열용량 계산 방법

비정상적으로 따뜻한 겨울 오후에 얼어 붙은 연못의 표면이 서서히 녹는 것을보고 같은 일이 근처에있는 적당한 크기의 얼어 붙은 웅덩이의 표면, 당신은 각각의 얼음이 거의 같은 시간에 물로 변하는 것처럼 보이는 것을 관찰 할 수 있습니다 율.

그러나 1 에이커 크기의 연못의 노출 된 표면에 떨어지는 모든 햇빛이 웅덩이 표면에 동시에 집중된다면 어떨까요?

당신의 직감은 아마도 웅덩이의 표면이 매우 빨리 물로 녹을뿐만 아니라 전체 웅덩이는 거의 즉시 수증기가 될 수 있으며, 액상을 우회하여 물이 될 수 있습니다. 가스. 그러나 물리 과학의 관점에서 볼 때 왜 그렇게해야합니까?

동일한 직관은 열, 질량 및 얼음, 물 또는 둘 다의 온도 변화 사이에 관계가 있음을 알려줍니다.

이런 일이 벌어지면서 아이디어는 다른 물질에도 적용됩니다. 열에 대한 "저항", 추가되면 주어진 양에 따라 다른 온도 변화로 나타남 열. 이러한 아이디어가 결합되어 비열 과 열용량.

열은 물리학에서 에너지로 알려진 수많은 형태의 양 중 하나입니다. 에너지는 힘 x 거리 또는 뉴턴 미터의 단위를 가지지 만 일반적으로 줄 (J)이라고합니다. 일부 응용 프로그램에서는 4.18J에 해당하는 칼로리가 표준 단위입니다. 또 다른 경우에는 btu 또는 영국 테마 단위가 하루를 지배합니다.

열은 더 따뜻한 곳에서 더 시원한 곳으로, 즉 현재 열이 적은 곳으로 "이동"하는 경향이 있습니다. 열을 유지하거나 볼 수 없지만 그 크기의 변화는 온도 변화를 통해 측정 할 수 있습니다.

온도는 물 비커 또는 가스 용기와 같은 분자 집합의 평균 운동 에너지를 측정 한 것입니다. 열을 추가하면이 분자 운동 에너지와 온도가 상승하고 온도가 낮아집니다.

줄이 4.18 칼로리와 같은 이유는 무엇입니까? 열의 SI 단위는 아니지만 칼로리 (cal)는 미터법 단위에서 파생되고 어떤면에서 기본이기 때문입니다. 열량 물 1g을 실온에서 1K 또는 1 ° C 올리는 데 필요합니다. (켈빈 눈금의 1도 변화는 섭씨 눈금의 1도 변화와 동일합니다. 그러나 둘은 약 273도만큼 오프셋되어 0K = 273.15 ° C가됩니다.)

• 식품 라벨의 "칼로리"는 실제로 킬로 칼로리 (kcal)입니다. 즉, 12 온스의 설탕 탄산 음료 캔에는 약 150,000 칼로리가 포함되어 있습니다.

물이나 다른 물질을 사용하여 실험을 통해 그러한 것을 결정할 수있는 방법은 주어진 질량을 용기에서 물질이나 열이 어셈블리 밖으로 빠져 나가지 않도록 주어진 양의 열을 추가하고 온도.

물질의 질량을 알고 있고 열과 온도가 전체적으로 균일하다고 가정 할 수 있으므로 1 그램과 같은 단위 량에 열이 얼마나 많이 변하는 지 간단한 나눗셈으로 결정할 수 있습니다. 온도.

열용량 공식은 다양한 형태로 제공되지만 모두 동일한 기본 방정식에 해당합니다.

Q = mCΔT

이 방정식은 단순히 닫힌 시스템 (액체, 기체 또는 고체)의 열 Q의 변화를 나타냅니다. 재료)는 샘플의 질량 m x 온도 변화 ΔT x 매개 변수 C 전화 비열 용량, 또는 비열. C 값이 높을수록 동일한 온도 상승을 유지하면서 시스템이 더 많은 열을 흡수 할 수 있습니다.

