Cepene toplotne formule, kako jo izračunati in rešiti vaje

On Cedirana toplota Gre za prenos energije med dvema telesom pri različnih temperaturah. Tista, ki je višja temperatura, daje toploto tistemu, čigar temperatura je nižja. Ne glede na to, ali telo daje ali absorbira toploto, se lahko temperatura ali fizično stanje razlikuje glede na maso in značilnosti materiala, iz katerega je izdelano.

Dober primer je v skodelici kave. Žlico kovine, s katero se meša sladkor. Če je v skodelici dovolj časa, se konča kava in kovinska čajna žlička. Nekaj ​​toplote bo prešlo v okolje, saj sistem ni osamljen.

Kava in čajna žlička nekaj časa postaneta v toplotnem ravnovesju. Vir: Pixabay.

Ko se temperature ujemajo, toplotno ravnovesje.

Če bi bil isti test opravljen s plastično čajno žličko, bi zagotovo opazil, da se ne segreje tako hitro kot kovina, sčasoma pa bo tudi v ravnovesju s kavo in vsem, kar ga obdaja.

To je zato, ker kovina vodi toploto bolje kot plastika. Po drugi strani zagotovo kava daje toploto z drugačno hitrostjo kot vroča čokolada ali druga pijača. Nato je toplota, ki jo vsak predmet dodeli ali absorbira, odvisna od tega, kateri material ali snov se.

[TOC]

Kaj je in formule

Toplota se zaradi temperaturne razlike vedno nanaša na pretok ali tranzit energije med enim predmetom in drugim.

Zato se govori o vročini ali absorbirani toploti, saj je z dodajanjem ali črpanjem toplote ali energije na nek način mogoče spremeniti temperaturo elementa.

Običajno se imenuje količina toplote, ki jo prinaša najbolj vroč predmet. Ta vrednost je sorazmerna z maso omenjenega predmeta. Telo z veliko maso se lahko odreče več toplote kot še ena manjša masa.

Vam lahko služi: Millikan Experiment: postopek, razlaga, pomen

Temperaturna razlika ΔT

Drug pomemben dejavnik pri izračunu dodeljene toplote je temperaturna razlika, ki jo objekt, ki daje toplotno doživetje. Označeno je kot δT In tako je izračunano:

ΔT = t_F - T_tudi

Končno je količina dodeljene toplote odvisna tudi od narave in značilnosti predmeta, ki so kvantitativno povzete v konstanti, imenovani Specifična toplota, označeno kot c.

Torej je končno izraz za dodeljeno toploto:

Q_Sceding = - m.c.ΔT

Donos je simboliziran z negativnim znakom.

Specifična toplota in toplotna zmogljivost snovi

Specifična toplota je količina toplote, potrebne za dvig temperature 1 g snovi za 1 ° C. To je lastna lastnost materiala. Njegove enote v mednarodnem sistemu so: Joule/kg . K (Joule med kilogramom x temperature v stopinjah Kelvin).

Toplotna zmogljivost C je povezan, vendar nekoliko drugačen koncept, saj masa predmeta poseže. Toplotna zmogljivost je opredeljena na naslednji način:

C = MC

Njegove enote v S.Yo. So joule/k. Tako da je mogoče prenehano toploto izraziti tudi enakovredno kot:

Q = -C. ΔT

Kako ga izračunati?

Za izračun toplote, ki jo dodeli predmet, je treba vedeti naslednje:

- Specifična toplota snovi, ki daje toploto.

- Masa omenjene snovi

- Končna temperatura za pridobitev

Specifične vrednosti toplote za številne materiale so bile določene eksperimentalno in so na voljo v tabelah.

Kalorimetrija

Zdaj, če ta vrednost ni znana, jo je mogoče pridobiti s pomočjo termometra in vode v toplotno izolirani posodi: kalorimeter. Shema te naprave je prikazana na sliki, ki spremlja vajo 1.

Vzorec snovi je potopljen na določeno temperaturo v količini vode, ki je prej izmerjena. Končna temperatura se meri in z dobljenimi vrednostmi se določi specifična toplota materiala.

Vam lahko služi: Naključna napaka: formula in enačbe, izračun, primeri, vaje

Če primerjamo rezultat s tabeliranimi vrednostmi, je mogoče vedeti, kakšna je snov. Ta postopek se imenuje kalorimetrija.

