Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής και της θερμότητας
- Ειδική χωρητικότητα θερμότητας Επεξήγηση
- Υπολογισμός της απορρόφησης θερμότητας
- Συμβουλές για τις εναλλακτικές μονάδες
Στην καθημερινή γλώσσα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τους όρους θερμότητας και θερμοκρασίας εναλλακτικά. Στο πεδίο της θερμοδυναμικής και της φυσικής γενικότερα, όμως, οι δύο όροι έχουν πολύ διαφορετικές έννοιες. Αν προσπαθείτε να υπολογίσετε πόση θερμότητα απορροφάται από κάτι όταν αυξάνετε τη θερμοκρασία του, πρέπει να καταλάβετε τη διαφορά μεταξύ των δύο και πώς να υπολογίσετε το ένα από το άλλο. Μπορείτε να το κάνετε εύκολα: πολλαπλασιάστε τη θερμική ισχύ της ουσίας που θερμαίνετε με τη μάζα της ουσίας και τη μεταβολή της θερμοκρασίας για να βρείτε την απορροφούμενη θερμότητα.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Υπολογίστε την απορρόφηση θερμότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Q = mc∆Τ
Q σημαίνει την απορροφούμενη θερμότητα, Μ είναι η μάζα της ουσίας που απορροφά θερμότητα, ντο είναι η ειδική θερμική χωρητικότητα και ΔΤ είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας.
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής και της θερμότητας
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής δηλώνει ότι η αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας μιας ουσίας είναι το άθροισμα της θερμότητας που μεταφέρεται σ 'αυτήν και του έργου που γίνεται σε αυτήν (ή της θερμότητας που μεταφέρεται σ' αυτήν μείον το έργο που έχει γίνει με το). Το "έργο" είναι μόνο μια λέξη που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για φυσική μεταφορά ενέργειας. Για παράδειγμα, ανακατεύοντας ένα φλιτζάνι καφέ δουλεύει στο υγρό μέσα σε αυτό, και δουλεύετε σε ένα αντικείμενο όταν το σηκώσετε ή το πετάξετε.
Η θερμότητα είναι μια άλλη μορφή μεταφοράς ενέργειας, αλλά είναι αυτή που λαμβάνει χώρα όταν δύο αντικείμενα βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες μεταξύ τους. Εάν βάζετε κρύο νερό σε μια κατσαρόλα και ενεργοποιείτε τη σόμπα, οι φλόγες θερμαίνουν την κατσαρόλα και η ζεστή κατσαρόλα θερμαίνει το νερό. Αυτό αυξάνει τη θερμοκρασία του νερού και του δίνει ενέργεια. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπαγορεύει ότι η θερμότητα ρέει μόνο από θερμότερα αντικείμενα σε ψυχρότερα, και όχι αντίστροφα.
Ειδική χωρητικότητα θερμότητας Επεξήγηση
Το κλειδί για την επίλυση του προβλήματος του υπολογισμού της απορρόφησης θερμότητας είναι η έννοια της συγκεκριμένης θερμικής ικανότητας. Οι διαφορετικές ουσίες χρειάζονται διαφορετικές ποσότητες ενέργειας για να μεταφερθούν σε αυτές για να αυξήσουν τη θερμοκρασία και η ειδική θερμική ικανότητα της ουσίας σας λέει πόσο είναι αυτό. Αυτή είναι μια ποσότητα που δίνεται από το σύμβολο ντο και μετρήθηκε σε joules / kg βαθμού Κελσίου. Εν ολίγοις, η θερμική ισχύς σας δείχνει πόση ενέργεια θερμότητας (σε joules) χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία του 1 kg υλικού κατά 1 βαθμός C. Η ειδική θερμότητα του νερού είναι 4,181 J / kg βαθμού C και η ειδική η θερμική ισχύς του μολύβδου είναι 128 J / kg βαθμού C. Αυτό σας λέει με μια ματιά ότι χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για να αυξήσει τη θερμοκρασία του μολύβδου από ότι το νερό.
Υπολογισμός της απορρόφησης θερμότητας
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις πληροφορίες στις δύο τελευταίες ενότητες μαζί με έναν απλό τύπο για να υπολογίσετε την απορρόφηση θερμότητας σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζετε είναι η ουσία που θερμαίνεται, η αλλαγή της θερμοκρασίας και η μάζα της ουσίας. Η εξίσωση είναι:
Q = mc∆Τ
Εδώ, Q σημαίνει θερμότητα (αυτό που θέλετε να ξέρετε), Μ σημαίνει μάζα, ντο σημαίνει τη συγκεκριμένη θερμική ισχύ και ΔΤ είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας. Μπορείτε να βρείτε τη μεταβολή της θερμοκρασίας αφαιρώντας την θερμοκρασία εκκίνησης από την τελική θερμοκρασία.
Για παράδειγμα, φανταστείτε την αύξηση της θερμοκρασίας των 2 kg νερού από τους 10 ° C στους 50 ° C. Η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι ΔΤ = (50 - 10) βαθμούς C = 40 ° C. Από την τελευταία ενότητα, η ειδική θερμότητα του νερού είναι 4,181 J / kg βαθμού C, έτσι η εξίσωση δίνει:
Q = 2 kg × 4181 J / kg βαθμός C × 40 ° C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Έτσι χρειάζεται περίπου 334,5 χιλιάδες joules (kJ) θερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία των 2 κιλών νερού κατά 40 βαθμούς Κελσίου.
Συμβουλές για τις εναλλακτικές μονάδες
Μερικές φορές οι συγκεκριμένες θερμικές ικανότητες δίδονται σε διαφορετικές μονάδες. Για παράδειγμα, μπορεί να αναφέρεται σε joules / gram βαθμούς C, θερμίδες / γραμμάρια C ή joules / mol βαθμούς C. Μια θερμίδα είναι μια εναλλακτική μονάδα ενέργειας (1 θερμίδα = 4.184 joules), τα γραμμάρια είναι 1/1000 ενός κιλού , και ένα mole (συντομευμένο σε mol) είναι μια μονάδα που χρησιμοποιείται στη χημεία. Όσο χρησιμοποιείτε σταθερές μονάδες, ο ανωτέρω τύπος θα διατηρηθεί.
Για παράδειγμα, εάν η συγκεκριμένη θερμότητα δίδεται σε joules / gram βαθμός C, αναφέρετε επίσης τη μάζα της ουσίας σε γραμμάρια ή, εναλλακτικά, μετατρέψτε τη συγκεκριμένη θερμική χωρητικότητα σε χιλιόγραμμα πολλαπλασιάζοντας την με 1.000. Εάν η θερμική ισχύς δίδεται σε joules / mol βαθμού C, είναι ευκολότερο να αναφερθεί η μάζα της ουσίας σε κιλά. Εάν η θερμική ισχύς δίνεται σε θερμίδες / kg βαθμού C, το αποτέλεσμα θα είναι σε θερμίδες θερμίδας αντί για ζεύγη, τις οποίες μπορείτε να μετατρέψετε στη συνέχεια εάν χρειάζεστε την απάντηση σε joules.
Αν συναντήσετε τον Κέλβιν ως μονάδα θερμοκρασίας (σύμβολο Κ), για αλλαγές θερμοκρασίας αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με το Κελσίου, οπότε δεν χρειάζεται πραγματικά να κάνετε τίποτα.