Этот раздаточный материал охватывает выбранные темы SL для курса, впервые оцениваемого в 2025; он не является полным syllabus (учебной 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.
4.2
Тепловые измерения и модели частиц
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.
Q = mcΔT: энергия пропорциональна повышению температуры, здесь 200 Дж на каждый °C
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 4000 Дж
A 0.40 kg sample with specific heat capacity 2000 J per kilogram per degree warms by 5 degrees.
Найдите прирост энергии. На плато температуры может происходить передача энергии.
Запишите, исходя из конечной температуры 30 градусов
Блок массой 2.0 кг при температуре 20 °C получил 8,000 Дж; его удельная теплоёмкость составляет 400 Дж на килограмм на градус.
Подъём температуры равен 8,000 ÷ (2.0 × 400) = 10 °C, следовательно, конечная температура составляет 30 °C.
Записать на основе показаний плато
Тело, плавящееся под действием постоянной подачи энергии, сохраняет постоянную температуру.
Энергия идёт на разрыв связей, а не на увеличение средней кинетической энергии частиц — плато представляет собой запасённую энергию, никогда не является потраченной впустую.
Исследовать
Heat loss changes the inferred c
Start with the 0.50 kg block gaining 2,000 J and warming by 10 °C. Compare heat gained with electrical input, and see why uncorrected heat loss makes the inferred c too large.
