كيفية حساب امتصاص الحرارة

في اللغة اليومية ، يستخدم الناس مصطلحي الحرارة ودرجة الحرارة بالتبادل. في مجال الديناميكا الحرارية والفيزياء على نطاق أوسع ، على الرغم من أن المصطلحين لهما معاني مختلفة للغاية. إذا كنت تحاول حساب مقدار الحرارة التي يمتصها شيء ما عند رفع درجة حرارته ، فأنت بحاجة إلى فهم الفرق بين الاثنين وكيفية حساب أحدهما من الآخر. يمكنك القيام بذلك بسهولة: فقط اضرب السعة الحرارية للمادة التي تقوم بتسخينها في كتلة المادة والتغير في درجة الحرارة للعثور على الحرارة الممتصة.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

احسب امتصاص الحرارة باستخدام الصيغة:

س = مولودية∆تي

س تعني الحرارة الممتصة ، م هي كتلة المادة الممتصة للحرارة ، ج هي السعة الحرارية النوعية و ∆تيهو التغير في درجة الحرارة.

ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن التغير في الطاقة الداخلية لمادة ما هو مجموع الحرارة المنقولة إليها والعمل المنجز عليها (أو الحرارة المنقولة إليها) ناقص العمل انتهى بواسطة هو - هي). "العمل" هو مجرد كلمة يستخدمها علماء الفيزياء لنقل الطاقة الفيزيائية. على سبيل المثال ، يعمل تقليب فنجان من القهوة في السائل الموجود بداخله ، وأنت تعمل على شيء ما عند حمله أو رميه.

الحرارة هي شكل آخر من أشكال نقل الطاقة ، ولكنها تحدث عندما يكون جسمان في درجات حرارة مختلفة عن بعضهما البعض. إذا وضعت الماء البارد في إناء ، وقمت بتشغيل الموقد ، فإن اللهب يسخن المقلاة ويسخن المقلاة الساخنة الماء. هذا يرفع درجة حرارة الماء ويمنحه الطاقة. ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الحرارة تتدفق فقط من الأجسام الأكثر سخونة إلى الأجسام الباردة ، وليس العكس.

مفتاح حل مشكلة حساب امتصاص الحرارة هو مفهوم السعة الحرارية المحددة. تحتاج المواد المختلفة إلى كميات مختلفة من الطاقة ليتم نقلها إليها لرفع درجة الحرارة ، وتخبرك السعة الحرارية النوعية للمادة بمقدار ذلك. هذه كمية معطى الرمز ج ويقاس بالجول / كجم درجة مئوية. باختصار ، تخبرك السعة الحرارية بكمية الطاقة الحرارية (بالجول) اللازمة لرفع درجة حرارة 1 كجم من مادة بمقدار 1 درجة مئوية. السعة الحرارية النوعية للماء هي 4،181 J / kg درجة مئوية ، والسعة الحرارية النوعية للرصاص هي 128 J / kg درجة مئوية. يخبرك هذا في لمحة أنه يتطلب طاقة أقل لزيادة درجة حرارة الرصاص مما يتطلبه الماء.

يمكنك استخدام المعلومات الواردة في القسمين الأخيرين جنبًا إلى جنب مع صيغة واحدة بسيطة لحساب امتصاص الحرارة في حالة معينة. كل ما تحتاج إلى معرفته هو المادة التي يتم تسخينها ، والتغير في درجة الحرارة وكتلة المادة. المعادلة هي:

س = مولودية∆تي

هنا، س تعني الحرارة (ما تريد أن تعرفه) ، م يعني الكتلة ، ج تعني السعة الحرارية النوعية و ∆تيهو التغير في درجة الحرارة. يمكنك إيجاد التغير في درجة الحرارة بطرح درجة حرارة البداية من درجة الحرارة النهائية.

كمثال ، تخيل زيادة درجة حرارة 2 كجم من الماء من 10 درجات مئوية إلى 50 درجة مئوية. التغير في درجة الحرارة هو ∆تي= (50-10) درجات مئوية = 40 درجة مئوية. من القسم الأخير ، السعة الحرارية النوعية للماء هي 4،181 J / kg درجة مئوية ، لذلك تعطي المعادلة:

س = 2 كجم × 4181 ج / كجم درجة ج × 40 درجة مئوية

= 334،480 J = 334.5 كيلو جول

لذلك يتطلب الأمر حوالي 334.5 ألف جول من الحرارة لرفع درجة حرارة 2 كجم من الماء بمقدار 40 درجة مئوية.

في بعض الأحيان يتم إعطاء السعات الحرارية المحددة في وحدات مختلفة. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون مقتبسة بالجول / غرام درجة مئوية ، أو سعرات حرارية / غرام درجة مئوية أو جول / مول درجة مئوية. السعرات الحرارية هي وحدة بديلة للطاقة (1 سعر حراري = 4.184 جول) ، والجرام 1/1000 من الكيلوغرام ، والمول (اختصار إلى مول) هو وحدة مستخدمة في الكيمياء. طالما أنك تستخدم وحدات متسقة ، فإن الصيغة أعلاه ستظل ثابتة.

على سبيل المثال ، إذا تم إعطاء الحرارة النوعية بالجول / الجرام من الدرجة C ، فاقتبس كتلة المادة في جرام أيضًا ، أو بدلاً من ذلك ، قم بتحويل السعة الحرارية المحددة إلى كيلوجرامات عن طريق ضربها في 1,000. إذا تم إعطاء السعة الحرارية بالجول / المولي درجة مئوية ، فمن الأسهل اقتباس كتلة المادة في الشامات أيضًا. إذا تم إعطاء السعة الحرارية بالسعرات الحرارية / كجم درجة مئوية ، فستكون نتيجتك بالسعرات الحرارية بدلاً من الجول ، والتي يمكنك تحويلها بعد ذلك إذا كنت بحاجة إلى الإجابة بالجول.

إذا صادفت كلفن كوحدة لدرجة الحرارة (الرمز K) ، بالنسبة للتغيرات في درجة الحرارة ، فهذه هي بالضبط الدرجة المئوية نفسها ، لذلك لا تحتاج فعلاً إلى فعل أي شيء.