În limbajul cotidian, oamenii folosesc termenii căldură și temperatură în mod interschimbabil. Cu toate acestea, în domeniul termodinamicii și fizicii, cei doi termeni au semnificații foarte diferite. Dacă încercați să calculați cât de multă căldură este absorbită de ceva atunci când îi ridicați temperatura, trebuie să înțelegeți diferența dintre cele două și cum să calculați una din cealaltă. Puteți face acest lucru cu ușurință: înmulțiți capacitatea de căldură a substanței pe care o încălziți cu masa substanței și schimbarea temperaturii pentru a găsi căldura absorbită.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Calculați absorbția căldurii folosind formula:
Î = mc∆T
Î înseamnă căldura absorbită, m este masa substanței care absoarbe căldura, c este capacitatea specifică de căldură și ∆Teste modificarea temperaturii.
Prima lege a termodinamicii și a căldurii
Prima lege a termodinamicii afirmă că schimbarea energiei interne a unei substanțe este suma căldurii transferate la ea și a muncii efectuate asupra acesteia (sau a căldurii transferate la ea)
minus munca depusă de aceasta). „Munca” este doar un cuvânt pe care îl folosesc fizicienii pentru transferul de energie fizică. De exemplu, amestecarea unei cani de cafea funcționează în lichidul din interiorul său și lucrați la un obiect atunci când îl ridicați sau îl aruncați.Căldura este o altă formă de transfer de energie, dar are loc atunci când două obiecte sunt la temperaturi diferite între ele. Dacă puneți apă rece într-o tigaie și porniți aragazul, flăcările încălzesc tigaia și tigaia fierbinte încălzește apa. Acest lucru crește temperatura apei și îi conferă energie. A doua lege a termodinamicii dictează că căldura curge doar de la obiecte mai fierbinți la obiecte mai reci, nu invers.
Explicați capacitatea specifică de căldură
Cheia rezolvării problemei calculării absorbției de căldură este conceptul de capacitate termică specifică. Diferite substanțe au nevoie de cantități diferite de energie care să le fie transferate pentru a crește temperatura, iar capacitatea specifică de căldură a substanței vă arată cât este. Aceasta este o cantitate dată simbolului c și măsurată în jouli / kg grade Celsius. Pe scurt, capacitatea de căldură vă spune câtă energie termică (în jouli) este necesară pentru a crește temperatura de 1 kg dintr-un material cu 1 grad C. Capacitatea termică specifică a apei este de 4.181 J / kg grad C, iar capacitatea termică specifică a plumbului este de 128 J / kg grad C. Acest lucru vă spune dintr-o privire că este nevoie de mai puțină energie pentru a crește temperatura plumbului decât apa.
Calculul absorbției de căldură
Puteți utiliza informațiile din ultimele două secțiuni împreună cu o formulă simplă pentru a calcula absorbția căldurii într-o anumită situație. Tot ce trebuie să știți este substanța încălzită, schimbarea temperaturii și masa substanței. Ecuația este:
Î = mc∆T
Aici, Î înseamnă căldură (ceea ce vrei să știi), m înseamnă masă, c înseamnă capacitatea termică specifică și ∆Teste modificarea temperaturii. Puteți găsi modificarea temperaturii scăzând temperatura de pornire din temperatura finală.
De exemplu, imaginați-vă creșterea temperaturii de 2 kg de apă de la 10 grade C la 50 grade C. Modificarea temperaturii este ∆T= (50 - 10) grade C = 40 grade C. Din ultima secțiune, capacitatea termică specifică a apei este de 4.181 J / kg grad C, deci ecuația dă:
Î = 2 kg × 4181 J / kg grad C × 40 grade C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Deci este nevoie de aproximativ 334,5 mii jouli (kJ) de căldură pentru a crește temperatura de 2 kg de apă cu 40 de grade C.
Sfaturi privind unitățile alternative
Uneori, capacitățile specifice de căldură sunt date în diferite unități. De exemplu, poate fi citat în jouli / gram grade C, calorii / gram grade C sau jouli / mol grade C. O calorie este o unitate alternativă de energie (1 calorie = 4.184 jouli), grame sunt 1/1000 dintr-un kilogram, iar un mol (scurtat în mol) este o unitate utilizată în chimie. Atâta timp cât utilizați unități consistente, formula de mai sus va păstra.
De exemplu, dacă căldura specifică este dată în jouli / gram grad C, citați masa substanței în grame sau, alternativ, convertiți capacitatea specifică de căldură în kilograme înmulțind-o cu 1,000. Dacă capacitatea de căldură este dată în juli / mol grade C, este mai ușor să se citeze și masa substanței în moli. Dacă capacitatea de căldură este dată în calorii / kg grade C, rezultatul dvs. va fi în calorii de căldură în loc de jouli, pe care îi puteți converti ulterior dacă aveți nevoie de răspunsul în jouli.
Dacă întâlniți Kelvin ca unitate pentru temperatură (simbolul K), pentru modificările de temperatură, acesta este exact la fel ca Celsius, deci nu trebuie să faceți nimic.