Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Pierwsza zasada termodynamiki i ciepła
- Wyjaśniona konkretna pojemność cieplna
- Obliczanie absorpcji ciepła
- Wskazówki dotyczące alternatywnych jednostek
W codziennym języku ludzie używają terminów ciepło i temperatura zamiennie. Jednak w dziedzinie termodynamiki i fizyki szerzej oba te terminy mają bardzo różne znaczenia. Jeśli próbujesz obliczyć, ile ciepła pochłania coś, gdy podniesiesz jego temperaturę, musisz zrozumieć różnicę między tymi dwoma i jak obliczyć jedno od drugiego. Możesz to zrobić łatwo: wystarczy pomnożyć pojemność cieplną ogrzewanej substancji przez masę substancji i zmianę temperatury, aby znaleźć pochłonięte ciepło.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Oblicz pochłanianie ciepła za pomocą wzoru:
Q = Mc∆T.
Q oznacza pochłaniane ciepło, m to masa substancji pochłaniającej ciepło, do oznacza właściwą pojemność cieplną i ∆T. jest zmiana temperatury.
Pierwsza zasada termodynamiki i ciepła
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że zmiana energii wewnętrznej substancji jest sumą ciepła przeniesionego na nią i wykonanej na niej pracy (lub ciepła przekazanego do niej minus Praca skończona przez to). „Praca” to tylko słowo, którego fizycy używają do fizycznego transferu energii. Na przykład, mieszanie filiżanki kawy działa w płynie wewnątrz niej, a ty pracujesz nad przedmiotem, gdy go podnosisz lub rzucasz.
Ciepło to kolejna forma przekazywania energii, ale ma ona miejsce, gdy dwa obiekty mają różne temperatury względem siebie. Jeśli umieścisz zimną wodę na patelni i włączysz piec, płomienie podgrzeją patelnię, a gorąca patelnia podgrzeje wodę. To podnosi temperaturę wody i dodaje jej energii. Druga zasada termodynamiki mówi, że ciepło przepływa tylko od cieplejszych obiektów do zimniejszych, a nie na odwrót.
Wyjaśniona konkretna pojemność cieplna
Kluczem do rozwiązania problemu obliczania absorpcji ciepła jest koncepcja pojemności właściwej. Różne substancje potrzebują różnych ilości energii, które zostaną im przekazane w celu podniesienia temperatury, a konkretna pojemność cieplna substancji mówi, ile to kosztuje. Jest to ilość oznaczona symbolem do i mierzone w dżulach / kg stopniach Celsjusza. Krótko mówiąc, pojemność cieplna mówi, ile energii cieplnej (w dżulach) potrzeba do podniesienia temperatury 1 kg materiału o 1 stopień C. Specyficzna pojemność cieplna wody wynosi 4181 J / kg stopnia C, a konkretna pojemność cieplna ołowiu wynosi 128 J / kg stopnia C. To na pierwszy rzut oka pokazuje, że zwiększenie temperatury ołowiu wymaga mniej energii niż wody.
Obliczanie absorpcji ciepła
Możesz użyć informacji z dwóch ostatnich sekcji wraz z jednym prostym wzorem do obliczenia absorpcji ciepła w konkretnej sytuacji. Wszystko, co musisz wiedzieć, to podgrzewana substancja, zmiana temperatury i masa substancji. Równanie to:
Q = Mc∆T.
Tutaj, Q oznacza ciepło (co chcesz wiedzieć), m oznacza masę do oznacza właściwą pojemność cieplną i ∆T. jest zmiana temperatury. Możesz znaleźć zmianę temperatury odejmując temperaturę początkową od temperatury końcowej.
Jako przykład wyobraź sobie podwyższenie temperatury o 2 kg wody z 10 stopni C do 50 stopni C. Zmiana temperatury wynosi ∆T. = (50–10) stopni C = 40 stopni C. Z ostatniego odcinka pojemność właściwa wody wynosi 4,181 J / kg stopnia C, więc równanie daje:
Q = 2 kg × 4181 J / kg stopni C × 40 stopni C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Tak więc potrzeba około 334,5 tysiąca dżuli (kJ) ciepła, aby podnieść temperaturę 2 kg wody o 40 stopni C.
Wskazówki dotyczące alternatywnych jednostek
Czasami określone pojemności cieplne są podawane w różnych jednostkach. Na przykład, można ją podawać w dżulach / gram C, kaloriach / gram C lub dżulach / mol C. Kaloria jest alternatywną jednostką energii (1 kaloria = 4.184 dżuli), gram to 1/1000 kilograma , a mol (skrócony do mola) to jednostka stosowana w chemii. Tak długo, jak używasz spójnych jednostek, powyższa formuła będzie obowiązywać.
Na przykład, jeżeli ciepło właściwe jest podane w dżulach / gram C, należy również podać masę substancji w gramach lub alternatywnie przekształcić pojemność cieplną w kilogramy, mnożąc ją przez 1000. Jeśli pojemność cieplna jest podana w dżulach / stopień molowy C, najłatwiej jest również podać masę substancji w molach. Jeśli pojemność cieplna jest podana w kaloriach / kg stopni C, wynik będzie wyrażony w kaloriach ciepła zamiast w dżulach, które możesz później przeliczyć, jeśli potrzebujesz odpowiedzi w dżulach.
Jeśli napotkasz Kelvina jako jednostkę temperatury (symbol K), w przypadku zmian temperatury jest to dokładnie to samo, co Celsjusz, więc naprawdę nie musisz nic robić.