Στην καθημερινή γλώσσα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τους όρους θερμότητας και θερμοκρασίας εναλλακτικά. Ωστόσο, στον τομέα της θερμοδυναμικής και της φυσικής, οι δύο όροι έχουν πολύ διαφορετικές έννοιες. Εάν προσπαθείτε να υπολογίσετε πόση θερμότητα απορροφάται από κάτι όταν αυξάνετε τη θερμοκρασία του, πρέπει να καταλάβετε τη διαφορά μεταξύ των δύο και πώς να υπολογίσετε το ένα από το άλλο. Μπορείτε να το κάνετε εύκολα: απλώς πολλαπλασιάστε τη θερμική ικανότητα της ουσίας που θερμαίνετε με τη μάζα της ουσίας και την αλλαγή της θερμοκρασίας για να βρείτε την απορροφούμενη θερμότητα.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Υπολογίστε την απορρόφηση θερμότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Ερ = mc∆Τ
Ερ σημαίνει τη θερμότητα που απορροφάται, Μ είναι η μάζα της ουσίας που απορροφά θερμότητα, ντο είναι η ειδική θερμική ικανότητα και ΔΤείναι η αλλαγή θερμοκρασίας.
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής και της θερμότητας
Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής αναφέρει ότι η αλλαγή της εσωτερικής ενέργειας μιας ουσίας είναι το άθροισμα της θερμότητας που μεταφέρεται σε αυτήν και της εργασίας που γίνεται σε αυτήν (ή της θερμότητας που μεταφέρεται σε αυτήν
μείον η δουλειά που έγινε με το). Το "Work" είναι απλώς μια λέξη που χρησιμοποιούν οι φυσικοί για τη μεταφορά φυσικής ενέργειας. Για παράδειγμα, η ανάδευση ενός φλιτζανιού καφέ λειτουργεί στο υγρό μέσα του και δουλεύετε σε ένα αντικείμενο όταν το παίρνετε ή το πετάτε.Η θερμότητα είναι μια άλλη μορφή μεταφοράς ενέργειας, αλλά συμβαίνει όταν δύο αντικείμενα βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες μεταξύ τους. Εάν βάζετε κρύο νερό σε μια κατσαρόλα και ανοίγετε τη σόμπα, οι φλόγες θερμαίνουν το τηγάνι και το ζεστό τηγάνι θερμαίνει το νερό. Αυτό αυξάνει τη θερμοκρασία του νερού και του δίνει ενέργεια. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπαγορεύει ότι η θερμότητα ρέει μόνο από θερμότερα αντικείμενα σε ψυχρότερα, όχι αντίστροφα.
Επεξήγηση συγκεκριμένης θερμικής ικανότητας
Το κλειδί για την επίλυση του προβλήματος του υπολογισμού της απορρόφησης θερμότητας είναι η έννοια της ειδικής θερμοχωρητικότητας. Διαφορετικές ουσίες χρειάζονται διαφορετικές ποσότητες ενέργειας για να μεταφερθούν σε αυτές για να αυξήσουν τη θερμοκρασία και η ειδική θερμική ικανότητα της ουσίας σας λέει πόσο είναι. Αυτή είναι μια ποσότητα με το σύμβολο ντο και μετριέται σε joules / kg βαθμού Κελσίου. Εν ολίγοις, η θερμική ικανότητα σας λέει πόση θερμική ενέργεια (σε joules) απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 kg υλικού κατά 1 βαθμό C. Η ειδική θερμική χωρητικότητα του νερού είναι 4.181 J / kg βαθμός C και η ειδική θερμική ικανότητα του μολύβδου είναι 128 J / kg βαθμός C. Αυτό σας λέει με μια ματιά ότι χρειάζεται λιγότερη ενέργεια για την αύξηση της θερμοκρασίας του μολύβδου από ό, τι το νερό.
Υπολογισμός απορρόφησης θερμότητας
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις πληροφορίες στις δύο τελευταίες ενότητες μαζί με έναν απλό τύπο για τον υπολογισμό της απορρόφησης θερμότητας σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Το μόνο που χρειάζεται να γνωρίζετε είναι η ουσία που θερμαίνεται, η αλλαγή της θερμοκρασίας και η μάζα της ουσίας. Η εξίσωση είναι:
Ερ = mc∆Τ
Εδώ, Ερ σημαίνει θερμότητα (αυτό που θέλετε να μάθετε), Μ σημαίνει μάζα, ντο σημαίνει την ειδική θερμική ικανότητα και ΔΤείναι η αλλαγή θερμοκρασίας. Μπορείτε να βρείτε την αλλαγή της θερμοκρασίας αφαιρώντας την αρχική θερμοκρασία από την τελική θερμοκρασία.
Για παράδειγμα, φανταστείτε την αύξηση της θερμοκρασίας 2 κιλών νερού από 10 βαθμούς C σε 50 βαθμούς C. Η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι ΔΤ= (50 - 10) βαθμούς C = 40 βαθμούς C. Από την τελευταία ενότητα, η ειδική θερμική ικανότητα του νερού είναι 4.181 J / kg βαθμός C, οπότε η εξίσωση δίνει:
Ερ = 2 kg × 4181 J / kg βαθμός C × 40 βαθμοί C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Έτσι, χρειάζονται περίπου 334,5 χιλιάδες joules (kJ) θερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία των 2 κιλών νερού κατά 40 βαθμούς C.
Συμβουλές για εναλλακτικές μονάδες
Μερικές φορές δίδονται συγκεκριμένες θερμικές ικανότητες σε διαφορετικές μονάδες Για παράδειγμα, μπορεί να αναφέρεται σε joules / gram βαθμούς C, θερμίδες / γραμμάριο βαθμούς C ή joules / mol βαθμούς C. Οι θερμίδες είναι μια εναλλακτική μονάδα ενέργειας (1 θερμίδα = 4,184 joules), τα γραμμάρια είναι 1/1000 ενός κιλού και ένα γραμμομόριο (συντομευμένο σε mol) είναι μια μονάδα που χρησιμοποιείται στη χημεία. Εφόσον χρησιμοποιείτε σταθερές μονάδες, ο παραπάνω τύπος θα ισχύει.
Για παράδειγμα, εάν η συγκεκριμένη θερμότητα δίνεται σε joules / γραμμάριο βαθμού C, αναφέρετε τη μάζα της ουσίας σε επίσης, ή εναλλακτικά, μετατρέψτε τη συγκεκριμένη θερμική χωρητικότητα σε κιλά πολλαπλασιάζοντάς την επί 1,000. Εάν η θερμική ικανότητα δίνεται σε joules / mol βαθμού C, είναι ευκολότερο να αναφέρετε επίσης τη μάζα της ουσίας σε mol. Εάν η θερμική ικανότητα δίνεται σε θερμίδες / kg βαθμού C, το αποτέλεσμα θα είναι σε θερμίδες θερμότητας αντί για joules, την οποία μπορείτε να μετατρέψετε αργότερα εάν χρειάζεστε την απάντηση σε joules.
Εάν συναντήσετε τον Kelvin ως μονάδα θερμοκρασίας (σύμβολο Κ), για αλλαγές στη θερμοκρασία, αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με το Κελσίου, οπότε δεν χρειάζεται να κάνετε τίποτα.