B.1 · Тепловые переносы

Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.

Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.

Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.

Что могло бы объяснить это наблюдение?

• Два одинаковых тела получают одинаковую энергию, но демонстрируют разные температуры. Свойства материала определяют, как перенос энергии влияет на температуру.

Постройте модель

• Удельная теплоёмкость — это энергия, необходимая для повышения температуры единицы массы на один градус.
• Удельная теплота фазового перехода связывает энергию со сменой состояния без изменения температуры для идеализированного процесса.
• удельная теплоёмкость: энергия на единицу массы на единицу повышения температуры.
• теплота фазового перехода: энергия, связанная со сменой состояния.

Выберите доказательства для проверки гипотезы

• Температура связана с движением частиц в модели; внутренняя энергия включает кинетические и потенциальные составляющие.
• При изменении агрегатного состояния энергия может менять расположение частиц, а не температуру.

В лаборатории: Измерьте массу, электрическую мощность и изменение температуры для изолированного блока. Убедитесь, что датчик температуры хорошо контактирует с образцом, дайте время на установление равновесия и учтите энергию, переданную в окружающую среду.

Работайте с известными величинами

• Дано: блок массой 0.50 кг получает 2,000 Дж и нагревается на 10 °C.
• Используйте формулу E = mcΔT.
• Преобразовав, получаем c = E/(mΔT). c = 2,000/(0.50×10) = 400 Дж/(кг·°C).
• Потери тепла приведут к тому, что значение, вычисленное по входной электрической мощности, будет завышено.

Ваша очередь: Образец массой 2 кг с удельной теплоёмкостью c=500 Дж/(кг·°C) нагревается на 3 °C. Найдите прирост энергии.

Проверьте вывод и его границы применимости

• Горизонтальный участок кривой нагрева может указывать на фазовый переход, а не на отсутствие передачи энергии.
• Не подставляйте температуру вместо разности температур в формулу E = mcΔT.

Неверно: Плато температуры всегда означает нулевую передачу энергии. Плато на кривой нагрева обозначает фазовый переход, когда энергия расходуется на изменение расположения частиц в виде скрытой теплоты. Передача энергии продолжается; лишь температура временно не изменяется.

Ключевые моменты:

• Удельная теплоёмкость — это энергия, необходимая для повышения температуры единичной массы вещества на один градус.
• Температура связана с движением частиц в модели; внутренняя энергия включает кинетические и потенциальные составляющие.
• Обратите внимание: горизонтальный участок кривой нагрева может указывать на фазовый переход, а не на отсутствие передачи энергии.

Запишите, исходя из прироста энергии 1800 Дж

• Образец массой 0.20 кг с удельной теплоёмкостью 1500 Дж/(кг·°C) нагревается на 6 °C.
• Найдите прирост энергии. На плато температуры может происходить передача энергии.

Записать по конечной температуре смешивания

• 0.20 кг воды при 80 °C смешивается с 0.20 кг при 20 °C (c = 4,200 Дж на кг и градус).
• Равные массы, одинаковая теплоёмкость: конечная температура — среднее арифметическое, 50 °C; горячая отдаёт 0.20 × 4,200 × 30 = 25,200 Дж, холодная получает столько же.

Записать по скрытому в отчёте латентному шагу

• Лёд при 0 °C превращается в воду при 0 °C: температура не изменяется.
• Энергия всё равно поступает — как скрытая теплота плавления, разрывающая связи; график температуры с горизонтальным участком отражает энергообмен, а не бездействие термометра.