Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Ensimmäinen termodynamiikan ja lämmön laki
- Erityinen lämpökapasiteetti selitetty
- Lämmön imeytymisen laskeminen
- Vinkkejä vaihtoehtoisiin yksiköihin
Arjen kielessä ihmiset käyttävät termejä lämpö ja lämpötila vuorottelevasti. Termodynamiikan ja fysiikan alalla laajemmin, näillä kahdella termillä on kuitenkin hyvin erilainen merkitys. Jos yrität laskea, kuinka paljon lämpöä jokin absorboi, kun nostat sen lämpötilaa, sinun on ymmärrettävä ero näiden kahden välillä ja kuinka laskea toisistaan. Voit tehdä tämän helposti: kerrota vain lämmitettävän aineen lämpökapasiteetti aineen massalla ja lämpötilan muutoksella absorboituneen lämmön löytämiseksi.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Laske lämmön imeytyminen kaavalla:
Q = mc∆T
Q tarkoittaa absorboitunutta lämpöä, m on lämpöä absorboivan aineen massa, C on ominainen lämpökapasiteetti ja ∆T on lämpötilan muutos.
Ensimmäinen termodynamiikan ja lämmön laki
Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan aineen sisäisen energian muutos on siihen siirretyn lämmön ja siihen tehdyn työn (tai siihen siirretyn lämmön summa) miinus tehty työ mennessä se). ”Työ” on vain sana, jota fyysikot käyttävät fyysiseen energiansiirtoon. Esimerkiksi kupillisen kahvia sekoittaminen toimii sen sisällä olevassa nesteessä, ja työskentelet esineellä, kun otat sen tai heität sen.
Lämpö on toinen energiansiirtomuoto, mutta se tapahtuu, kun kaksi esinettä ovat eri lämpötiloissa toisiinsa. Jos laitat kylmää vettä astiaan ja kytket liesi päälle, liekit kuumentavat pannun ja kuuma astia lämmittää vettä. Tämä nostaa veden lämpötilaa ja antaa sille energiaa. Termodynamiikan toinen laki sanelee, että lämpö virtaa vain kuumemmista esineistä kylmempiin, ei päinvastoin.
Erityinen lämpökapasiteetti selitetty
Avain ratkaisemaan lämmön imeytymisen laskentaongelma on ominaisen lämpökapasiteetin käsite. Eri aineet tarvitsevat erilaisia energiamääriä siirtääkseen niitä lämpötilan nostamiseksi, ja aineen ominaislämpökapasiteetti kertoo kuinka paljon se on. Tämä on määrä, joka on merkitty symbolilla C ja mitattiin jouleina / kg Celsius-astetta. Lyhyesti sanottuna lämpökapasiteetti kertoo kuinka paljon lämpöenergiaa (jouleina) tarvitaan materiaalin 1 kg: n lämpötilan nostamiseksi 1 asteella C. Veden ominaislämpökapasiteetti on 4 181 J / kg astetta C ja erityinen lyijyn lämpökapasiteetti on 128 J / kg astetta. Tämä kertoo sinulle yhdellä silmäyksellä, että lyijyn lämpötilan nostamiseen kuluu vähemmän energiaa kuin veteen.
Lämmön imeytymisen laskeminen
Voit käyttää kahden viimeisen osan tietoja yhdessä yhden yksinkertaisen kaavan avulla laskeaksesi lämmön imeytymisen tietyssä tilanteessa. Ainoa mitä sinun täytyy tietää, on lämmitettävä aine, lämpötilan muutos ja aineen massa. Yhtälö on:
Q = mc∆T
Tässä, Q tarkoittaa lämpöä (mitä haluat tietää), m tarkoittaa massaa, C tarkoittaa ominaista lämpökapasiteettia ja ∆T on lämpötilan muutos. Löydät lämpötilan muutoksen vähentämällä aloituslämpötilan lopullisesta lämpötilasta.
Kuvittele esimerkiksi 2 kg veden lämpötilan nostamista 10 asteesta 50 asteeseen C. Lämpötilan muutos on ∆T = (50 - 10) astetta C = 40 astetta. Viimeisestä osasta veden ominaislämpökapasiteetti on 4 181 J / kg astetta C, joten yhtälö antaa:
Q = 2 kg × 4181 J / kg astetta C x 40 astetta
= 334 480 J = 334,5 kJ
Joten kestää noin 334,5 tuhat joulia (kJ) lämpöä nostaaksesi 2 kg veden lämpötilan 40 asteella.
Vinkkejä vaihtoehtoisiin yksiköihin
Joskus erityiset lämpökapasiteetit annetaan eri yksiköissä. Se voidaan esimerkiksi laatia jouleina / gramma astetta C, kaloreita / gramma astetta C tai jouleina / moolia astetta C. Kalori on vaihtoehtoinen energiayksikkö (1 kalori = 4,144 joulea), grammat ovat 1/1000 kilolta. , ja mooli (lyhennetty mooliksi) on kemiassa käytetty yksikkö. Niin kauan kuin käytät johdonmukaisia yksiköitä, yllä oleva kaava pysyy voimassa.
Esimerkiksi, jos ominaislämpö ilmoitetaan jouleina / gramma C, ilmoita myös aineen massa grammoina tai vaihtoehtoisesti muunna ominaislämpökapasiteetti kilogrammoihin kertomalla se 1 000: lla. Jos lämpökapasiteetti ilmoitetaan jouleina / mol-aste C, on helpointa ilmoittaa myös aineen massa moolina. Jos lämpökapasiteetti ilmoitetaan kaloreina / kg C-astetta, tuloksesi on lämpökalorina kuin džoulina, jonka voit muuntaa myöhemmin, jos tarvitset vastausta džauleina.
Jos kohtaat Kelviniä lämpötilayksikkönä (symboli K), lämpötilan muutoksissa tämä on täsmälleen sama kuin Celsius, joten sinun ei oikeastaan tarvitse tehdä mitään.