Kuinka lasketaan lämmönimukkuus

Jokapäiväisessä kielessä ihmiset käyttävät termejä lämpö ja lämpötila vaihtokelpoisesti. Laajemmin termodynamiikan ja fysiikan alalla termeillä on kuitenkin hyvin erilainen merkitys. Jos yrität laskea, kuinka paljon jokin absorboi lämpöä, kun nostat sen lämpötilaa, sinun on ymmärrettävä näiden kahden ero ja miten laskea toinen toisistaan. Voit tehdä tämän helposti: kerro vain lämmittämäsi aineen lämpökapasiteetti aineen massalla ja lämpötilan muutoksella absorboidun lämmön löytämiseksi.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Laske lämmön imeytyminen kaavalla:

Q = mc∆T

Q tarkoittaa absorboitunutta lämpöä, m on lämpöä absorboivan aineen massa, c on ominaislämpöteho ja ∆Ton lämpötilan muutos.

Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan aineen sisäisen energian muutos on sille siirretyn lämmön ja siihen tehdyn työn (tai sille siirretyn lämmön) summa miinus tehty työ mennessä se). "Työ" on vain sana, jonka fyysikot käyttävät fyysiseen energiansiirtoon. Esimerkiksi kupin kahvia sekoittaen toimii sen sisällä olevassa nesteessä, ja työskentelet esineellä, kun nostat sen tai heität sen.

Lämpö on toinen energiansiirron muoto, mutta se tapahtuu, kun kaksi esinettä on eri lämpötiloissa toistensa suhteen. Jos laitat kylmää vettä pannuun ja käynnistät lieden, liekit lämmittävät pannun ja kuuma pannu lämmittää vettä. Tämä nostaa veden lämpötilaa ja antaa sille energiaa. Termodynamiikan toinen laki sanelee, että lämpö virtaa vain kuumemmista esineistä kylmempiin, ei päinvastoin.

Avain lämmön absorptiolaskennan ongelman ratkaisemiseen on käsite erityinen lämpökapasiteetti. Eri aineet tarvitsevat erilaisia ​​energiamääriä siirrettäviksi lämpötilan nostamiseksi, ja aineen ominaislämpökapasiteetti kertoo kuinka paljon se on. Tämä on symboli annettu määrä c ja mitattuna jouleina / kg celsiusastetta. Lyhyesti sanottuna lämpökapasiteetti kertoo kuinka paljon lämpöenergiaa (jouleina) tarvitaan nostamaan 1 kg materiaalin lämpötilaa 1 ° C. Veden ominaislämpökapasiteetti on 4181 J / kg C ja lyijyn ominaislämpö 128 J / kg C. Tämä kertoo yhdellä silmäyksellä, että lyijylämpötilan nostaminen vie vähemmän energiaa kuin vesi.

Voit käyttää kahden viimeisen osan tietoja yhdessä yksinkertaisen kaavan avulla lämmön imeytymisen laskemiseksi tietyssä tilanteessa. Ainoa mitä sinun tarvitsee tietää on lämmitettävä aine, lämpötilan muutos ja aineen massa. Yhtälö on:

Q = mc∆T

Tässä, Q tarkoittaa lämpöä (mitä haluat tietää), m tarkoittaa massaa, c tarkoittaa ominaislämpötehoa ja ∆Ton lämpötilan muutos. Löydät lämpötilan muutoksen vähentämällä alkulämpötilan lopullisesta lämpötilasta.

Kuvittele esimerkkinä 2 kg veden lämpötilan nostaminen 10 ° C: sta 50 ° C: seen. Lämpötilan muutos on ∆T= (50-10) astetta C = 40 astetta C. Viimeisestä osasta veden ominaislämpökapasiteetti on 4181 J / kg C-astetta, joten yhtälö antaa:

Q = 2 kg × 4181 J / kg astetta C × 40 astetta C.

= 334,480 J = 334,5 kJ

Joten kestää noin 334,5 tuhatta joulea (kJ) lämpöä 2 kg veden lämpötilan nostamiseksi 40 astetta.

Joskus erityiset lämpökapasiteetit annetaan eri yksiköissä. Se voidaan esimerkiksi ilmoittaa jouleina / grammaa C, kaloreita / grammaa C tai jouleita / mol asteina C. Kalori on vaihtoehtoinen energiayksikkö (1 kalori = 4,184 joulea), gramma on 1/1000 kilogrammaa ja mooli (lyhennetty moliksi) on kemiassa käytetty yksikkö. Niin kauan kuin käytät yhtenäisiä yksiköitä, yllä oleva kaava pysyy voimassa.

Esimerkiksi, jos ominaislämpö annetaan jouleina / gramma C, ilmoita aineen massa grammoina tai vaihtoehtoisesti muuntaa ominaislämpökapasiteetti kilogrammoiksi kertomalla se 1,000. Jos lämpökapasiteetti ilmoitetaan jouleina / mol-aste C, on helpoin mainita myös aineen mooli moolina. Jos lämpökapasiteetti ilmoitetaan kaloreina / kg C-astetta, tulos on lämpökaloreissa joulien sijaan, jotka voit muuntaa jälkeenpäin, jos tarvitset vastauksen jouleina.

Jos kohtaat Kelvinin lämpötilan yksikönä (symboli K), lämpötilamuutosten suhteen tämä on täsmälleen sama kuin Celsius, joten sinun ei tarvitse tehdä mitään.