Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- A termodinamika és a hő első törvénye
- A fajlagos hőkapacitás megmagyarázva
- A hőelnyelés kiszámítása
- Tippek az alternatív egységekre
A mindennapi nyelvben az emberek a hő és a hőmérséklet kifejezéseket felváltva használják. A termodinamika és a fizika szélesebb értelemben véve azonban a két kifejezés jelentése nagyon eltérő. Ha megpróbálja kiszámítani, hogy mekkora hőt vesz fel valami, amikor megemeli a hőmérsékletet, akkor meg kell értenie a kettő közötti különbséget és azt, hogyan kell kiszámítani az egyiket a másiktól. Ezt könnyedén megteheti: csak szorozza meg a felmelegítendő anyag hőkapacitását az anyag tömegével és a hőmérséklet változásával, hogy megtalálja az elnyelt hőt.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Számítsuk ki a hőelnyelést a következő képlet alapján:
Q = mc∆T
Q az elnyelt hőt jelenti, m az anyag hőt elnyelő tömege, c a fajlagos hőkapacitás és ∆T a hőmérséklet változása.
A termodinamika és a hő első törvénye
A termodinamika első törvénye kimondja, hogy egy anyag belső energiájának változása az anyagnak átadott hő és az rajta elvégzett munka (vagy az rá átvitt hő összege) mínusz az elvégzett munka által azt). A „munka” csak egy szó, amelyet a fizikusok használnak a fizikai energia átadására. Például egy csésze kávé keverésével a benne lévő folyadék működik, és egy tárgyon dolgozik, amikor felveszi vagy dobja.
A hő az energiaátadás egy másik formája, de ez akkor fordul elő, ha két tárgy egymástól eltérő hőmérsékleten van. Ha hideg vizet tölt egy serpenyőbe, és bekapcsolja a tűzhelyet, a lángok melegítik az edényt, és a forró serpenyő melegíti a vizet. Ez növeli a víz hőmérsékletét és energiát ad. A termodinamika második törvénye előírja, hogy a hő csak a forróbb tárgyaktól a hidegebb objektumokig áramlik, nem pedig fordítva.
A fajlagos hőkapacitás megmagyarázva
A hőelnyelés kiszámításának problémájának megoldásának kulcsa a fajlagos hőkapacitás fogalma. A különböző anyagoknak eltérő mennyiségű energiára van szükségük ahhoz, hogy a hőmérsékletet megemeljék, és az anyag fajlagos hőkapacitása megmutatja, mennyi ez. Ez egy szimbólummal ellátott mennyiség c és joule / kg Celsius-fokban mérve. Röviden: a hőkapacitás megmutatja, mekkora hőenergiára van szükség (džaulban) az 1 kg anyag hőmérsékletének 1 ° C-kal való megemeléséhez. A víz fajlagos hőkapacitása 4 181 J / kg C fok, és a fajlagos az ólom hőkapacitása 128 J / kg fok. Ez egy pillanat alatt azt mondja, hogy kevesebb energiát igényel az ólom hőmérsékletének növelése, mint a víznél.
A hőelnyelés kiszámítása
Az utolsó két szakaszban szereplő információkat felhasználhatja egy egyszerű képlettel a hőelnyelés kiszámításához egy adott helyzetben. Csak annyit kell tudnia, hogy az anyag melegítésre kerül, a hőmérséklet változása és az anyag tömege. Az egyenlet:
Q = mc∆T
Itt, Q hőt jelent (amit tudni akarsz), m tömeget jelent, c a fajlagos hőkapacitás és ∆T a hőmérséklet változása. A hőmérsékleti változást úgy találhatja meg, hogy kivonja a kezdő hőmérsékletet a végső hőmérséklettől.
Példaként képzelje el, hogy 2 kg víz hőmérsékletét 10 ° C-ról 50 ° C-ra emeli. A hőmérséklet változása ∆T = (50-10) C = 40 ° C. Az utolsó szakaszból a víz fajlagos hőkapacitása 4 181 J / kg C fok, tehát az egyenlet a következő:
Q = 2 kg × 4181 J / kg ° C × 40 ° C
= 334 480 J = 334,5 kJ
Tehát kb. 334,5 ezer joule (kJ) hő szükséges, hogy 2 kg víz hőmérséklete 40 ° C-kal megemelkedjen.
Tippek az alternatív egységekre
Időnként a fajlagos hőkapacitást különböző egységekben adják meg. Például džaulokban / gramm fokban C, kalóriában / gramm fokban vagy džaulokban / mol fokban lehet megadva. A kalória alternatív energiaegység (1 kalória = 4,144 joule), gramm 1/1000 kilogrammonként. , és egy mol (rövidítve molra) a kémiában használt egység. Mindaddig, amíg konzisztens egységeket használ, a fenti képlet megmarad.
Például, ha a fajlagos hőt džaulokban / gramm C-ben adják meg, adja meg az anyag tömegét is grammban, vagy alternatívaként konvertálja a fajlagos hőkapacitást kilogrammba, szorozva ez 1000-vel. Ha a hőkapacitást joule / mol C fokban adják meg, akkor a legegyszerűbb az anyag tömegét molokban megadni. Ha a hőkapacitást kalóriában / kg C fokban adják meg, akkor az eredmény hő kalóriában lesz, a džaulok helyett, amelyet később konvertálhat, ha a válasz džaulokban van szüksége.
Ha Kelvin-t használ hőmérsékleti egységként (K szimbólum), akkor a hőmérséklet-változás pontosan ugyanaz, mint Celsius, tehát nem kell igazán tennie semmit.