1.1.2 Физические величины, описывающие явление

Чтобы глубже изучить это явление, ученые стали измерять количество теплоты, затраченное на нагревание воды, количество нагреваемой воды, начальную температуру воды, то есть ту, с которой дальше продолжалось нагревание воды, конечную температуру воды, то есть ту, до которой нагревалась вода; измерять, сколько необходимо затратить количества теплоты, чтобы нагреть один килограмм воды на один градус Цельсия, то есть были введены величины, которые в дальнейшем будем называть «физическими величинами».

В рассматриваемом нами случае мы ввели следующие физические величины:

– количество теплоты, необходимое для нагревания воды, обозначим его буквой Q, за единицу измерения количества теплоты принят джоуль (Дж);

– количество нагреваемой воды (массу), обозначим его буквой m, за единицу измерения массы воды принят килограмм (кг);

– температуру воды, обозначим ее буквой t^o, за единицу измерения температуры принят градус Цельсия (^оС);

– количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма воды на один градус Цельсия, обозначим его буквой с, за единицу измерения этой величины принят . Таким образом, вторым шагом изучения физического явления является введение физических величин, характеризующих его.

1.1.3 Физический закон

Затем ученые стали измерять указанные величины, меняя условия нагревания воды и установили, что количество теплоты, необходимое для нагревания воды, тем больше, чем больше масса воды, чем больше конечная температура нагревания воды, чем больше количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма воды на один градус Цельсия, и чем меньше начальная температура воды. Эту количественную связь между физическими величинами, характеризующими физическое явление, назвали «физическим законом». Таким образом, третьим шагом изучения физического явления является установление физического закона.

1.1.4 Математическая запись закона

Физические законы записываются математически, например, для данного случая мы можем записать:

Q = cm(t^о₂- t^о₁) (1)

где Q - количество теплоты, необходимое для нагревания воды, Дж;

m - масса воды, кг;

t^о₁ - начальная температура воды, ^оС;

t^о₂ - конечная температура нагревания воды, ^оС;

с - количество теплоты, необходимое для нагревания одного

килограмма воды на один градус Цельсия,

Таким образом, четвертым шагом изучения физического явления является математическая запись физического закона.

1.1.5 Применение физического явления и закона в технике

Изученные явления лежат в основе всех устройств, созданных человеком. Например, физическое явление нагревания воды широко используется в отоплении зданий и сооружений. Таким образом, пятым шагом изучения физического явления является его применение в технике и быту.

Пример расчета нагревания воды.

Условие.

Десять килограмм воды с начальной температурой 20^оС нагрели до температуры 100^оС; количество теплоты, которое необходимо для нагревания одного килограмма воды на один градус Цельсия, равно 4500 . Определить количество теплоты, затраченное на нагревание воды.

Решение.

1. Составим условие задачи:

m=10 кг

c=4500

t^о₁=20^оС

t^о₂=100^оС

^{_________________}

Q-?

2. Для определения количества теплоты, необходимого для нагревания воды, воспользуемся законом нагревания воды

Q=cm(t₂- t₁)

3. Проверим единицу теплоты:

[Q]= кг ^оС=Дж

4. Подставляем заданные значения и находим количество теплоты:

Q=4500^.10 (100-20) = 3600000 Дж

В заключение перечислим установленные нами пять шагов изучения физического явления: