Задания № 14, 20 · ОГЭ

Теплопередача

Виды теплопередачи и расчёты энергии при нагревании, охлаждении и изменении состояния вещества

6 мин чтенияСложность: Обновлено 27 сентября 2026

Теплопередача — это перенос энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения механической работы всем телом. В тепловых процессах энергия может передаваться теплопроводностью, конвекцией или тепловым излучением, а расчёты обычно сводятся к нахождению количества теплоты и применению закона сохранения энергии.

Что такое теплопередача

Внутренняя энергия тела складывается из кинетической энергии беспорядочного движения частиц и потенциальной энергии их взаимодействия. Подробнее это понятие разобрано на странице внутренняя энергия. При контакте тел или обмене излучением энергия переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой. Самопроизвольная передача продолжается, пока не установится тепловое равновесие.

Определение

Теплопередача — процесс передачи внутренней энергии от более горячего тела к более холодному без переноса вещества на макроскопическом уровне. Энергия, переданная при теплопередаче, называется количеством теплоты и обозначается \(Q\).

Виды теплопередачи

Различают три способа передачи энергии. В реальных ситуациях они часто действуют одновременно, но один из них может быть главным.

Теплопроводность — передача энергии от более быстрых частиц к соседним частицам без переноса вещества. Лучше всего тепло проводят металлы; воздух, дерево и пенопласт — плохие проводники. Подробности — на странице теплопроводность.
Конвекция — перенос энергии потоками жидкости или газа. Нагретые слои расширяются, становятся менее плотными и поднимаются, а холодные опускаются. В твёрдых телах конвекции нет. См. конвекция.
Тепловое излучение — передача энергии электромагнитными волнами. Она возможна и в вакууме, поэтому энергия от Солнца достигает Земли. См. тепловое излучение.

Как определить вид теплопередачи

Если энергия проходит через неподвижное вещество — это теплопроводность; если вещество перемещается потоками — конвекция; если энергия переносится волнами и промежуток может быть вакуумом — излучение.

Простейший график равномерного нагревания: температура растёт со временем.

Нагревание и охлаждение

При изменении температуры без изменения агрегатного состояния количество теплоты зависит от массы вещества, его рода и изменения температуры. Свойство вещества характеризует удельная теплоёмкость \(c\): это количество теплоты, необходимое для нагревания \(1\) кг вещества на \(1\) °C (или на \(1\) K).

\[Q = cm\Delta t = cm(t_2-t_1)\]

Здесь \(m\) — масса вещества, \(c\) — удельная теплоёмкость, \(t_1\) и \(t_2\) — начальная и конечная температуры. Единица \(c\) в СИ — \(\mathrm{Дж/(кг\cdot{}°C)}\), а единица количества теплоты — джоуль. При нагревании \(Q>0\), при охлаждении тело отдаёт энергию, поэтому его изменение внутренней энергии отрицательно; часто отдельно записывают модуль отданной теплоты \(|Q|=cm(t_1-t_2)\). Так же учитывают энергию при тепловом расширении, если задача спрашивает изменение размеров.

\(Q\)

количество теплоты

Дж

\(m\)

масса

кг

\(c\)

удельная теплоёмкость

Дж/(кг·°C)

\(t\)

температура

°C или K

\(\Delta t\)

изменение температуры

°C или K

Правило знаков

Для нагревания \(t_2>t_1\) и \(Q=cm(t_2-t_1)>0\). Для охлаждения \(t_2<t_1\) и изменение энергии тела отрицательно. Если считают только переданную энергию по модулю, используют положительное число \(cm|\Delta t|\).

Микро-проверка

Два одинаковых по массе бруска нагрели на 10 °C. Какой получил больше теплоты?

