W języku potocznym ludzie zamiennie używają terminów ciepło i temperatura. Jednak w dziedzinie termodynamiki i szerzej fizyki te dwa terminy mają bardzo różne znaczenia. Jeśli próbujesz obliczyć, ile ciepła jest pochłaniane przez coś, gdy podnosisz jego temperaturę, musisz zrozumieć różnicę między nimi i jak obliczyć jedno od drugiego. Możesz to zrobić łatwo: po prostu pomnóż pojemność cieplną ogrzewanej substancji przez masę substancji i zmianę temperatury, aby znaleźć pochłonięte ciepło.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Oblicz pochłanianie ciepła za pomocą wzoru:
Q = mc∆T
Q oznacza ciepło pochłonięte, m to masa substancji pochłaniającej ciepło, do to właściwa pojemność cieplna i ∆Tto zmiana temperatury.
Pierwsza zasada termodynamiki i ciepła
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że zmiana energii wewnętrznej substancji jest sumą ciepła przekazanego do niej i wykonanej na niej pracy (lub ciepła przekazanego do niej minus Praca skończona przez to). „Praca” to tylko słowo, którego fizycy używają do fizycznego przekazywania energii. Na przykład mieszanie filiżanki kawy działa w płynie, który się w niej znajduje, i pracujesz nad przedmiotem, gdy go podnosisz lub rzucasz.
Ciepło to kolejna forma przekazywania energii, ale zachodzi, gdy dwa obiekty mają różne temperatury. Jeśli włożysz zimną wodę do garnka i włączysz kuchenkę, płomienie nagrzeją patelnię, a gorąca patelnia ogrzeje wodę. Podnosi to temperaturę wody i dodaje jej energii. Druga zasada termodynamiki mówi, że ciepło przepływa tylko z cieplejszych obiektów do zimniejszych, a nie na odwrót.
Objaśnienie właściwej pojemności cieplnej
Kluczem do rozwiązania problemu obliczania pochłaniania ciepła jest pojęcie pojemności cieplnej właściwej. Różne substancje potrzebują różnych ilości energii, aby zostały do nich przekazane, aby podnieść temperaturę, a właściwa pojemność cieplna substancji mówi, ile to jest. Jest to ilość podana w symbolu do i mierzone w dżulach/kg stopniach Celsjusza. Krótko mówiąc, pojemność cieplna mówi, ile energii cieplnej (w dżulach) potrzeba, aby podnieść temperaturę 1 kg materiału o 1 stopień C. Ciepło właściwe wody wynosi 4181 J/kg°C, a ciepło właściwe ołowiu 128 J/kg°C. To mówi na pierwszy rzut oka, że do podniesienia temperatury ołowiu potrzeba mniej energii niż wody.
Obliczanie pochłaniania ciepła
Możesz wykorzystać informacje z dwóch ostatnich sekcji wraz z jednym prostym wzorem do obliczenia pochłaniania ciepła w określonej sytuacji. Wszystko, co musisz wiedzieć, to podgrzewana substancja, zmiana temperatury i masa substancji. Równanie to:
Q = mc∆T
Tutaj, Q oznacza ciepło (co chcesz wiedzieć), m oznacza masę, do oznacza właściwą pojemność cieplną i ∆Tto zmiana temperatury. Możesz znaleźć zmianę temperatury, odejmując temperaturę początkową od temperatury końcowej.
Jako przykład wyobraźmy sobie podwyższenie temperatury 2 kg wody z 10 stopni C do 50 stopni C. Zmiana temperatury wynosi ∆T= (50 – 10) stopni C = 40 stopni C. Z ostatniej sekcji ciepło właściwe wody wynosi 4181 J/kg stopnia C, więc równanie daje:
Q = 2 kg × 4181 J / kg stopni C × 40 stopni C
= 334 480 J = 334,5 kJ
Potrzeba więc około 334,5 tys. dżuli (kJ) ciepła, aby podnieść temperaturę 2 kg wody o 40 stopni C.
Wskazówki dotyczące jednostek alternatywnych
Czasami w różnych jednostkach podawane są określone pojemności cieplne. Na przykład może być podawany w dżulach / gram stopniach C, kaloriach / gram stopniach C lub dżulach / mol stopniach C. Kaloria to alternatywna jednostka energii (1 kaloria = 4,184 dżuli), gram to 1/1000 kilograma, a mol (skrócony do mola) jest jednostką używaną w chemii. Dopóki używasz spójnych jednostek, powyższa formuła będzie obowiązywać.
Na przykład, jeśli ciepło właściwe jest podane w dżulach / gram stopniach C, podaj masę substancji w gramy też, lub alternatywnie, zamień ciepło właściwe na kilogramy, mnożąc je przez 1,000. Jeśli pojemność cieplna jest podawana w dżulach / mol stopnia C, najłatwiej jest podać również masę substancji w molach. Jeśli pojemność cieplna jest podana w kaloriach / kg stopni C, Twój wynik będzie w kaloriach ciepła zamiast w dżulach, które możesz później przeliczyć, jeśli potrzebujesz odpowiedzi w dżulach.
Jeśli napotkasz Kelvin jako jednostkę temperatury (symbol K), dla zmian temperatury jest to dokładnie to samo, co Celsjusz, więc tak naprawdę nie musisz nic robić.