Hvordan beregne varmeabsorpsjon

I hverdagsspråket bruker folk begrepene varme og temperatur om hverandre. Innen termodynamikk og fysikk bredere, har de to begrepene imidlertid veldig forskjellige betydninger. Hvis du prøver å beregne hvor mye varme som absorberes av noe når du hever temperaturen, må du forstå forskjellen mellom de to og hvordan du beregner den ene fra den andre. Du kan gjøre dette enkelt: multipliser bare varmekapasiteten til stoffet du varmer opp med stoffets masse og temperaturendringen for å finne den absorberte varmen.

TL; DR (for lang; Leste ikke)

Beregn varmeabsorpsjon ved hjelp av formelen:

Q = mc∆T

Q betyr den absorberte varmen, m er massen av stoffet som absorberer varme, c er den spesifikke varmekapasiteten og ∆Ter temperaturendringen.

Den første loven om termodynamikk sier at endringen i indre energi til et stoff er summen av varmen som overføres til det og arbeidet som er gjort på det (eller varmen overført til det minus arbeidet gjort av den). "Arbeid" er bare et ord fysikere bruker for fysisk energioverføring. For eksempel virker det å røre en kopp kaffe i væsken i den, og du jobber på en gjenstand når du tar den eller kaster den.

Varme er en annen form for energioverføring, men det er en som finner sted når to gjenstander har forskjellige temperaturer til hverandre. Hvis du legger kaldt vann i en panne, og slår på ovnen, varmer flammen opp pannen og den varme pannen varmer opp vannet. Dette hever temperaturen på vannet og gir det energi. Den andre loven om termodynamikk tilsier at varme bare strømmer fra varmere gjenstander til kaldere, ikke omvendt.

Nøkkelen til å løse problemet med å beregne varmeabsorpsjon er begrepet spesifikk varmekapasitet. Ulike stoffer trenger forskjellige mengder energi for å overføres til dem for å øke temperaturen, og stoffets spesifikke varmekapasitet forteller deg hvor mye det er. Dette er en mengde gitt symbolet c og målt i joule / kg grad Celsius. Kort sagt forteller varmekapasiteten deg hvor mye varmeenergi (i joule) som trengs for å øke temperaturen på 1 kg av et materiale med 1 grad C. Den spesifikke varmekapasiteten til vann er 4,181 J / kg grad C, og den spesifikke varmekapasiteten til bly er 128 J / kg grad C. Dette forteller deg med et øyeblikk at det tar mindre energi å øke temperaturen på bly enn det gjør vann.

Du kan bruke informasjonen i de to siste seksjonene sammen med en enkel formel for å beregne varmeabsorpsjonen i en bestemt situasjon. Alt du trenger å vite er stoffet som varmes opp, temperaturendringen og massen av stoffet. Ligningen er:

Q = mc∆T

Her, Q betyr varme (hva du vil vite), m betyr masse, c betyr spesifikk varmekapasitet og ∆Ter temperaturendringen. Du finner temperaturendringen ved å trekke starttemperaturen fra den endelige temperaturen.

Tenk deg å øke temperaturen på 2 kg vann fra 10 grader C til 50 C. Endringen i temperatur er ∆T= (50 - 10) grader C = 40 grader C. Fra den siste delen er vannets spesielle varmekapasitet 4,181 J / kg grad C, slik at ligningen gir:

Q = 2 kg × 4181 J / kg grad C × 40 grader C

= 334.480 J = 334.5 kJ

Så det tar omtrent 334,5 tusen joule (kJ) varme å øke temperaturen på 2 kg vann med 40 grader C.

Noen ganger er spesifikke varmekapasiteter gitt i forskjellige enheter. For eksempel kan det siteres i joule / gram grader C, kalorier / gram grader C eller joule / mol grader C. En kalori er en alternativ energienhet (1 kalori = 4,184 joule), gram er 1/1000 kilo, og en mol (forkortet til mol) er en enhet som brukes i kjemi. Så lenge du bruker konsistente enheter, holder formelen over.

For eksempel, hvis den spesifikke varmen er gitt i joule / gram grad C, siterer du stoffets masse i gram også, eller alternativt konvertere den spesifikke varmekapasiteten til kilo ved å multiplisere den med 1,000. Hvis varmekapasiteten er gitt i joule / mol grad C, er det enklest å sitere stoffets masse også i mol. Hvis varmekapasiteten er oppgitt i kalorier / kg grad C, blir resultatet ditt i kalorier av varme i stedet for joule, som du kan konvertere etterpå hvis du trenger svaret i joule.

Hvis du møter Kelvin som en enhet for temperatur (symbol K), for temperaturendringer er dette nøyaktig det samme som Celsius, så du trenger egentlig ikke å gjøre noe.