Nel linguaggio di tutti i giorni, le persone usano i termini calore e temperatura in modo intercambiabile. Nel campo della termodinamica e della fisica più in generale, però, i due termini hanno significati molto diversi. Se stai cercando di calcolare quanto calore viene assorbito da qualcosa quando ne aumenti la temperatura, devi capire la differenza tra i due e come calcolare l'uno dall'altro. Puoi farlo facilmente: basta moltiplicare la capacità termica della sostanza che stai riscaldando per la massa della sostanza e la variazione di temperatura per trovare il calore assorbito.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Calcolare l'assorbimento di calore utilizzando la formula:
Q = mc∆T
Q significa il calore assorbito, m è la massa della sostanza che assorbe calore, c è la capacità termica specifica eTè la variazione di temperatura.
La prima legge della termodinamica e del calore
Il primo principio della termodinamica afferma che la variazione di energia interna di una sostanza è la somma del calore ad essa trasferito e del lavoro svolto su di essa (o del calore ad essa trasferito
meno il lavoro fatto di esso). "Lavoro" è solo una parola che i fisici usano per il trasferimento di energia fisica. Ad esempio, mescolare una tazza di caffè funziona nel liquido al suo interno e lavori su un oggetto quando lo raccogli o lo lanci.Il calore è un'altra forma di trasferimento di energia, ma è quella che avviene quando due oggetti si trovano a temperature diverse l'uno dall'altro. Se metti acqua fredda in una padella e accendi il fornello, le fiamme riscaldano la padella e la padella calda riscalda l'acqua. Questo aumenta la temperatura dell'acqua e le dà energia. La seconda legge della termodinamica impone che il calore fluisca solo dagli oggetti più caldi a quelli più freddi, non viceversa.
Spiegazione della capacità termica specifica
La chiave per risolvere il problema del calcolo dell'assorbimento di calore è il concetto di capacità termica specifica. Sostanze diverse hanno bisogno di diverse quantità di energia per essere trasferite a loro per aumentare la temperatura e la capacità termica specifica della sostanza ti dice quanto è. Questa è una quantità dato il simbolo c e misurato in joule/kg gradi Celsius. In breve, la capacità termica indica quanta energia termica (in joule) è necessaria per aumentare la temperatura di 1 kg di un materiale di 1 grado C. La capacità termica specifica dell'acqua è di 4.181 J/kg di grado C e la capacità termica specifica del piombo è di 128 J/kg di grado C. Questo ti dice a colpo d'occhio che ci vuole meno energia per aumentare la temperatura del piombo rispetto all'acqua.
Calcolo dell'assorbimento di calore
È possibile utilizzare le informazioni nelle ultime due sezioni insieme a una semplice formula per calcolare l'assorbimento di calore in una situazione specifica. Tutto quello che devi sapere è la sostanza che viene riscaldata, il cambiamento di temperatura e la massa della sostanza. L'equazione è:
Q = mc∆T
Qui, Q significa calore (quello che vuoi sapere), m significa massa, c indica la capacità termica specifica eTè la variazione di temperatura. Puoi trovare la variazione di temperatura sottraendo la temperatura iniziale dalla temperatura finale.
Ad esempio, immagina di aumentare la temperatura di 2 kg di acqua da 10 gradi C a 50 gradi C. La variazione di temperatura è ∆T= (50 – 10) gradi C = 40 gradi C. Dall'ultima sezione, la capacità termica specifica dell'acqua è 4.181 J / kg grado C, quindi l'equazione dà:
Q = 2 kg × 4181 J / kg gradi C × 40 gradi C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Quindi occorrono circa 334,5 mila joule (kJ) di calore per aumentare la temperatura di 2 kg di acqua di 40 gradi C.
Suggerimenti su unità alternative
A volte le capacità termiche specifiche sono fornite in unità diverse. Ad esempio, può essere espresso in joule/gradi grammo C, calorie/gradi grammo C o joule/gradi mol C. Una caloria è un'unità alternativa di energia (1 caloria = 4,184 joule), i grammi sono 1/1000 di chilogrammo e una mole (abbreviata in mol) è un'unità utilizzata in chimica. Finché utilizzi unità coerenti, la formula sopra rimarrà valida.
Ad esempio, se il calore specifico è dato in joule/grado grammo C, citare la massa della sostanza in anche grammi, o in alternativa, convertire la capacità termica specifica in chilogrammi moltiplicandola per 1,000. Se la capacità termica è data in joule/mol grado C, è più facile citare anche la massa della sostanza in moli. Se la capacità termica è espressa in calorie/kg di grado C, il risultato sarà in calorie di calore anziché in joule, che potrai convertire in seguito se ti occorre la risposta in joule.
Se incontri Kelvin come unità per la temperatura (simbolo K), per i cambiamenti di temperatura questo è esattamente lo stesso di Celsius, quindi non devi fare nulla.