Kā aprēķināt siltuma absorbciju

Ikdienas valodā cilvēki terminus siltums un temperatūra lieto savstarpēji aizstājami. Tomēr termodinamikas un fizikas jomā abiem terminiem ir ļoti atšķirīga nozīme. Ja jūs mēģināt aprēķināt, cik daudz siltuma kaut kas absorbē, paaugstinot tā temperatūru, jums jāsaprot atšķirība starp abiem un to, kā aprēķināt vienu no otra. To var izdarīt viegli: vienkārši reiziniet sildāmās vielas siltuma jaudu ar vielas masu un temperatūras izmaiņām, lai atrastu absorbēto siltumu.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Aprēķiniet siltuma absorbciju pēc formulas:

J = mc∆T

J ir absorbētais siltums, m ir vielas masa, kas absorbē siltumu, c ir īpatnējā siltuma jauda un ∆Tir temperatūras izmaiņas.

Pirmais termodinamikas likums nosaka, ka vielas iekšējās enerģijas izmaiņas ir tai nodotā ​​siltuma un uz tā paveiktā darba (vai tai nodotās siltuma summa) summa. mīnus paveiktais darbs pēc to). “Darbs” ir tikai vārds, ko fiziķi lieto fiziskai enerģijas pārnešanai. Piemēram, maisot tasi kafijas, tas darbojas šķidrumā, kas atrodas tās iekšpusē, un jūs strādājat ar priekšmetu, kad to paņemat vai izmetat.

Siltums ir vēl viens enerģijas pārneses veids, bet tas notiek, kad divi objekti atrodas atšķirīgā temperatūrā viens otram. Ja pannā ievietojat aukstu ūdeni un ieslēdzat plīti, liesmas silda pannu un karstā panna silda ūdeni. Tas paaugstina ūdens temperatūru un dod tai enerģiju. Otrais termodinamikas likums nosaka, ka siltums no karstākiem priekšmetiem plūst tikai uz vēsākiem, nevis otrādi.

Siltuma absorbcijas aprēķināšanas problēmas risināšanas atslēga ir īpašās siltuma jaudas jēdziens. Dažādām vielām ir nepieciešams atšķirīgs enerģijas daudzums, kas tām jāpārnes, lai paaugstinātu temperatūru, un vielas īpatnējā siltuma jauda norāda, cik tas ir. Šis ir lielums, kam piešķirts simbols c un mēra džoulos / kg Celsija. Īsāk sakot, siltuma jauda norāda, cik daudz siltuma enerģijas (džoulos) nepieciešams, lai 1 kg materiāla temperatūru paaugstinātu par 1 grādu C. Ūdens īpatnējā siltuma jauda ir 4181 J / kg C, bet svina īpatnējā siltuma jauda ir 128 J / kg C. Tas jums īsumā norāda, ka svina temperatūras paaugstināšanai nepieciešams mazāk enerģijas nekā ūdenim.

Lai aprēķinātu siltuma absorbciju konkrētā situācijā, varat izmantot informāciju pēdējās divās sadaļās kopā ar vienu vienkāršu formulu. Viss, kas jums jāzina, ir karsējamā viela, temperatūras izmaiņas un vielas masa. Vienādojums ir:

J = mc∆T

Šeit, J nozīmē siltumu (ko vēlaties zināt), m nozīmē masu, c ir īpatnējā siltuma jauda un ∆Tir temperatūras izmaiņas. Temperatūras izmaiņas var atrast, atņemot sākuma temperatūru no galīgās temperatūras.

Kā piemēru iedomājieties 2 kg ūdens temperatūras paaugstināšanu no 10 grādiem līdz 50 grādiem C. Temperatūras izmaiņas ir ∆T= (50 - 10) grādi C = 40 grādi C. No pēdējās sadaļas ūdens īpatnējā siltuma jauda ir 4 181 J / kg C, tāpēc vienādojums dod:

J = 2 kg × 4181 J / kg grāds C × 40 grādi C

= 334 480 J = 334,5 kJ

Tātad 2 kg ūdens temperatūras paaugstināšanai par 40 grādiem nepieciešams aptuveni 334,5 tūkstoši džoulu (kJ) siltuma.

Dažreiz īpašās siltuma jaudas tiek norādītas dažādās vienībās. Piemēram, to var norādīt džoulos / gramos C, kalorijās / gramos C vai džoulos / mol grādos C. Kalorija ir alternatīva enerģijas vienība (1 kalorija = 4,184 džouli), grami ir 1/1000 kilograma, bet mols (saīsināts līdz molam) ir vienība, ko izmanto ķīmijā. Kamēr jūs izmantojat konsekventas mērvienības, iepriekš minētā formula darbosies.

Piemēram, ja īpatnējais siltums ir izteikts džoulos / grammā C, citējiet vielas masu gramus, vai arī, pārveidojot īpatnējo siltuma jaudu kilogramos, reizinot to ar 1,000. Ja siltuma jauda tiek dēvēta džoulos / mol C pakāpē, visvieglāk ir norādīt arī vielas masu molos. Ja siltuma jauda tiek norādīta kalorijās / kg C grāda, jūsu rezultāts būs siltuma kalorijās, nevis džoulos, kurus pēc tam varat pārveidot, ja jums ir nepieciešama atbilde džoulos.

Ja jūs sastopaties ar Kelvinu kā temperatūras vienību (simbols K), temperatūras izmaiņām tas ir tieši tāds pats kā Celsija, tāpēc jums nekas nav jādara.