Kako izračunati apsorpciju topline

U svakodnevnom jeziku ljudi izraze toplina i temperatura koriste naizmjenično. U širem području termodinamike i fizike, ta dva pojma imaju vrlo različita značenja. Ako pokušavate izračunati koliko topline nešto apsorbira kada povisite njegovu temperaturu, morate razumjeti razliku između njih dvoje i kako izračunati jedno od drugog. To možete učiniti jednostavno: samo pomnožite toplinski kapacitet tvari koju zagrijavate s masom tvari i promjenom temperature da biste pronašli apsorbiranu toplinu.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Izračunajte apsorpciju topline pomoću formule:

P = mc∆T

P znači apsorbiranu toplinu, m je masa tvari koja apsorbira toplinu, c je specifični toplinski kapacitet i ∆Tje promjena temperature.

Prvi zakon termodinamike kaže da je promjena unutarnje energije tvari zbroj prenesene na nju topline i rada na njoj (ili prenesene topline na nju) minus obavljeni posao po to). "Posao" je samo riječ koju fizičari koriste za prijenos fizičke energije. Na primjer, miješanje šalice kave djeluje u tekućini unutar nje, a vi radite na predmetu kad ga podignete ili bacite.

Toplina je još jedan oblik prijenosa energije, ali on se događa kada se dva objekta međusobno nalaze na različitim temperaturama. Ako u tavu stavite hladnu vodu i uključite štednjak, plamen zagrijava tavu, a vruća tava zagrijava vodu. To povisuje temperaturu vode i daje joj energiju. Drugi zakon termodinamike nalaže da toplina teče samo od vrućih predmeta do hladnijih, a ne obrnuto.

Ključ rješenja problema izračuna apsorpcije topline je koncept specifičnog toplinskog kapaciteta. Različitim tvarima treba različita količina energije da bi im se prenijela kako bi povisile temperaturu, a specifični toplinski kapacitet tvari govori vam koliki je to. Ovo je veličina koja ima simbol c a mjeri se u džulima / kg Celzijeva stupnja. Ukratko, toplinski kapacitet vam govori koliko je toplinske energije (u džulima) potrebno za povišenje temperature 1 kg materijala za 1 stupanj C. Specifični toplinski kapacitet vode je 4.181 J / kg stupnja C, a specifični toplinski kapacitet olova 128 J / kg stupnja C. To vam na prvi pogled govori da je za povećanje temperature olova potrebno manje energije nego vode.

Informacije iz posljednja dva odjeljka možete upotrijebiti s jednom jednostavnom formulom za izračunavanje apsorpcije topline u određenoj situaciji. Sve što trebate znati je tvar koja se zagrijava, promjena temperature i mase tvari. Jednadžba je:

P = mc∆T

Ovdje, P znači toplina (ono što želite znati), m znači masa, c znači specifični toplinski kapacitet i ∆Tje promjena temperature. Promjenu temperature možete pronaći oduzimanjem početne temperature od konačne temperature.

Kao primjer, zamislite povećanje temperature 2 kg vode s 10 stupnjeva C na 50 stupnjeva C. Promjena temperature je ∆T= (50 - 10) stupnjeva C = 40 stupnjeva C. Iz zadnjeg odjeljka, specifični toplinski kapacitet vode je 4.181 J / kg stupnja C, pa jednadžba daje:

P = 2 kg × 4181 J / kg stupnja C × 40 stupnjeva C

= 334.480 J = 334.5 kJ

Dakle, potrebno je oko 334,5 tisuća džula (kJ) topline da se temperatura 2 kg vode povisi za 40 stupnjeva C.

Ponekad se specifični toplinski kapaciteti daju u različitim jedinicama. Na primjer, može se navoditi u džulima / gram stupnjeva C, kalorijama / gram stupnjeva C ili džulima / mol stupnjeva C. Kalorija je zamjenska jedinica energije (1 kalorija = 4,184 džula), grami su 1/1000 kilograma, a mol (skraćen na mol) jedinica je koja se koristi u kemiji. Sve dok koristite dosljedne jedinice, gornja formula će vrijediti.

Na primjer, ako je specifična toplina dana u džulima / gram C, navedite masu tvari u grama, ili pak pretvorite specifični toplinski kapacitet u kilograme množenjem sa 1,000. Ako se toplinski kapacitet daje u džulima / mol stupnja C, najlakše je navesti i masu tvari u molovima. Ako se toplinski kapacitet daje u kalorijama / kg stupnja C, vaš će rezultat biti kalorija topline umjesto džula, što možete naknadno pretvoriti ako vam je potreban odgovor u džulima.

Ako se Kelvin susrećete kao jedinica za temperaturu (simbol K), za promjene temperature to je potpuno isto kao Celzijus, pa zapravo ne trebate ništa raditi.