A mindennapi nyelvben az emberek felváltva használják a hő és a hőmérséklet kifejezéseket. A termodinamika és a fizika terén tágabb értelemben azonban a két kifejezésnek nagyon eltérő jelentése van. Ha azt próbálja kiszámolni, hogy mennyi hőt vesz fel valami, amikor megemeli a hőmérsékletét, akkor meg kell értenie a kettő közötti különbséget és az egyik számítását a másikból. Ezt könnyedén megteheti: csak szorozza meg a melegítendő anyag hőkapacitását az anyag tömegével és a hőmérséklet változásával, hogy megtalálja az elnyelt hőt.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Számítsa ki a hőabszorpciót a következő képlettel:
Q = mc∆T
Q az elnyelt hő, m a hőt elnyelő anyag tömege, c a fajlagos hőkapacitás és ∆Ta hőmérséklet változása.
A termodinamika és a hő első törvénye
A termodinamika első törvénye kimondja, hogy az anyag belső energiájának változása az átadott hő és a rajta végzett munka (vagy a rá átadott hő összege) mínusz az elvégzett munka által azt). A „munka” csak egy szó, amelyet a fizikusok a fizikai energiaátadáshoz használnak. Például egy csésze kávé megkeverése valóban működik a benne lévő folyadékban, és akkor dolgozik egy tárgyon, amikor felveszi vagy eldobja.
A hő az energiaátadás másik formája, de ez akkor fordul elő, amikor két tárgy különböző hőmérsékleten van egymástól. Ha hideg vizet tesz egy serpenyőbe, és bekapcsolja a tűzhelyet, a lángok felmelegítik az edényt, a forró serpenyő pedig felmelegíti a vizet. Ez megemeli a víz hőmérsékletét és energiát ad. A termodinamika második törvénye előírja, hogy a hő csak a forróbb tárgyaktól a hidegebbig áramlik, fordítva nem.
Fajlagos hőkapacitás elmagyarázva
A hőelnyelés kiszámításának problémájának megoldásának kulcsa a fajlagos hőteljesítmény fogalma. A különböző anyagoknak különböző mennyiségű energiára van szükségük ahhoz, hogy átadják őket a hőmérséklet emeléséhez, és az anyag fajlagos hőteljesítménye megmondja, hogy ez mennyi. Ez egy mennyiség, amely a szimbólumot kapta c és joule / kg Celsius-fokban mérve. Röviden: a hőkapacitás megmondja, hogy mennyi hőenergia szükséges (joule-ban) ahhoz, hogy 1 kg anyag hőmérsékletét 1 C-kal megemelje. A víz fajlagos hőkapacitása 4181 J / kg C, az ólom fajlagos hőkapacitása 128 J / kg C fok. Ez egy pillanat alatt elmondja, hogy az ólom hőmérsékletének növelése kevesebb energiát igényel, mint a víz.
A hőelnyelés kiszámítása
Az utolsó két szakaszban szereplő információkat egy egyszerű képlettel együtt felhasználhatja a hőelnyelés kiszámításához egy adott helyzetben. Csak annyit kell tudni, hogy a melegítendő anyag, a hőmérséklet változása és az anyag tömege. Az egyenlet:
Q = mc∆T
Itt, Q hőt jelent (amit tudni akarsz), m tömeget jelent, c a fajlagos hőkapacitást és ∆Ta hőmérséklet változása. A hőmérséklet változását úgy találhatja meg, hogy kivonja a kezdő hőmérsékletet a végső hőmérsékletből.
Példaként képzeljük el, hogy 2 kg víz hőmérsékletét 10 C-ról 50 C-ra emeljük. A hőmérsékletváltozás ∆T= (50-10) ° C = 40 ° C Az utolsó szakaszból a víz fajlagos hőteljesítménye 4181 J / kg C fok, így az egyenlet a következőket adja:
Q = 2 kg × 4181 J / kg C fok 40 × C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Tehát körülbelül 334,5 ezer joule (kJ) hőre van szükség ahhoz, hogy 2 kg víz hőmérsékletét 40 C-kal megemeljük.
Tippek az alternatív egységekhez
Néha a fajlagos hőkapacitásokat különböző egységekben adják meg. Például megadható joule / gramm C, kalória / gramm C vagy joule / mol C fokokban. A kalória egy alternatív energiaegység (1 kalória = 4,184 joule), a gramm kilogramm 1/1000, a mol (rövidítve molra) pedig a kémia során használt egység. Amíg következetes egységeket használ, a fenti képlet érvényes.
Például, ha a fajlagos hő joule / gramm C fokban van megadva, akkor az anyag tömegét adja meg gramm, vagy alternatív megoldásként a fajlagos hőkapacitást kilogrammokká alakíthatja, szorozva azt 1,000. Ha a hőkapacitás joule / mol C fokban van megadva, akkor a legkönnyebb az anyag tömegét molban is megadni. Ha a hőkapacitás kalóriában / kg C fokban van megadva, akkor az eredmény a joule helyett hőkalóriában lesz, amelyet utólagosan átalakíthat, ha joule-ban van szüksége a válaszra.
Ha a Kelvinnel a hőmérséklet egységeként találkozik (K szimbólum), akkor a hőmérsékletváltozásoknál ez pontosan megegyezik a Celsiusszal, így valójában nem kell semmit tennie.