Формулы для расчета тепловых процессов:

• Нагревания/охлаждения вещества: $Q = cm\Delta t$ с (удельная теплоёмкость) – физическая величина, которая показывает, сколько нужно потратить/выделить энергии, чтобы нагреть/охладить вещество массой 1 кг на 1°С [Дж/кг⋅°С].

Пример: Стальная деталь массой 3 кг нагрелась от 25 до 45 °С. Какое количество теплоты было израсходовано? Ответ запишите в кДж (Удельная теплоемкость стали с = 500 Дж/кг ⋅ °С).

Решение: Количество теплоты, требуемое для нагревания стальной детали: $Q=cm(t_2-t_1) = 3\cdot 500 \cdot(45-25) = 30000 \ = 30 \ \text{кДж}$ Ответ: 30 кДж

• Плавления/кристаллизации вещества: $Q = \lambda m$ λ (удельная теплота плавления) – физическая величина, которая показывает, сколько нужно потратить энергии, чтобы расплавить/кристаллизовать 1 кг вещества, [Дж/кг].

Пример: Количество теплоты, требуемое для плавления льда: $Q = \lambda m = 3,3\cdot10^5\cdot4 = 1,36\cdot10^6 \ = 1,32 \ \text{МДж}$ Ответ: 1,32 МДж

• Парообразования/конденсации вещества: $Q=rm$ r (удельная теплота парообразования) – физическая величина, которая показывает, сколько нужно потратить энергии, чтобы парообразовать/конденсировать 1 кг вещества, [Дж/кг].

Пример: Какое количество энергии требуется для обращения воды массой 150 г в пар при температуре 100 °С? Ответ запишите в кДж (Удельная теплота парообразования воды r = 2,3 ⋅ 106 Дж/кг).

Решение: Количество теплоты, требуемое для парообразования воды: $Q = rm = 2,3\cdot 10^6\cdot 0,15 = 3,45\cdot 10^5 = 345 \ \text{кДж}$ Ответ: 345 кДж

• Сгорания вещества: $Q = qm$ q (удельная теплота сгорания) – физическая величина, которая показывает, сколько выделится энергии при сгорании 1 кг вещества, [Дж/кг].

Пример: Сколько энергии выделится при сгорании 30 кг каменного угля? Ответ запишите в МДж (Удельная теплота сгорания каменного угля q = 2,7 ⋅ 10^7 Дж/кг).

Решение: Количество теплоты, требуемое для сгорания каменного угля: $Q=qm = 2,7\cdot10^7 \cdot30 = 810\cdot10^6\ = 810 \ \text{МДж}$ Ответ: 810 МДж

Заметим, что процессы симметричные и обратимые: плавление - кристаллизация, парообразование-конденсация. Однако процесс сгорания необратим, обратно восстановить бревно, которое сгорело, невозможно.

Уравнение теплового баланса

$$ Q_1+Q_2+Q_3+\dots + Q_n = 0 $$

Важное о тепловом балансе: Если идет процесс конденсации или кристаллизации, то вещество отдает тепло. При расчетах мы будем использовать это тепло со знаком минус.

Как вообще понять, что в задаче используется уравнение теплового баланса?

Все очень просто! В таких задачах обычно участвуют два тела, которые обмениваются теплотой, и раз это тепловой баланс, то в конечном счёте температуры обоих тел станут равны. Важно понимать, что если у вас в котелке плавят медь, сообщая теплоту, то это не тепловой баланс, потому что оба тела нагреваются извне. Тепловой баланс - это когда два тела обмениваются теплотой без сообщения теплоты извне.