כיצד לחשב את ספיגת החום

בשפה היומיומית אנשים משתמשים במונחים חום וטמפרטורה בערבוביה. בתחום התרמודינמיקה והפיזיקה באופן רחב יותר, לעומת זאת, לשני המונחים יש משמעויות שונות מאוד. אם אתה מנסה לחשב כמה חום נספג על ידי משהו כשאתה מעלה את הטמפרטורה שלו, עליך להבין את ההבדל בין השניים וכיצד לחשב אחד מהשני. אתה יכול לעשות זאת בקלות: פשוט הכפל את קיבולת החום של החומר שאתה מחמם במסת החומר ובשינוי הטמפרטורה כדי למצוא את החום נספג.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

חשב את ספיגת החום באמצעות הנוסחה:

ש = מק∆ט

ש פירושו החום הנספג, M האם מסת החומר סופגת חום, ג הוא קיבולת החום הספציפית ∆טהוא השינוי בטמפרטורה.

החוק הראשון של התרמודינמיקה קובע כי השינוי באנרגיה הפנימית של חומר הוא סכום החום המועבר אליו והעבודה שנעשתה עליו (או החום המועבר אליו מִינוּס העבודה שנעשתה על ידי זה). "עבודה" היא רק מילה בה משתמשים פיסיקאים להעברת אנרגיה פיזית. לדוגמא, ערבוב כוס קפה אכן עובד בנוזל שבתוכו, ואתם עובדים על חפץ כשאתם מרימים אותו או זורקים אותו.

חום הוא צורה אחרת של העברת אנרגיה, אך זו מתרחשת כאשר שני עצמים נמצאים בטמפרטורות שונות זה לזה. אם שמים מים קרים בתבנית, ומפעילים את הכיריים, הלהבות מחממות את המחבת והמחבת החמה מחממת את המים. זה מעלה את הטמפרטורה של המים ונותן להם אנרגיה. החוק השני של התרמודינמיקה מכתיב כי חום זורם רק מחפצים חמים לאלה קרים יותר, ולא להיפך.

המפתח לפתרון בעיית חישוב ספיגת החום הוא הרעיון של יכולת חום ספציפית. חומרים שונים זקוקים לכמויות שונות של אנרגיה כדי להעביר אליהם כדי להעלות את הטמפרטורה, וקיבולת החום הספציפית של החומר אומרת לך כמה זה. זוהי כמות שניתנת לסמל ג ונמדד בג'אול / ק"ג מעלות צלזיוס. בקיצור, קיבולת החום מספרת לכם כמה אנרגית חום (בג'אול) דרושה כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 ק"ג של חומר במעלה אחת. קיבולת החום הספציפית של מים היא 4,181 J / ק"ג תואר C, וקיבולת החום הספציפית של עופרת היא 128 J / kg C. זה אומר לך במבט חטוף שלוקח פחות אנרגיה כדי להעלות את טמפרטורת העופרת מאשר מים.

אתה יכול להשתמש במידע בשני החלקים האחרונים יחד עם נוסחה פשוטה אחת לחישוב ספיגת החום במצב ספציפי. כל שעליכם לדעת הוא החומר המחומם, שינוי הטמפרטורה ומסת החומר. המשוואה היא:

ש = מק∆ט

פה, ש פירושו חום (מה שאתה רוצה לדעת), M פירושו מסה, ג פירושו קיבולת החום הספציפית ו- ∆טהוא השינוי בטמפרטורה. אתה יכול למצוא את השינוי בטמפרטורה על ידי הפחתת טמפרטורת ההתחלה מהטמפרטורה הסופית.

כדוגמא, דמיין את העלאת הטמפרטורה של 2 ק"ג מים מ -10 מעלות צלזיוס ל -50 מעלות צלזיוס. השינוי בטמפרטורה הוא ∆ט= (50 - 10) מעלות צלזיוס = 40 מעלות צלזיוס מהקטע האחרון קיבולת החום הספציפית של מים היא 4,181 J / ק"ג מעלות צלזיוס, ולכן המשוואה נותנת:

ש = 2 ק"ג × 4181 J / ק"ג מעלות C × 40 מעלות צלזיוס

= 334,480 J = 334.5 kJ

אז זה לוקח בערך 334.5 אלף ג'ול (kJ) של חום כדי להעלות את הטמפרטורה של 2 ק"ג מים ב 40 מעלות צלזיוס.

לפעמים יכולות חום ספציפיות ניתנות ביחידות שונות. לדוגמא, ניתן לצטט אותו בג'אול / גרם מעלות צלזיוס, קלוריות / גרם מעלות צלזיוס או ג'אול / מול מעלות צלזיוס. קלוריה היא יחידת אנרגיה חלופית (קלוריה אחת = 4.184 ג'אול), גרם הם 1/1000 קילוגרם, ושומה (מקוצרת למול) היא יחידה המשמשת בכימיה. כל עוד אתה משתמש ביחידות עקביות, הנוסחה שלמעלה תחזיק.

לדוגמא, אם החום הספציפי ניתן בג'אול / גרם מעלות C, ציטט את מסת החומר גרם, או לחלופין, להמיר את קיבולת החום הספציפית לקילוגרמים על ידי הכפלתו ב 1,000. אם קיבולת החום ניתנת בג'אול / מול מעלות צלזיוס, הכי קל לצטט את מסת החומר גם בשומות. אם קיבולת החום ניתנת בקלוריות / ק"ג מעלות צלזיוס, התוצאה שלך תהיה בקלוריות של חום במקום ג'אול, שאותם תוכל להמיר לאחר מכן אם אתה זקוק לתשובה בג'אול.

אם אתה נתקל בקלווין כיחידה לטמפרטורה (סמל K), עבור שינויים בטמפרטורה זה בדיוק כמו צלזיוס, כך שאתה לא באמת צריך לעשות כלום.