Изменение агрегатного состояния

Во время плавления или кипения температура чистого вещества при постоянном давлении не изменяется: подводимая энергия идёт на изменение взаимодействия частиц. Для плавления и кристаллизации используют удельную теплоту плавления \(\lambda\), а для парообразования и конденсации — удельную теплоту парообразования \(L\).

\[Q_{\text{плавл}}=\lambda m\]

\[Q_{\text{парообр}}=Lm\]

При обратных процессах — кристаллизации и конденсации — такое же количество энергии выделяется. Если вещество сначала нагревают, затем плавят, а получившуюся жидкость нагревают и испаряют, общий расход энергии равен сумме отдельных слагаемых.

\[Q_{\text{общ}}=cm(t_{\text{пл}}-t_1)+\lambda m+c_{\text{ж}}m(t_2-t_{\text{пл}})+Lm\]

Участок постоянной температуры

На графике нагревания горизонтальный участок означает изменение агрегатного состояния. Наклонный участок описывается формулой \(Q=cm\Delta t\), горизонтальный — формулой \(Q=\lambda m\) или \(Q=Lm\).

Уравнение теплового баланса

Если нагретое тело передаёт энергию холодному и потери в окружающую среду не учитываются, применяют уравнение теплового баланса: количество теплоты, отданное одними телами, равно количеству теплоты, полученному другими. Это частный способ записи закона сохранения энергии; общий смысл раскрыт на странице закон сохранения энергии в тепловых процессах.

\[Q_{\text{отд}}=Q_{\text{пол}}\]

При алгебраической записи можно считать полученную теплоту положительной, а отданную — отрицательной: сумма всех изменений энергии равна нулю. Перед решением переведите массу в килограммы, а температуру — в разность температур. Разность \(1\) °C равна разности \(1\) K, поэтому в формуле нагревания допустимы обе шкалы.

№

Разобранный пример

В \(200\) г воды при температуре \(20\) °C опустили металлический брусок массой \(100\) г, нагретый до \(100\) °C. После установления равновесия температура стала \(24\) °C. Найдите удельную теплоёмкость металла. Потерями тепла пренебречь. Для воды \(c_в=4200\ \mathrm{Дж/(кг\cdot{}°C)}\).

Записываем условие теплового баланса: горячий металл отдаёт столько энергии, сколько получает вода.

\(\displaystyle Q_{\text{мет}}=Q_{\text{в}}\)

Выражаем количества теплоты через массы, теплоёмкости и изменения температур.

\(\displaystyle c_{\text{мет}}m_{\text{мет}}(100-24)=c_вm_в(24-20)\)

Подставляем массы в килограммах и находим неизвестную теплоёмкость.

\(\displaystyle c_{\text{мет}}=\frac{4200\cdot0{,}2\cdot4}{0{,}1\cdot76}\approx442\ \mathrm{Дж/(кг\cdot{}°C)}\)

Проверяем смысл ответа: металл получил меньшую температуру, но его удельная теплоёмкость заметно меньше водяной, поэтому он отдал энергию при большем охлаждении.

\(\displaystyle \boxed{c_{\text{мет}}\approx4{,}4\cdot10^2\ \mathrm{Дж/(кг\cdot{}°C)}}\)

Частые ошибки

Не смешивайте массу в граммах с теплоёмкостью в единицах СИ. Не подставляйте конечную температуру вместо разности температур. При плавлении и кипении не используйте \(Q=cm\Delta t\): на постоянном температурном участке нужны \(\lambda m\) или \(Lm\). В задачах на смешивание не приравнивайте температуры тел сразу — сначала составьте баланс энергии.

Как решать задачи о тепловых процессах

Определите, какие тела нагреваются, охлаждаются или меняют агрегатное состояние.
Запишите известные величины в СИ и отметьте начальные и конечные температуры.
Выберите формулу для каждого этапа: \(cm\Delta t\), \(\lambda m\) или \(Lm\).
Для теплообмена составьте уравнение баланса и выразите неизвестную величину.
Проверьте единицы, знак и физический смысл ответа.

Быстрый тест по теме

Проверь себя

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · виды теплопередачи

Какой вид теплопередачи возможен в вакууме?

Главное за минуту

Главное

Теплопередача бывает теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.
При изменении температуры используют \(Q=cm\Delta t\).
При плавлении и парообразовании используют соответственно \(Q=\lambda m\) и \(Q=Lm\).
В замкнутой системе без потерь действует баланс: отданная теплота равна полученной.
Решение сложной задачи разбивают на этапы и складывают количества теплоты.