So berechnen Sie die Wärmeaufnahme

In der Alltagssprache werden die Begriffe Wärme und Temperatur synonym verwendet. Auf dem Gebiet der Thermodynamik und Physik im weiteren Sinne haben die beiden Begriffe jedoch sehr unterschiedliche Bedeutungen. Wenn Sie berechnen möchten, wie viel Wärme von etwas aufgenommen wird, wenn Sie seine Temperatur erhöhen, müssen Sie den Unterschied zwischen den beiden verstehen und die eine voneinander berechnen. Das geht ganz einfach: Multiplizieren Sie einfach die Wärmekapazität des zu erhitzenden Stoffes mit der Masse des Stoffes und der Temperaturänderung, um die aufgenommene Wärme zu ermitteln.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Berechnen Sie die Wärmeaufnahme mit der Formel:

Q = mc∆T

Q bedeutet die aufgenommene Wärme, ich ist die Masse des wärmeaufnehmenden Stoffes, c ist die spezifische Wärmekapazität und ∆Tist die Temperaturänderung.

Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Änderung der inneren Energie eines Stoffes die Summe der auf ihn übertragenen Wärme und der darauf verrichteten Arbeit (oder der auf ihn übertragenen Wärme) ist

Wärme ist eine andere Form der Energieübertragung, aber sie findet statt, wenn zwei Objekte unterschiedliche Temperaturen haben. Wenn Sie kaltes Wasser in eine Pfanne geben und den Herd einschalten, erhitzen die Flammen die Pfanne und die heiße Pfanne erhitzt das Wasser. Dies erhöht die Temperatur des Wassers und gibt ihm Energie. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass Wärme nur von heißeren zu kälteren Objekten fließt, nicht umgekehrt.

Der Schlüssel zur Lösung des Problems der Berechnung der Wärmeaufnahme ist das Konzept der spezifischen Wärmekapazität. Verschiedene Stoffe benötigen unterschiedliche Energiemengen, um auf sie übertragen zu werden, um die Temperatur zu erhöhen, und die spezifische Wärmekapazität des Stoffes sagt Ihnen, wie viel das ist. Dies ist eine Menge mit dem Symbol c und gemessen in Joule/kg Grad Celsius. Kurz gesagt, die Wärmekapazität gibt an, wie viel Wärmeenergie (in Joule) benötigt wird, um die Temperatur von 1 kg eines Materials um 1 Grad C zu erhöhen. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4.181 J/kg Grad C und die spezifische Wärmekapazität von Blei beträgt 128 J/kg Grad C. Dies sagt Ihnen auf einen Blick, dass es weniger Energie kostet, die Temperatur von Blei zu erhöhen als Wasser.

Sie können die Informationen in den letzten beiden Abschnitten zusammen mit einer einfachen Formel verwenden, um die Wärmeaufnahme in einer bestimmten Situation zu berechnen. Alles, was Sie wissen müssen, ist der zu erhitzende Stoff, die Temperaturänderung und die Masse des Stoffes. Die Gleichung lautet:

Q = mc∆T

Hier, Q bedeutet Hitze (was du wissen willst), ich bedeutet Masse, c bedeutet die spezifische Wärmekapazität und ∆Tist die Temperaturänderung. Sie können die Temperaturänderung ermitteln, indem Sie die Starttemperatur von der Endtemperatur subtrahieren.

Stellen Sie sich zum Beispiel vor, die Temperatur von 2 kg Wasser von 10 °C auf 50 °C zu erhöhen. Die Temperaturänderung beträgt ∆T= (50 – 10) Grad C = 40 Grad C. Aus dem letzten Abschnitt ergibt sich die spezifische Wärmekapazität von Wasser von 4.181 J / kg Grad C, also ergibt die Gleichung:

Q = 2 kg × 4181 J / kg Grad C × 40 Grad C

= 334.480 J = 334,5 kJ

Es braucht also etwa 334,5 Tausend Joule (kJ) Wärme, um die Temperatur von 2 kg Wasser um 40 Grad C zu erhöhen.

Manchmal werden spezifische Wärmekapazitäten in verschiedenen Einheiten angegeben. Sie kann beispielsweise in Joule/Gramm Grad C, Kalorien/Gramm Grad C oder Joule/Mol Grad C angegeben werden. Eine Kalorie ist eine alternative Energieeinheit (1 Kalorie = 4,184 Joule), Gramm sind 1/1000 eines Kilogramms und ein Mol (abgekürzt auf Mol) ist eine in der Chemie verwendete Einheit. Solange Sie konsistente Einheiten verwenden, gilt die obige Formel.

Wenn zum Beispiel die spezifische Wärme in Joule / Gramm Grad C angegeben wird, geben Sie die Masse des Stoffes in an auch Gramm oder alternativ die spezifische Wärmekapazität durch Multiplikation mit. in Kilogramm umrechnen 1,000. Wird die Wärmekapazität in Joule / Molgrad C angegeben, ist es am einfachsten, auch die Masse des Stoffes in Mol anzugeben. Wenn die Wärmekapazität in Kalorien / kg Grad C angegeben wird, wird Ihr Ergebnis in Wärmekalorien statt in Joule angegeben, die Sie später umrechnen können, wenn Sie die Antwort in Joule benötigen.

Trifft man Kelvin als Einheit für Temperatur (Symbol K), ist dies bei Temperaturänderungen genau das gleiche wie Celsius, man muss also nicht wirklich etwas tun.