Igapäevases keeles kasutavad inimesed termineid soojus ja temperatuur vaheldumisi. Termodünaamika ja füüsika valdkonnas laiemalt on neil kahel mõistel aga väga erinev tähendus. Kui proovite arvutada, kui palju soojust selle temperatuuri tõstmisel miski neelab, peate mõistma nende kahe erinevust ja seda, kuidas ühte arvutada. Saate seda teha lihtsalt: imenduva soojuse leidmiseks korrutage lihtsalt kuumutatava aine soojusvõime aine massiga ja temperatuuri muutusega.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Soojuse neeldumine arvutatakse järgmise valemi abil:
Q = mc∆T
Q tähendab neeldunud soojust, m on soojust neelava aine mass, c on erisoojusvõimsus ja ∆Ton temperatuuri muutus.
Esimene termodünaamika ja soojuse seadus
Termodünaamika esimene seadus ütleb, et aine siseenergia muutus on talle ülekantud soojuse ja sellega tehtud töö (või sellele ülekantud soojuse summa) summa miinus tehtud töö kõrval see). “Töö” on lihtsalt sõna, mida füüsikud kasutavad füüsiliseks energia ülekandmiseks. Näiteks tassi kohvi segamine toimib selle sees olevas vedelikus ja teete eseme kallal tööd, kui selle kätte võtate või viskate.
Soojus on veel üks energia ülekande vorm, kuid see toimub siis, kui kaks objekti on üksteise suhtes erineval temperatuuril. Kui panete pannile külma vett ja lülitate pliidi sisse, soojendavad leegid panni ja kuum pann soojendab vett. See tõstab vee temperatuuri ja annab sellele energiat. Termodünaamika teine seadus dikteerib, et soojus voolab ainult kuumematest objektidest külmematesse, mitte vastupidi.
Spetsiifiline soojusvõimsus on selgitatud
Soojuse neeldumise arvutamise probleemi lahendamise võti on konkreetse soojusvõimsuse mõiste. Erinevad ained vajavad temperatuuri tõstmiseks neile ülekandmiseks erinevaid energiakoguseid ja aine spetsiifiline soojusvõime ütleb teile, kui palju see on. See on tähisele antud kogus c ja mõõdetakse džaulides / kg Celsiuse järgi. Lühidalt öeldes ütleb soojusmaht, kui palju soojusenergiat (džaulides) on vaja 1 kg materjali temperatuuri 1 kraadi C tõstmiseks. Vee erisoojusvõimsus on 4181 J / kg C ja plii erisoojusvõimsus 128 J / kg C kraadi. See ütleb teile lühidalt, et plii temperatuuri tõstmiseks kulub vähem energiat kui veega.
Soojuse neeldumise arvutamine
Soojuse neeldumise arvutamiseks konkreetses olukorras võite kasutada kahe viimase osa teavet koos ühe lihtsa valemiga. Kõik, mida peate teadma, on kuumutatav aine, temperatuuri muutus ja aine mass. Võrrand on:
Q = mc∆T
Siin, Q tähendab soojust (mida sa tahad teada), m tähendab massi, c tähendab erisoojusvõimsust ja ∆Ton temperatuuri muutus. Temperatuuri muutuse leiate, lahutades algtemperatuuri lõplikust temperatuurist.
Kujutlege näiteks 2 kg vee temperatuuri tõstmist 10 ° C-lt 50 ° C-ni. Temperatuuri muutus on ∆T= (50-10) kraadi C = 40 kraadi C. Viimasest jaotisest on vee erisoojusvõimsus 4181 J / kg C kraadi, nii et võrrand annab:
Q = 2 kg × 4181 J / kg kraadi C × 40 kraadi C
= 334 480 J = 334,5 kJ
Niisiis kulub 2 kg vee temperatuuri 40 kraadi C tõstmiseks umbes 334,5 tuhat džauli (kJ) soojust.
Nõuanded asendusühikute kohta
Mõnikord antakse spetsiifilised soojusvõimsused erinevates ühikutes. Näiteks võib seda esitada džaulides / grammi C, kaloreid / grammi C või džaulides / mol C kraadi. Kalor on alternatiivne energiaühik (1 kalor = 4,184 džauli), grammid on 1/1000 kilogrammi ja mool (lühendatult mol) on keemias kasutatav ühik. Niikaua kui kasutate järjepidevaid ühikuid, kehtib ülaltoodud valem.
Näiteks, kui erisoojus on antud džaulides / grammi C kohta, tsiteerige aine mass grammides või teisendada konkreetne soojusvõimsus kilogrammides, korrutades selle 1,000. Kui soojusvõimsus on antud džaulides / mol C-kraadis, on kõige lihtsam tsiteerida ka aine massi moolides. Kui soojusvõimsus on antud kalorite / kg C-kraadina, on teie tulemus džaulide asemel kuumakalorite arv, mille saate pärast teisendada, kui vajate vastust džaulides.
Kui kohtate Kelvini kui temperatuuri ühikut (sümbol K), on see temperatuuri muutuste korral täpselt sama mis Celsiuse järgi, nii et te ei pea tegelikult midagi tegema.