Πώς να υπολογίσετε την απορρόφηση θερμότητας
Στην καθημερινή γλώσσα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τους όρους θερμότητα και θερμοκρασία εναλλακτικά. Στο πεδίο της θερμοδυναμικής και της φυσικής ευρύτερα, ωστόσο, οι δύο όροι έχουν πολύ διαφορετικές έννοιες. Εάν προσπαθείτε να υπολογίσετε πόση θερμότητα απορροφάται από κάτι όταν ανεβάζετε τη θερμοκρασία του, πρέπει να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ των δύο και πώς να υπολογίσετε το ένα από το άλλο. Μπορείτε να το κάνετε αυτό εύκολα:απλώς πολλαπλασιάστε τη θερμική ικανότητα της ουσίας που θερμαίνετε με τη μάζα της ουσίας και την αλλαγή της θερμοκρασίας για να βρείτε τη θερμότητα που απορροφάται.
TL;DR (Πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα; Δεν έχω διαβάσει)
Υπολογίστε την απορρόφηση θερμότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Ε =mc ∆T
Ε σημαίνει τη θερμότητα που απορροφάται, m είναι η μάζα της ουσίας που απορροφά τη θερμότητα, c είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα και ΔT είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας.
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής και της θερμότητας
Ο πρώτος θερμοδυναμικός νόμος δηλώνει ότι η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια μιας ουσίας είναι το άθροισμα της θερμότητας που μεταφέρεται σε αυτήν και της εργασίας που γίνεται σε αυτήν (ή της θερμότητας που μεταφέρεται σε αυτήν μείον την εργασία που έγινε από το). «Εργασία» είναι απλώς μια λέξη που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για τη μεταφορά φυσικής ενέργειας. Για παράδειγμα, το να ανακατεύετε ένα φλιτζάνι καφέ λειτουργεί στο υγρό που βρίσκεται μέσα του και εργάζεστε σε ένα αντικείμενο όταν το σηκώνετε ή το πετάτε.
Η θερμότητα είναι μια άλλη μορφή μεταφοράς ενέργειας, αλλά είναι αυτή που λαμβάνει χώρα όταν δύο αντικείμενα βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες μεταξύ τους. Αν βάλετε κρύο νερό σε ένα τηγάνι, και ανάψετε την εστία, οι φλόγες ζεσταίνουν το τηγάνι και το ζεστό τηγάνι ζεσταίνει το νερό. Αυτό ανεβάζει τη θερμοκρασία του νερού και του δίνει ενέργεια. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπαγορεύει ότι η θερμότητα ρέει μόνο από τα θερμότερα αντικείμενα προς τα ψυχρότερα και όχι το αντίστροφο.
Επεξήγηση ειδικής θερμικής ικανότητας
Το κλειδί για την επίλυση του προβλήματος του υπολογισμού της απορρόφησης θερμότητας είναι η έννοια της ειδικής θερμοχωρητικότητας. Διαφορετικές ουσίες χρειάζονται διαφορετικές ποσότητες ενέργειας για να μεταφερθούν σε αυτές για να αυξήσουν τη θερμοκρασία και η ειδική θερμοχωρητικότητα της ουσίας σας λέει πόσο είναι. Αυτή είναι μια ποσότητα με το σύμβολο c και μετράται σε joules / kg βαθμού Κελσίου. Εν ολίγοις, η θερμοχωρητικότητα σας λέει πόση θερμική ενέργεια (σε joules) χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 kg ενός υλικού κατά 1 βαθμό C. Η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4.181 J / kg βαθμό C, και η συγκεκριμένη Η θερμοχωρητικότητα του μολύβδου είναι 128 J/kg βαθμού C. Αυτό σας λέει με μια ματιά ότι χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για να αυξηθεί η θερμοκρασία του μολύβδου από ό,τι το νερό.
Υπολογισμός 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:
Ε =mc ∆T
Εδώ, Q σημαίνει θερμότητα (αυτό που θέλετε να μάθετε), m σημαίνει μάζα, c σημαίνει την ειδική θερμοχωρητικότητα και ΔT είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας. Μπορείτε να βρείτε την αλλαγή της θερμοκρασίας αφαιρώντας την αρχική θερμοκρασία από την τελική θερμοκρασία.
Για παράδειγμα, φανταστείτε να αυξήσετε τη θερμοκρασία 2 kg νερού από 10 βαθμούς C σε 50 βαθμούς C. Η αλλαγή στη θερμοκρασία είναι ΔT =(50 – 10) βαθμοί C =40 βαθμοί C. Από την τελευταία ενότητα, η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού είναι 4.181 J / kg βαθμός C, οπότε η εξίσωση δίνει:
Ε =2 kg × 4181 J / kg βαθμός C × 40 μοίρες C
=334.480 J =334,5 kJ
Άρα χρειάζονται περίπου 334,5 χιλιάδες joules (kJ) θερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία 2 κιλών νερού κατά 40 βαθμούς Κελσίου.
Συμβουλές για εναλλακτικές μονάδες
Μερικές φορές δίνονται συγκεκριμένες θερμικές ικανότητες σε διαφορετικές μονάδες. Για παράδειγμα, μπορεί να αναφέρεται σε joules / gram βαθμούς C, θερμίδες / gram βαθμούς C ή joules / mol βαθμούς C. Μια θερμίδα είναι μια εναλλακτική μονάδα ενέργειας (1 θερμίδα =4,184 joules), τα γραμμάρια είναι 1/1000 του κιλού , και ένα mole (συντομευμένο σε mol) είναι μια μονάδα που χρησιμοποιείται στη χημεία. Εφόσον χρησιμοποιείτε συνεπείς μονάδες, ο παραπάνω τύπος θα ισχύει.
Για παράδειγμα, εάν η ειδική θερμότητα δίνεται σε joules / γραμμάριο βαθμό C, αναφέρετε τη μάζα της ουσίας σε γραμμάρια ή εναλλακτικά, μετατρέψτε την ειδική θερμοχωρητικότητα σε κιλά πολλαπλασιάζοντάς την επί 1.000. Εάν η θερμοχωρητικότητα δίνεται σε joules / mol βαθμού C, είναι πιο εύκολο να αναφέρετε τη μάζα της ουσίας σε mole. Εάν η θερμοχωρητικότητα δίνεται σε θερμίδες / kg βαθμού C, το αποτέλεσμά σας θα είναι σε θερμίδες θερμότητας αντί για τζάουλ, τις οποίες μπορείτε να μετατρέψετε στη συνέχεια εάν χρειάζεστε την απάντηση σε τζάουλ.
Αν συναντήσετε το Kelvin ως μονάδα θερμοκρασίας (σύμβολο K), για αλλαγές στη θερμοκρασία είναι ακριβώς το ίδιο με τον Κελσίου, επομένως δεν χρειάζεται να κάνετε τίποτα.
