Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Перший закон термодинаміки та тепла
- Роз'яснена конкретна теплоємність
- Розрахунок поглинання тепла
- Поради щодо альтернативних одиниць
Повсякденною мовою люди вживають взаємозамінно терміни тепло і температура. Однак у галузі термодинаміки та фізики ширше, але два терміни мають дуже різні значення. Якщо ви намагаєтеся обчислити, скільки тепла поглинає щось, коли ви підвищуєте його температуру, вам потрібно зрозуміти різницю між ними та як обчислити одне від іншого. Це можна зробити легко: просто помножте теплоємність речовини, яку ви нагріваєте, на масу речовини та зміну температури, щоб знайти тепло, що поглинається.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Обчисліть поглинання тепла за формулою:
Q = мс∆Т
Q означає тепло, що поглинається, м - маса речовини, що поглинає тепло, c - питома теплоємність і ∆Т - це зміна температури.
Перший закон термодинаміки та тепла
Перший закон термодинаміки стверджує, що зміна внутрішньої енергії речовини - це сума теплоти, що передається їй, і роботи, виконаної на ній (або теплоти, що передається їй мінус виконана робота від це). «Робота» - це лише слово, яке фізики використовують для передачі фізичної енергії. Наприклад, перемішування чашки кави спрацьовує в рідині всередині неї, а ви працюєте над предметом, коли дістаєте її чи кидаєте.
Тепло - це ще одна форма передачі енергії, але така, яка відбувається, коли два об'єкти знаходяться при різній температурі один до одного. Якщо покласти холодну воду в сковороду і ввімкнути плиту, полум'я нагріває сковороду, і гаряча сковорода нагріває воду. Це підвищує температуру води і дає їй енергію. Другий закон термодинаміки диктує, що тепло тече лише від гарячих об'єктів до більш холодних, а не навпаки.
Роз'яснена конкретна теплоємність
Ключовим для вирішення проблеми розрахунку поглинання тепла є концепція питомої теплоємності. Різні речовини потребують різної кількості енергії, щоб передати їм, щоб підвищити температуру, а питома теплоємність речовини говорить вам, скільки це. Це кількість, задана символом c і вимірюється в джоулях / кг градуса Цельсія. Коротше кажучи, теплоємність говорить вам, скільки теплової енергії (в джоулях) потрібно для підвищення температури 1 кг матеріалу на 1 градус С. Питома теплоємність води становить 4,11 Дж / кг градуса С, а питома теплоємність свинцю - 128 Дж / кг градуса С. Це з першого погляду говорить про те, що для підвищення температури свинцю потрібно менше енергії, ніж у води.
Розрахунок поглинання тепла
Ви можете використовувати інформацію в останніх двох розділах разом з однією простою формулою для обчислення поглинання тепла в конкретній ситуації. Все, що вам потрібно знати, - це нагріта речовина, зміна температури та маси речовини. Рівняння:
Q = мс∆Т
Ось Q означає тепло (що ви хочете знати), м означає масу, c означає питому теплоємність і ∆Т - це зміна температури. Ви можете знайти зміну температури, віднявши початкову температуру від кінцевої температури.
Як приклад, уявіть підвищення температури на 2 кг води з 10 градусів до 50 градусів. Зміна температури ∆Т = (50 - 10) градусів С = 40 градусів С. З останнього розділу питома теплоємність води становить 4181 Дж / кг градуса С, тому рівняння дає:
Q = 2 кг × 4181 Дж / кг градуса С × 40 градусів С
= 334,480 Дж = 334,5 кДж
Тому для підняття температури на 2 кг води на 40 градусів С потрібно близько 334,5 тис. Джоулів (кДж) тепла.
Поради щодо альтернативних одиниць
Іноді конкретні теплоємності задаються в різних одиницях. Наприклад, це може бути вказано в джоулях / грам градусів С, калорій / грам градусів С або джоулей / моль градусів С. Калорійність - це альтернативна одиниця енергії (1 калорія = 4,184 джоуля), грами - 1/1000 кілограма , а моль (скорочений до моль) - це одиниця, що використовується в хімії. Поки ви використовуєте послідовні одиниці, наведена вище формула буде дотримуватися.
Наприклад, якщо питома теплоємність відводиться в джоулях / грам градуса С, також цитуйте масу речовини в грамах, або, альтернативно, перетворіть питому теплоємність у кілограми, помноживши її на 1000. Якщо теплоємність задана в джоулях / моль градуса С, найпростіше цитувати масу речовини в кротах. Якщо теплоємність задана в калоріях / кг градуса С, ваш результат буде калоріями тепла замість джоулів, які ви зможете перетворити згодом, якщо вам потрібна відповідь в джоулях.
Якщо ви зіткнулися з Кельвіном як одиницею температури (символ K), для зміни температури вона точно така ж, як і за Цельсієм, тому вам не потрібно нічого робити.