Toplotna bilanca se izvaja z ohranjanjem energije:

Q _Sceding + Q _{absorbirano = 0}

Rešene vaje

Vaja 1

0 kos 0.35 kg pri temperaturi 150 ° C v 500 ml vode pri temperaturi 25 ° C. Najti:

a) Končna ravnotežna temperatura

b) Koliko toplote teče v tem procesu?

Podatki

c_baker = 385 j/kg . ºC

c_{voda =} 4180 J/kg . ºC

Gostota vode: 1000 kg/m³

Osnovna shema kalorimetra: posoda z izolirano vodo in termometer za merjenje temperaturnih sprememb. LFIENTE: DR. Tilahun tesfaye [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Rešitev

a) baker daje toploto, medtem ko ga voda absorbira. Ker se sistem šteje za zaprt, samo voda in vzorec posredujeta v toplotni bilanci:

Q _Sceding = Q _absorbira

Po drugi strani je treba izračunati maso 500 ml vode:

500 ml = 0.5 l = 0.0005 m³

S temi podatki se izračuna masa vode:

masa = gostota x prostornina = 1000 kg/m³ . 0.0005 m³ = 0.5 kg

Toplotna enačba je dvignjena v vsaki snovi:

Q_Sceding = -M_baker . c_baker. ΔT = -0.35 kg . 385 j/kg .ºC . (T_F -150 ° C) = -134.75 (t_F - 150) J

Q_absorbira = m_voda . c_voda. ΔT = 0.5 kg . 4186 J/kg . ºC .(T_F -25 ° C) = 2093 (t_F -25) J        

Izenačevanje rezultatov, ki jih imate:

2093 (t_F - 25) = -134.75 (t_F - 150)

Gre za linearno enačbo z neznanim, katere rešitev je:

T_F = 32.56 ° C

b) Količina toplote, ki teče, je dodeljena toplota ali absorbirana toplota:

Q _Sceding = - 134.75 (32.56 - 150) J = 15823 J

Q _absorbira = 2093 (32.56 - 25) J = 15823 J

Vaja 2

100 g bakrenega kosa se segreje v pečici do T temperature_tudi In potem se vnese v bakreni kalorimeter 15 g, ki vsebuje 200 g vode pri 16 ° C. Končna temperatura enkrat v ravnotežju je 38 ° C. Ko se kalorimeter in njena vsebina tehta, ugotovimo, da 1 izhlapeva.2 g vode, kar je bila začetna temperatura t_tudi?

Vam lahko služi: luknja za črv: zgodovina, teorija, vrste, tvorba

Podatki: Latentna toplota vodne izhlapevanja je l_v = 2257 kJ/kg

Rešitev

Ta vaja se razlikuje od prejšnje, saj je treba upoštevati, da kalorimeter tudi absorbira toploto. Toplota, ki jo dodeli bakreni kos, je vložena v vse naslednje:

- Vodo segrejte iz kalorimetra (200 g)

- Segrejte baker, iz katerega je narejen kalorimeter (150 g)

- Izhlapevanje 1.2 grama vode (za fazno spremembo potrebujete tudi energijo).

Q_Sceding = -100 x 1 x 10 ^-3 kg. 385 j/kg . ºC. (38 - t_tudi ) ºC = -38.5. (38 - t_tudi) J

Q _{ga absorbira kalorimeter} = Q _{absorbira voda} + Q _uparjanje + Q _{absorbira baker}

0.2 kg .4186 J/kg ºC .(38 - 16 ° C) + 1.2 x 10^-3 kg. 2257000 J/kg +0.150 kg .385 j/kg .ºC.(38 - 16 ° C) =

18418.4 +2708.4 + 1270.5 j = 22397.3 j

Zato:

-38.5. (38 - t_tudi) = 22397.3

T_tudi = 619.7 ° C

Tudi toplota, potrebna za prevoz 1.2 g vode do 100 ° C, vendar je v primerjavi s precej majhno količino.

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. Ed. Zvezek 1. 556 - 553.
5. Serway, r., Vulle, c. 2011. Osnove fizike. 9^na Cengage učenje.