Jak vypočítat absorpci tepla

V běžném jazyce lidé používají pojmy teplo a teplota zaměnitelně. V širší oblasti termodynamiky a fyziky však oba termíny mají velmi odlišné významy. Pokud se pokoušíte vypočítat, kolik tepla něco absorbuje, když zvýšíte jeho teplotu, musíte pochopit rozdíl mezi těmito dvěma a jak vypočítat jedno z druhého. Můžete to udělat snadno: jednoduše vynásobte tepelnou kapacitu látky, kterou ohříváte, hmotou látky a změnou teploty, abyste našli absorbované teplo.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Vypočítejte absorpci tepla pomocí vzorce:

Q = mc∆T

Q znamená absorbované teplo, m je hmotnost látky absorbující teplo, C je měrná tepelná kapacita a ∆Tje změna teploty.

První zákon termodynamiky říká, že změna vnitřní energie látky je součtem tepla na ni přeneseného a práce na něm vykonané (nebo tepla na něj přeneseného) mínus odvedená práce podle to). „Práce“ je jen slovo, které fyzici používají pro přenos fyzické energie. Například míchání šálku kávy funguje v kapalině uvnitř a vy pracujete na předmětu, když jej zvednete nebo hodíte.

Teplo je další forma přenosu energie, ale dochází k ní, když dva objekty mají navzájem různé teploty. Pokud dáte do pánve studenou vodu a zapnete sporák, plameny ohřejí pánev a horká pánev ohřeje vodu. To zvyšuje teplotu vody a dodává jí energii. Druhý zákon termodynamiky určuje, že teplo proudí pouze z teplejších předmětů do chladnějších, nikoli naopak.

Klíčem k řešení problému výpočtu absorpce tepla je koncept měrné tepelné kapacity. Různé látky potřebují, aby se na ně přeneslo různé množství energie, aby se zvýšila teplota, a specifická tepelná kapacita látky vám řekne, kolik to je. Toto je množství dané symbolem C a měřeno v joulech / kg stupně Celsia. Stručně řečeno, tepelná kapacita vám říká, kolik tepelné energie (v joulech) je potřeba ke zvýšení teploty 1 kg materiálu o 1 stupeň C. Specifická tepelná kapacita vody je 4 181 J / kg stupně C a měrná tepelná kapacita olova je 128 J / kg stupně C. To vám na první pohled řekne, že ke zvýšení teploty olova je zapotřebí méně energie, než tomu je u vody.

Informace v posledních dvou částech spolu s jedním jednoduchým vzorcem můžete použít k výpočtu absorpce tepla v konkrétní situaci. Vše, co potřebujete vědět, je látka, která se zahřívá, změna teploty a hmotnosti látky. Rovnice je:

Q = mc∆T

Tady, Q znamená teplo (co chcete vědět), m znamená hmotnost, C znamená měrnou tepelnou kapacitu a ∆Tje změna teploty. Změnu teploty zjistíte odečtením počáteční teploty od konečné teploty.

Jako příklad si představte zvýšení teploty 2 kg vody z 10 stupňů C na 50 stupňů C. Změna teploty je ∆T= (50 - 10) stupňů C = 40 stupňů C. Z poslední části je měrná tepelná kapacita vody 4 181 J / kg stupně C, takže rovnice udává:

Q = 2 kg × 4181 J / kg stupně C × 40 stupňů C.

= 334 480 J = 334,5 kJ

Ke zvýšení teploty 2 kg vody o 40 stupňů C je tedy zapotřebí asi 334,5 tisíc joulů (kJ) tepla.

Někdy jsou specifické tepelné kapacity uvedeny v různých jednotkách. Například to může být uvedeno v joulech / gram stupňů C, kalorií / gram stupňů C nebo v joulech / mol stupňů C. Kalorie je alternativní jednotka energie (1 kalorie = 4,184 joulů), gramy jsou 1/1000 kilogramu a mol (zkrácen na mol) je jednotka používaná v chemii. Dokud použijete konzistentní jednotky, výše uvedený vzorec bude platit.

Pokud je například specifické teplo udáváno v joulech / gram stupně C, uveďte hmotnost látky v gramy také, nebo alternativně převést specifickou tepelnou kapacitu na kilogramy vynásobením 1,000. Pokud je tepelná kapacita uvedena v joulech / mol stupně C, je nejjednodušší uvést také hmotnost látky v molech. Pokud je tepelná kapacita udávána v kaloriích / kg stupně C, bude váš výsledek v kaloriích tepla místo v joulech, které můžete později převést, pokud potřebujete odpověď v joulech.

Pokud se setkáte s Kelvinem jako jednotkou teploty (symbol K), je to při změnách teploty přesně stejné jako ve stupních Celsia, takže ve skutečnosti nemusíte nic dělat.