열용량은 물체의 온도를 일정량 (일반적으로 1K) 높이는 데 필요한 열량이므로 SI 단위는 J / K입니다. 개체가 균일 할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다. 다음과 같은 경우 진흙과 같은 물질 혼합물의 열용량을 대략적으로 결정할 수 있습니다. 그 질량을 알고 일부의 밀폐 된 장치에서 가열에 대한 반응으로 온도 변화를 측정했습니다. 종류.

화학, 물리학 및 공학에서 더 유용한 양은 비열 용량 C, 단위 질량 당 열 단위로 측정됩니다. 비열 용량 단위는 일반적으로 킬로그램 (kg)이 질량의 SI 단위이지만 그램-켈빈 당 줄 (J / g⋅K)입니다. 비열이 유용한 이유 중 하나는 균일 한 물질의 질량을 알고 있고 그 열을 알고 있다면 특정 실험에서 화재 위험을 피하기 위해 "방열판"역할을하는 적합성을 판단 할 수 있습니다. 상황.

물은 실제로 매우 높은 열용량을 가지고 있습니다. 인체가 지구 덕분에 상당한 양의 열을 더하거나 뺄 수 있어야한다는 점을 고려하면 다양한 조건에서 이것은 거의 모든 상당한 규모의 생활과 마찬가지로 주로 물로 구성된 모든 생물학적 개체의 기본 요구 사항이 될 것입니다. 것들이 있습니다.

100,000 명을 수용 할 수있는 스포츠 경기장과 50,000 명을 수용 할 수있는 다른 경기장을 상상해보십시오. 한눈에 첫 번째 경기장의 절대 "좌석 수"는 두 번째 경기장의 두 배라는 것이 분명합니다. 그러나 두 번째 경기장이 사분의 일 첫 번째 볼륨의.

대수를하면 더 작은 경기장이 실제로 두 배 더 많은 사람이 앉는다는 것을 알 수 있습니다. 단위 공간 당 "특정 좌석"값의 두 배를 제공합니다.

이 비유에서 개별 관중을 경기장 안팎으로 흐르는 동일한 크기의 열 단위로 생각하십시오. 큰 경기장은 전체적으로 두 배의 "열"을 견딜 수 있지만, 작은 경기장은 실제로 단위 공간 당이 버전의 "열"을 "저장"할 수있는 용량이 두 배입니다.

두 경기장의 같은 크기의 섹션이 가득 차면 같은 양의 게임 후 쓰레기를 생성한다고 가정하면, 얼마나 많은 사람을 수용하든 상관없이 작은 사람은 쓰레기를 줄이는 데 두 배 더 효과적입니다 의 개인 관중; 이것은 추가 된 열의 단위당 온도 상승에 대해 두 배의 탄력성을 가진다고 생각하십시오.

이로부터 동일한 비열을 가진 두 물체의 질량이 다른 경우, 큰 물체는 질량이 얼마나 큰지에 따라 확장되는 양만큼 더 큰 열용량을 갖게된다는 것을 알 수 있습니다. 다른 질량과 다른 비열의 물체를 비교할 때 상황은 더 복잡해집니다.

금속 구리의 비열은 0.386 J / g⋅K입니다. 구리 1kg (1,000g 또는 2.2 파운드)의 온도를 0 ° C에서 100 ° C로 올리려면 얼마나 많은 열이 필요합니까?
Q = (m) (C) (ΔT) = (1,000 g) (0.386 J / g⋅K) (100 K) = 38,600 J = 38.6 kJ.

이것은 열용량 이 구리 덩어리의? 전체 질량을 100K 올리려면 38,600J가 필요하므로 1K 씩 높이려면 이것의 1/100이 필요합니다. 따라서이 크기의 구리 열용량은 386J입니다.