Toplotno absorbirane formule, kako jo izračunati in rešiti vaje

On absorbirana toplota Opredeljen je kot prenos energije med dvema telesom pri različnih temperaturah. Tista z nižjo temperaturo absorbira toploto kot pri višji temperaturi. Ko se to zgodi, se toplotna energija snovi, ki absorbira toploto, povečuje, in delci, ki jo sestavljajo.

To se lahko prevede v zvišanje temperature ali spremembo stanja. Na primer, premaknite se iz trdne do tekočine, na primer led, ko se pri sobni temperaturi stopi v stiku z vodo ali sodo.

Kovinska čajna žlička absorbira toplo toploto kave. Vir: Pixabay.

Zahvaljujoč vročini je mogoče tudi, da predmeti spremenijo svoje dimenzije. Toplotna dilatacija je dober primer tega pojava. Ko se večina snovi segreje, običajno doživijo povečanje svojih dimenzij.

Izjema od tega je voda. Enaka količina tekoče vode poveča količino, ko se ohladi pod 4 ° C. Poleg tega lahko temperaturne spremembe doživijo tudi spremembe na ravni njihove gostote, kar je tudi v primeru vode zelo opaziti.

[TOC]

Kaj je in formule

V primeru energije v tranzitu so enote absorbirane toplote Joules. Vendar pa je imela toplota svoje enote: kalorija.

Še danes se ta enota uporablja za količinsko opredelitev vsebnosti energije v hrani, čeprav v resnici kalorija hrane ustreza kilokaloni toplote.

Kalorije

Kalorija, skrajšana kot apno, To je količina toplote, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama vode za 1 ° C.

V devetnajstem stoletju je sir James Prescott Joule (1818 - 1889) izvedel znan eksperiment, v katerem mu je uspelo spremeniti mehansko delo v toploto in pridobil naslednjo enakovrednost:

1 kalorija = 4.186 Joules

V britanskih enotah se toplotna enota imenuje BTU (Britanska toplotna enota), ki je opredeljena kot količina toplote, potrebne za dvig temperature kilograma vode v 1 ° F.

Lahko vam služi: kalibracijska krivulja: za kaj je, kako to storiti, primeri

Enakovrednost med enotami je naslednja:

1 btu = 252 kalorij

Težava teh starih enot je, da je količina toplote odvisna od temperature. To pomeni, da ni isto, ki je potrebna za prehod od 70 ° C do 75 ° C od tistega, ki je potrebna za ogrevanje vode od 9 ° C do 10 ° C, na primer.

Zato definicija predvideva dobro določene intervale: 14.5 do 15.5 ° C in 63 do 64 ° F za kalorijo oziroma BTU.

Kaj je odvisno od količine absorbirane toplote?

Količina absorbirane toplote, ki zbira material, je odvisna od več dejavnikov:

- Masa. Višja kot je masa, več toplote se lahko absorbira.

- Značilnosti snovi. Obstajajo snovi, ki so odvisno od njihove molekularne ali atomske strukture, ki lahko absorbirajo več toplote kot druge.

- Temperatura. Za dosego večje temperature je treba dodati več toplote.

Količina toplote, označena kot Q, Sorazmerna je z opisanimi dejavniki. Zato lahko pišete kot:

Q = m.c.ΔT

Kje m To je masa predmeta, c je konstanta klica Specifična toplota, lastna lastnost snovi in ​​δT To je temperaturna nihanje, doseženo z absorpcijo toplote.

ΔT = t_F - T_tudi

Ta razlika ima pozitiven znak, saj je pričakovati absorpcijo toplote T_F > T_tudi. To se zgodi, če snov ne doživi fazne spremembe, na primer voda, ko parna tekočina prehaja. Ko voda zavre, njegova temperatura ostane konstantna pri približno 100 ° C, ne glede na to, kako hitro zavre.

Kako ga izračunati?

Če se obrneta na dva predmeta pri drugi temperaturi, čez nekaj časa dosežeta toplotno ravnovesje. Torej se temperature izenačijo in preneha prenos toplote. Enako se zgodi, če sta v stiku več kot dva predmeta. Po določenem času bodo vsi pri isti temperaturi.

