In de alledaagse taal gebruiken mensen de termen warmte en temperatuur door elkaar. Op het gebied van thermodynamica en natuurkunde in bredere zin hebben de twee termen echter heel verschillende betekenissen. Als u probeert te berekenen hoeveel warmte door iets wordt geabsorbeerd wanneer u de temperatuur verhoogt, moet u het verschil tussen de twee begrijpen en hoe u de een van de ander kunt berekenen. U kunt dit eenvoudig doen: vermenigvuldig gewoon de warmtecapaciteit van de stof die u verwarmt met de massa van de stof en de verandering in temperatuur om de geabsorbeerde warmte te vinden.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Bereken de warmteopname met de formule:
Vraag = mc∆T
Vraag betekent de geabsorbeerde warmte, m is de massa van de stof die warmte absorbeert, c is de soortelijke warmtecapaciteit en ∆Tis de verandering in temperatuur.
De eerste wet van thermodynamica en warmte
De eerste wet van de thermodynamica stelt dat de verandering in interne energie van een stof de som is van de warmte die eraan wordt overgedragen en het werk dat eraan wordt gedaan (of de warmte die eraan wordt overgedragen)
minus het werk is klaar door het). "Werk" is slechts een woord dat fysici gebruiken voor fysieke energieoverdracht. Zo werkt het roeren van een kopje koffie in de vloeistof erin, en werk je aan een voorwerp als je het oppakt of gooit.Warmte is een andere vorm van energieoverdracht, maar het is er een die plaatsvindt wanneer twee objecten een verschillende temperatuur hebben dan elkaar. Als je koud water in een pan doet en het fornuis aanzet, verwarmen de vlammen de pan en de hete pan verwarmt het water. Dit verhoogt de temperatuur van het water en geeft het energie. De tweede wet van de thermodynamica dicteert dat warmte alleen stroomt van hetere objecten naar koudere, en niet andersom.
Specifieke warmtecapaciteit uitgelegd
De sleutel tot het oplossen van het probleem van het berekenen van warmteabsorptie is het concept van specifieke warmtecapaciteit. Verschillende stoffen hebben verschillende hoeveelheden energie nodig om naar hen te worden overgebracht om de temperatuur te verhogen, en de specifieke warmtecapaciteit van de stof vertelt u hoeveel dat is. Dit is een hoeveelheid gegeven het symbool c en gemeten in joule / kg graden Celsius. Kortom, de warmtecapaciteit vertelt je hoeveel warmte-energie (in joule) er nodig is om de temperatuur van 1 kg van een materiaal met 1 graad C te verhogen. De soortelijke warmtecapaciteit van water is 4.181 J/kg graad C, en de soortelijke warmtecapaciteit van lood is 128 J/kg graad C. Dit vertelt u in één oogopslag dat het minder energie kost om de temperatuur van lood te verhogen dan van water.
Warmteabsorptie berekenen
U kunt de informatie in de laatste twee paragrafen samen met één simpele formule gebruiken om de warmteopname in een specifieke situatie te berekenen. Het enige dat u hoeft te weten, is de stof die wordt verwarmd, de verandering in temperatuur en de massa van de stof. De vergelijking is:
Vraag = mc∆T
Hier, Vraag betekent warmte (wat je wilt weten), m betekent massa, c betekent de soortelijke warmtecapaciteit en ∆Tis de verandering in temperatuur. U kunt de verandering in temperatuur vinden door de begintemperatuur af te trekken van de eindtemperatuur.
Stel je bijvoorbeeld voor dat je de temperatuur van 2 kg water verhoogt van 10 graden C naar 50 graden C. De verandering in temperatuur is ∆T= (50 – 10) graden C = 40 graden C. Uit de laatste sectie is de soortelijke warmtecapaciteit van water 4.181 J / kg graad C, dus de vergelijking geeft:
Vraag = 2 kg × 4181 J / kg graad C × 40 graden C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Er is dus ongeveer 334,5 duizend joule (kJ) warmte nodig om de temperatuur van 2 kg water met 40 graden Celsius te verhogen.
Tips voor alternatieve eenheden
Soms worden specifieke warmtecapaciteiten in verschillende eenheden gegeven. Het kan bijvoorbeeld worden geciteerd in joule / gram graden C, calorieën / gram graden C of joule / mol graden C. Een calorie is een alternatieve eenheid van energie (1 calorie = 4,184 joule), gram is 1/1000 van een kilogram, en een mol (afgekort tot mol) is een eenheid die in de chemie wordt gebruikt. Zolang u consistente eenheden gebruikt, blijft de bovenstaande formule geldig.
Als de soortelijke warmte bijvoorbeeld wordt gegeven in joule / gram graad C, citeer dan de massa van de stof in gram ook, of als alternatief, zet de soortelijke warmtecapaciteit om in kilogram door deze te vermenigvuldigen met 1,000. Als de warmtecapaciteit wordt gegeven in joule / mol graden C, is het het gemakkelijkst om de massa van de stof ook in mol aan te geven. Als de warmtecapaciteit wordt gegeven in calorieën / kg graad C, is je resultaat in calorieën van warmte in plaats van joule, die je achteraf kunt omrekenen als je het antwoord in joules nodig hebt.
Als je Kelvin tegenkomt als eenheid voor temperatuur (symbool K), is dit bij temperatuursveranderingen precies hetzelfde als Celsius, dus je hoeft eigenlijk niets te doen.