Сравните количество тепла Q1, требуемое для изменения температуры кристалла кремния на ΔТ = 100 К при его нагреве

Тема урока: Теплоемкость кристалла кремния

Разъяснение:
Теплоемкость кристалла кремния может быть определена с использованием формулы:
Q = mcΔT,
где Q - количество теплоты, m - масса кристалла, c - удельная теплоемкость кристалла, ΔT - изменение в температуре.

Для первого случая, нам дано изменение температуры ΔT1 = 100 К и начальная температура T1 = 10 К. Характеристическая температура кремния составляет Тс = 645 К.

Тепло Q1 для нагрева кристалла от 10 К до 110 К можно рассчитать, используя уравнение:
Q1 = mcΔT1,
где ΔT1 = T1 - Тс + ΔТ = 10 - 645 + 100 = -535+100 = -435 К.

Для второго случая, нам даны начальная температура t2 = 500 °C и конечная температура t3 = 600 °C. Необходимо преобразовать температуру в Кельвины и рассчитать тепло Q2:
t2 = 500 + 273.15 = 773.15 К,
t3 = 600 + 273.15 = 873.15 К,
ΔТ2 = t3 - t2 = 873.15 - 773.15 = 100 К.

Тепло Q2 для нагрева кристалла от 500 °C до 600 °C будет:
Q2 = mcΔТ2.

Пример:
Для рассчета Q1 можно использовать следующие значения:
m = 10 г (масса кристалла),
c = 0.712 Дж/(г⋅К) (удельная теплоемкость кремния).

Q1 = 10 ⋅ 0.712 ⋅ (-435) = -3004.2 Дж.

Для рассчета Q2 можно использовать следующие значения:
m = 10 г (масса кристалла),
c = 0.712 Дж/(г⋅К) (удельная теплоемкость кремния).

Q2 = 10 ⋅ 0.712 ⋅ 100 = 712 Дж.

Совет:
Для лучшего понимания темы теплоемкости и теплопроводности рекомендуется изучить законы термодинамики и обратить внимание на единицы измерения и их преобразования. Практика в решении задач поможет усвоить материал более глубоко.

Задание:
Пусть удельная теплоемкость кристалла кремния составляет 0.8 Дж/(г⋅°C), а масса кристалла равна 20 г. Найдите количество теплоты, необходимое для изменения температуры кристалла от 25 °C до 100 °C.