როგორ გამოვთვალოთ სითბოს შეწოვა

ყოველდღიურ ენაში ადამიანები ტერმინებს სითბო და ტემპერატურა ერთმანეთთან იყენებენ. უფრო ფართო თერმოდინამიკისა და ფიზიკის სფეროში, ამ ორ ტერმინს ძალიან განსხვავებული მნიშვნელობა აქვს. თუ თქვენ ცდილობთ გამოთვალოთ, თუ რამდენს ითვისებს სითბო მისი ტემპერატურის გაზრდისას, უნდა გესმოდეთ განსხვავება ამ ორს შორის და როგორ უნდა გამოვთვალოთ ერთი მეორისგან. ამის გაკეთება მარტივად შეგიძლიათ: უბრალოდ გაამრავლეთ ნივთიერების სითბოს ტევადობა ნივთიერების მასაზე და ტემპერატურის ცვლილებაზე, რომ სითბო შეიწოვება.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

გამოთვალეთ სითბოს შეწოვა ფორმულის გამოყენებით:

Q = mc∆თ

Q ნიშნავს სითბოს შეწოვას, მ არის სითხის შემწოვი ნივთიერების მასა, გ არის კონკრეტული სითბოს ტევადობა დათარის ტემპერატურის ცვლილება.

თერმოდინამიკის პირველი კანონი აცხადებს, რომ ნივთიერების შინაგანი ენერგიის ცვლილება არის მასში გადატანილი სითბოს ჯამი და მასზე შესრულებული სამუშაო (ან მასზე გადატანილი სითბო) მინუსი შესრულებული სამუშაო ავტორი ეს). "სამუშაო" არის სიტყვა, რომელსაც ფიზიკოსები იყენებენ ფიზიკური ენერგიის გადასაცემად. მაგალითად, ფინჯანი ყავის მორევა მუშაობს მის შიგნით არსებულ სითხეში და თქვენ მუშაობთ ობიექტზე, როდესაც ის აიღებთ ან გადააგდებთ.

სითბო ენერგიის გადაცემის კიდევ ერთი ფორმაა, მაგრამ ის ხდება, როდესაც ორი ობიექტი ერთმანეთისგან განსხვავებულ ტემპერატურაზეა. თუ ტაფაში ჩადებთ ცივ წყალს და ჩართავთ გაზქურას, ცეცხლი აცხელებს ტაფას და ცხელი ტაფა ათბობს წყალს. ეს ზრდის წყლის ტემპერატურას და აძლევს მას ენერგიას. თერმოდინამიკის მეორე კანონი გვკარნახობს, რომ სითბო მხოლოდ უფრო ცხელი ობიექტებიდან ცივზე მიედინება და არა პირიქით.

სითბოს შეწოვის გაანგარიშების პრობლემის გადაჭრის გასაღები არის კონკრეტული სითბოს სიმძლავრის კონცეფცია. ტემპერატურის ასამაღლებლად სხვადასხვა ნივთიერებებს სჭირდებათ სხვადასხვა რაოდენობის ენერგია მათში გადასაცემად, ხოლო ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მოცულობა გიჩვენებთ რამდენია ეს. ეს არის სიმბოლოთი მოცემული სიდიდე გ და იზომება ჯოულებში / კგ გრადუს ცელსიუსზე. მოკლედ, სითბოს ტევადობა გიჩვენებთ რამდენი სითბოს ენერგიაა საჭირო (ჯოულებში) 1 კგ მასალის ტემპერატურის 1 გრადუსით ასამაღლებლად. წყლის სპეციფიკური სითბური ტევადობაა 4,181 J / კგ გრადუსი C, ხოლო ტყვიის სპეციფიკური სითბური ტევადობა 128 J / კგ გრადუსი C. ეს ერთი შეხედვით გეუბნებათ, რომ ტყვიის ტემპერატურის გასაზრდელად ენერგია ნაკლებია, ვიდრე წყლისა.

შეგიძლიათ გამოიყენოთ ინფორმაცია ბოლო ორ განყოფილებაში, ერთ მარტივ ფორმულასთან ერთად, რომ გამოთვალოთ სითბოს შეწოვა კონკრეტულ სიტუაციაში. თქვენ მხოლოდ უნდა იცოდეთ ნივთიერება, რომელიც თბება, ტემპერატურისა და მასის ცვლილება. განტოლებაა:

Q = mc∆თ

Აქ, Q ნიშნავს სითბოს (ის, რისი ცოდნაც გსურთ), მ ნიშნავს მასას, გ ნიშნავს სპეციფიკურ სითბოს ტევადობას დათარის ტემპერატურის ცვლილება. თქვენ შეგიძლიათ იპოვოთ ტემპერატურის ცვლილება საწყისი ტემპერატურის გამოკლებით საბოლოო ტემპერატურიდან.

მაგალითად, წარმოიდგინეთ 2 კგ წყლის ტემპერატურის 10 გრადუსიდან 50 გრადუსამდე გაზრდა. ტემპერატურის ცვლილებაათ= (50 - 10) გრადუსი C = 40 გრადუსი C. ბოლო მონაკვეთიდან წყლის სპეციფიკური სითბოს ტევადობაა 4,181 J / კგ გრადუსი C, ამიტომ განტოლება იძლევა:

Q = 2 კგ 4181 J / კგ ხარისხი C 40 გრადუსი C

= 334,480 J = 334,5 კჯ

ასე რომ, საჭიროა დაახლოებით 334,5 ათასი ჯოული (კჯ) სითბო 2 კგ წყლის ტემპერატურის 40 გრადუსით ასამაღლებლად.

ზოგჯერ სხვადასხვა ერთეულებში მოცემულია სპეციფიკური სითბოს ტევადობა. მაგალითად, შეიძლება ციტირებული იყოს joules / gram c, C კალორია / გრამი C, ან joules / mol გრადუსი C- ით. კალორია არის ენერგიის ალტერნატიული ერთეული (1 კალორია = 4,184 ჯოული), გრამი არის 1/1000 კილოგრამი, ხოლო მოლი (შემცირებული მოლამდე) არის ერთეული, რომელიც გამოიყენება ქიმიაში. სანამ იყენებთ თანმიმდევრულ ერთეულებს, ზემოთ მოცემული ფორმულა დაცული იქნება.

მაგალითად, თუ კონკრეტული სითბო მოცემულია ჯოულებში / გრამ C ხარისხში, ციტირება მოაქვთ მასის მასაში გრამიც, ან სხვაგვარად, კონკრეტული სითბოს ტევადობა გადააქციეთ კილოგრამებად გამრავლებით 1,000. თუ სითბოს ტევადობა მოცემულია ჯოულებში / მოლ C ხარისხში, უმარტივესია ნივთიერების მასის ციტირება მოლებშიც. თუ სითბოს ტევადობა მოცემულია კალორიებში / კგ C ტემპერატურაზე, თქვენი შედეგი იქნება სითბოს კალორიები ჯულის ნაცვლად, რომელიც შეგიძლიათ გადაიყვანოთ შემდეგ, თუ პასუხი გჭირდებათ ჯოულებად.

თუ კელვინს შეხვდებით, როგორც ტემპერატურის ერთეული (სიმბოლო K), ტემპერატურის ცვლილებისთვის ეს ზუსტად იგივეა, რაც ცელსიუსი, ასე რომ თქვენ ნამდვილად არ გჭირდებათ რაიმეს გაკეთება.