Как да изчислим абсорбцията на топлина

В ежедневния език хората използват термините топлина и температура взаимозаменяемо. В областта на термодинамиката и физиката в по-широк смисъл обаче двата термина имат много различни значения. Ако се опитвате да изчислите колко топлина се абсорбира от нещо, когато повишите температурата му, трябва да разберете разликата между двете и как да изчислите едното от другото. Можете да направите това лесно: просто умножете топлинния капацитет на нагряваното вещество по масата на веществото и промяната в температурата, за да намерите абсорбираната топлина.

TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)

Изчислете абсорбцията на топлина, като използвате формулата:

Въпрос: = mc∆T

Въпрос: означава абсорбираната топлина, м е масата на веществото, поглъщащо топлината, ° С е специфичният топлинен капацитет и ∆Tе промяната в температурата.

Първият закон на термодинамиката гласи, че промяната във вътрешната енергия на дадено вещество е сумата от прехвърлената към него топлина и извършената работа върху него (или пренесената към него топлина

Топлината е друга форма на пренос на енергия, но тя се осъществява, когато два обекта са с различни температури помежду си. Ако поставите студена вода в тиган и включите печката, пламъците загряват тигана и горещият тиган загрява водата. Това повишава температурата на водата и й дава енергия. Вторият закон на термодинамиката повелява, че топлината преминава само от по-горещи предмети към по-студени, а не обратното.

Ключът към решаването на проблема с изчисляването на топлинната абсорбция е концепцията за специфичен топлинен капацитет. Различните вещества се нуждаят от различни количества енергия, за да се прехвърлят към тях, за да повишат температурата, а специфичният топлинен капацитет на веществото ви казва колко е това. Това е количество, дадено със символа ° С и се измерва в джаули / kg градуса по Целзий. Накратко, топлинният капацитет ви казва колко топлинна енергия (в джаули) е необходима за повишаване на температурата на 1 кг материал с 1 градус С. Специфичният топлинен капацитет на водата е 4181 J / kg градус C, а специфичният топлинен капацитет на оловото е 128 J / kg градус C. Това ви казва с един поглед, че отнема по-малко енергия за повишаване на температурата на оловото, отколкото на водата.

Можете да използвате информацията в последните два раздела заедно с една проста формула, за да изчислите абсорбцията на топлина в конкретна ситуация. Всичко, което трябва да знаете, е веществото, което се нагрява, промяната в температурата и масата на веществото. Уравнението е:

Въпрос: = mc∆T

Тук, Въпрос: означава топлина (това, което искате да знаете), м означава маса, ° С означава специфичния топлинен капацитет и ∆Tе промяната в температурата. Можете да намерите промяната в температурата, като извадите началната температура от крайната температура.

Като пример, представете си увеличаване на температурата на 2 кг вода от 10 градуса С на 50 градуса С. Промяната в температурата е ∆T= (50 - 10) градуса C = 40 градуса C. От последния раздел специфичният топлинен капацитет на водата е 4181 J / kg градуса C, така че уравнението дава:

Въпрос: = 2 kg × 4181 J / kg степен C × 40 градуса C

= 334 480 J = 334,5 kJ

Така че отнема около 334,5 хиляди джаула (kJ) топлина, за да се повиши температурата на 2 кг вода с 40 градуса С.

Понякога специфичните топлинни мощности се дават в различни единици. Например може да се цитира в джаули / грам градуса С, калории / грам градуса С или джаули / мол градуса С. Калорията е алтернативна единица енергия (1 калория = 4,184 джаула), грамовете са 1/1000 килограма, а мол (съкратен до мол) е единица, използвана в химията. Докато използвате последователни единици, формулата по-горе ще се запази.

Например, ако специфичната топлина е дадена в джаули / грам градуса С, посочете масата на веществото в грамове, или алтернативно, преобразувайте специфичния топлинен капацитет в килограми, като го умножите по 1,000. Ако топлинният капацитет е даден в джаули / мол градус С, най-лесно е да се цитира и масата на веществото в молове. Ако топлинният капацитет е даден в калории / кг градус С, резултатът ви ще бъде в калории топлина вместо джаули, които можете да конвертирате след това, ако имате нужда от отговора в джаули.

Ако срещнете Келвин като единица за температура (символ К), за промени в температурата това е точно същото като Целзий, така че всъщност не е нужно да правите нищо.