Lahko vam služi: magnetizacija: orbitalni in vrteni magnetni trenutek, primeri

Ob predpostavki, da predmeti v stiku tvorijo zaprt sistem, iz katerega toplota ne more ubežati, se uporablja načelo ohranjanja energije, zato je mogoče potrditi:

Q _absorbira = - q _Sceding

To predstavlja energijsko ravnovesje, podobno kot vhodi in stroške osebe. Zato ima prenehana toplota negativen znak, saj je za predmet, ki daje, končna temperatura nižja od začetka. Zato:

ΔT = t_F - T_tudi < 0

Enačba q _absorbira = - q _Sceding Uporablja se vsakič, ko sta dva predmeta v stiku.

Energijsko ravnovesje

Za izvedbo energetske ravnovesja je treba razlikovati predmete, ki absorbirajo toploto od tistih, ki pridelujejo, nato pa:

Σ q_k= 0

To pomeni, da mora biti vsota povečanja energije in izgube v zaprtem sistemu enaka 0.

Specifična toplota snovi

Če želite izračunati količino absorbirane toplote, morate vedeti posebno toploto vsake sodelujoče snovi. To je količina toplote, potrebne za dvig temperature 1 g materiala za 1 ° C. Njegove enote v mednarodnem sistemu so: Joule/kg . K.

Obstajajo tabele s specifično toploto številnih snovi, na splošno izračunane z uporabo kalorimetra ali podobnih orodij.

Primer, kako izračunati določeno toploto materiala

Za dvig temperature kovinskega obroča od 20 do 30 ° C je potrebnih 250 kalorij. Če ima prstan maso 90 g. Kakšna je specifična toplotna toplota v enotah SI?

Rešitev

Enote so najprej pretvorjene:

Q = 250 kalorij = 1046.5 J

M = 90 g = 90 x 10^-3 kg

Vam lahko služi: elastični pretresi: v dimenziji, posebni primeri, vaje

Vaja rešena

Aluminijasta skodelica vsebuje 225 g vode in 40 g bakrenega mešalnika, vse pri 27 ° C. V vodi je vzorec 400 g srebra pri začetni temperaturi 87 ° C.

Agitator se uporablja za mešanico, dokler ne doseže končne ravnotežne temperature 32 ° C. Izračunajte maso aluminijaste skodelice, če upoštevamo, da proti okolju ni toplotnih izgub.

Shema kalorimetra. Vir: SolidSwiki.

Pristop

Kot je navedeno zgoraj, je pomembno razlikovati predmete, ki dajejo toploto od tistih, ki absorbirajo:

- Aluminijasta skodelica, baker in vodni agitator absorbira toploto.

- Srebrni vzorec daje toploto.

Podatki

Dobavljene so posebne toplote vsake snovi:

- Srebro: c = 234 j/kg. ºC

- Baker: C = 387 j/kg. ºC

- Aluminij C = 900 J/kg. ºC

- Voda c = 4186 j/kg. ºC

Toplota, ki jo vsaka snov absorbira ali dodeli, se izračuna z enačbo:

Q = m.c.λT

Rešitev

Srebro

Q _Sceding = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32 - 87) j = -5148 J

Bakreni agitator

Q _absorbira = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) j = 77.4 J

Voda

Q _absorbira = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 - 27) j = 4709.25. J

Aluminijasta skodelica

Q _absorbira = m _Aluminij . 900 x (32 - 27) j = 4500 .m _Aluminij

Uporaba:

Σ q_k= 0

77.4 + 4709.25 + 4500 .m _Aluminij = - (-5148)

Končno se očisti aluminijasta masa:

m _Aluminij = 0.0803 kg = 80.3 g

Reference

1. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6^th. Ed. Dvorana Prentice. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, l. 2007. Fizika: pogled na svet. 6^ta Skrajšana izdaja. Cengage učenje. 156 - 164.
3. Rex, a. 2011. Osnove fizike. Pearson. 309 - 332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14^th. Zvezek1. 556 - 553.
5. Serway, r., Vulle, c. 2011. Osnove fizike. 9^na Cengage učenje. 362 - 374