Kasdienėje kalboje žmonės terminus šiluma ir temperatūra vartoja pakaitomis. Vis dėlto plačiau termodinamikos ir fizikos srityje abu terminai turi labai skirtingą reikšmę. Jei bandote apskaičiuoti, kiek šilumos kažkas sugeria, kai pakeliate jo temperatūrą, turite suprasti skirtumą tarp jų ir kaip apskaičiuoti vieną iš kito. Tai galite padaryti lengvai: tiesiog padauginkite kaitinamos medžiagos šiluminę galią iš medžiagos masės ir temperatūros pokyčio, kad surastumėte absorbuotą šilumą.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Apskaičiuokite šilumos absorbciją pagal formulę:
Klausimas = mc∆T
Klausimas reiškia absorbuotą šilumą, m yra šilumą sugeriančios medžiagos masė, c yra savitasis šilumos tūris ir ∆Tyra temperatūros pokytis.
Pirmasis termodinamikos ir šilumos dėsnis
Pirmasis termodinamikos dėsnis teigia, kad medžiagos vidinės energijos pokytis yra jai perduotos šilumos ir jai atlikto darbo (arba jai perduotos šilumos) suma minusas atliktą darbą pateikė tai). „Darbas“ yra tik žodis, kurį fizikai naudoja fiziniam energijos perdavimui. Pavyzdžiui, maišant puodelį kavos, veikia jo viduje esantis skystis, o jūs dirbate su daiktu, kai jį paimate arba išmetate.
Šiluma yra dar viena energijos perdavimo forma, tačiau ji vyksta tada, kai du objektai yra skirtingose temperatūrose. Jei į keptuvę įdedate šalto vandens ir įjungiate viryklę, liepsna kaitina keptuvę, o karšta - vandenį. Tai pakelia vandens temperatūrą ir suteikia jam energijos. Antrasis termodinamikos dėsnis nurodo, kad šiluma iš karštų objektų teka tik į šaltesnius, o ne atvirkščiai.
Paaiškinta specifinė šilumos talpa
Raktas sprendžiant šilumos absorbcijos skaičiavimo problemą yra specifinio šilumos talpos samprata. Skirtingoms medžiagoms reikia skirtingo energijos kiekio, kad jas būtų galima perkelti, kad pakiltų temperatūra, o specifinė medžiagos šiluminė talpa nurodo, kiek tai yra. Tai yra kiekis, kuriam suteiktas simbolis c ir matuojamas džauliais / kg Celsijaus laipsniu. Trumpai tariant, šilumos talpa nurodo, kiek šilumos energijos (džauliais) reikia norint padidinti 1 kg medžiagos temperatūrą 1 laipsniu C. Savitoji vandens šiluminė talpa yra 4181 J / kg C laipsnio, o švino savitoji šiluminė talpa - 128 J / kg C laipsnio. Tai iš pirmo žvilgsnio sako, kad švino temperatūrai pakelti reikia mažiau energijos nei vandeniui.
Skaičiuojant šilumos absorbciją
Norėdami apskaičiuoti šilumos absorbciją konkrečioje situacijoje, galite naudoti paskutinių dviejų skyrių informaciją ir vieną paprastą formulę. Viskas, ką reikia žinoti, yra kaitinama medžiaga, temperatūros pokytis ir medžiagos masė. Lygtis yra:
Klausimas = mc∆T
Čia Klausimas reiškia šilumą (tai, ką norite žinoti), m reiškia masę, c reiškia savitąją šiluminę galią ir ∆Tyra temperatūros pokytis. Temperatūros pokyčius galite sužinoti atėmę pradinę temperatūrą iš galutinės temperatūros.
Kaip pavyzdį įsivaizduokite 2 kg vandens temperatūros padidinimą nuo 10 iki 50 laipsnių C. Temperatūros pokytis yra ∆T= (50–10) laipsnių C = 40 laipsnių C. Paskutiniame skyriuje savitas vandens šiluminis pajėgumas yra 4 181 J / kg C laipsnio, taigi lygtis suteikia:
Klausimas = 2 kg × 4181 J / kg laipsnio C × 40 laipsnių C.
= 334 480 J = 334,5 kJ
Taigi, norint pakelti 2 kg vandens temperatūrą 40 laipsnių C, reikia apie 334,5 tūkst. Džaulių (kJ) šilumos.
Patarimai dėl pakaitinių vienetų
Kartais specifiniai šilumos pajėgumai pateikiami skirtingais vienetais. Pavyzdžiui, jis gali būti nurodytas džauliais / gramais C, kalorijomis / gramais C arba džauliais / mol laipsniais C. Kalorija yra pakaitinis energijos vienetas (1 kalorija = 4,184 džauliai), gramai yra 1/1000 kilogramo, o molis (sutrumpintas iki molio) yra chemijoje naudojamas vienetas. Kol naudosite pastovius vienetus, aukščiau pateikta formulė galios.
Pavyzdžiui, jei savitoji šiluma nurodoma džauliais / gramu C, nurodykite medžiagos masę eurais gramų, arba alternatyviai apskaičiuokite savitąją šilumos talpą kilogramais, padauginę ją iš 1,000. Jei šilumos talpa nurodoma džauliais / mol laipsniu C, lengviausia nurodyti medžiagos masę moliais. Jei šilumos talpa nurodoma kalorijomis / kg C laipsnio, jūsų rezultatas bus šilumos, o ne džaulių kalorijos, kurias vėliau galėsite konvertuoti, jei jums reikia atsakymo džauliais.
Jei susiduriate su Kelvinu kaip temperatūros vienetu (simbolis K), temperatūros pokyčiams tai yra visiškai tas pats, kas Celsijaus, taigi jums nieko nereikia daryti.
