композитора Кайи Саариахо «Эмили».
Постепенно термин «энергия» входил в жизнь. В 1807 году английский физик Томас Юнг стал употреблять его в научных статьях. В 1829 году французский физик Гаспар Кориолис впервые употребил термин «кинетическая энергия». В 1851 году появилось понятие «потенциальная энергия» (английский физик Уильям Ренкин). И, наконец, в 1881 году на лекции Уильяма Томсона (лорда Кельвина) прозвучало:
«Само слово энергия, хотя и было употреблено в современном смысле доктором Томасом Юнгом в начале этого века, только сейчас входит в употребление, после того как теория развилась от простой формулы до принципа, пронзающего всю природу и направляющего исследователя в области науки».
В честь Джоуля на Втором международном конгрессе электриков в 1889 году единица энергии получила его имя. Но, к сожалению, и до нашего времени сохранилось обыкновение тепловую и химическую энергию измерять в старых энергетических единицах — калориях. Особенно держатся за эту единицу химики и химико-технологи.
Некоторым оправданием для них может служить то обстоятельство, что удельная теплоемкость воды при этом точно равна единице (1 кал / (г · град)). От химической технологии недалеко и до пищевой промышленности. Поэтому энергетическая ценность продуктов питания обозначалась до недавнего времени только в калориях.
Сейчас идет переходный процесс — при маркировке продуктов питания используются две величины энергетической ценности: килокалории и килоджоули. Гораздо медленнее будет изменяться язык. Слово «калорийность» в обозримом будущем в обыденном языке вряд ли заменится на слово «джоулейность» несмотря на то, что для человеческого организма это одна и та же величина энергетической полезности (или вредности).
Памятник Джоулю в Манчестерской ратуше
Кроме установления закона превращения и сохранения энергии, Джоуль сделал еще очень много в термодинамике и исследовании газовых процессов. Вместе с У. Томсоном он открыл эффект охлаждения при медленном (а не быстром) расширении газа через пористую перегородку от большой плотности к малой. Этот эффект, получивший имя Джоуля — Томсона, и сейчас лежит в основе процесса получения сжиженных газов и многих технологических процессов. Например, при необходимости сконденсировать водяной пар, содержащийся в природном газе, перед его поступлением в трубопровод, чтобы предохранять стальные трубы от окисления (ржавчины).
Джоуль был одним из основателей кинетической теории газов, намного опередив работы Максвелла и Больцмана. Убежденный сторонник атомистической теории, он рассматривал теплоту как энергию частиц газа, передаваемую от одного тела к другому. Давление газа он считал результатом ударов частиц газа о стенки сосуда, а скорость частиц — зависящей от температуры газа. Занимался он и изучением магнитных свойств веществ — открыл явление насыщения при намагничивании железа и явление магнитострикции при перемагничивании.
Благодаря своим точным экспериментальным работам, Джоуль уже в 32 года был избран в Королевское общество и занял прочное место в истории науки как один из создателей закона сохранения и превращения энергии, этого важнейшего закона природы.
Источник: elementy.ru