V bežnom jazyku ľudia používajú pojmy teplo a teplota zameniteľné. V širšej oblasti termodynamiky a fyziky majú oba termíny veľmi odlišný význam. Ak sa snažíte vypočítať, koľko tepla niečo absorbuje, keď zvýšite jeho teplotu, musíte pochopiť rozdiel medzi nimi a ako vypočítať jedno od druhého. Môžete to urobiť jednoducho: stačí vynásobiť tepelnú kapacitu látky, ktorú ohrievate, hmotou látky a zmenou teploty, aby ste našli absorbované teplo.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Vypočítajte absorpciu tepla pomocou vzorca:
Q = mc∆T
Q znamená absorbované teplo, m je hmotnosť látky absorbujúcej teplo, c je merná tepelná kapacita a ∆Tje zmena teploty.
Prvý zákon termodynamiky a tepla
Prvý zákon termodynamiky hovorí, že zmena vnútornej energie látky je súčtom tepla, ktoré sa na ňu prenáša, a práce na nej vykonanej (alebo tepla, ktoré sa na ňu prenáša). mínus vykonaná práca od to). „Práca“ je iba slovo, ktoré fyzici používajú na prenos fyzickej energie. Napríklad miešanie šálky kávy funguje v tekutine v nej a vy pracujete na predmete, keď ho vyberiete alebo vyhodíte.
Teplo je ďalšou formou prenosu energie, ale dochádza k nej vtedy, keď majú dva objekty navzájom odlišné teploty. Ak dáte do panvice studenú vodu a zapnete kachle, plamene ju zohrejú a horúca voda ohreje vodu. To zvyšuje teplotu vody a dodáva jej energiu. Druhý zákon termodynamiky určuje, že teplo prúdi iba od teplejších predmetov k chladnejším, nie naopak.
Vysvetlená špecifická tepelná kapacita
Kľúčom k vyriešeniu problému výpočtu absorpcie tepla je koncept špecifickej tepelnej kapacity. Rôzne látky potrebujú na to, aby sa na ne zvýšila teplota, potrebné množstvo energie, ktoré je potrebné preniesť, a konkrétna tepelná kapacita látky vám napovie, koľko to je. Toto je množstvo dané symbolom c a meria sa v jouloch / kg stupňa Celzia. Stručne povedané, tepelná kapacita vám hovorí, koľko tepelnej energie (v jouloch) je potrebných na zvýšenie teploty 1 kg materiálu o 1 stupeň C. Merná tepelná kapacita vody je 4 181 J / kg stupňa C a merná tepelná kapacita olova je 128 J / kg stupňa C. To vám na prvý pohľad povie, že na zvýšenie teploty olova je potrebných menej energie ako k vode.
Výpočet absorpcie tepla
Informácie v posledných dvoch častiach môžete použiť spolu s jedným jednoduchým vzorcom na výpočet absorpcie tepla v konkrétnej situácii. Všetko, čo potrebujete vedieť, je zohrievaná látka, zmena teploty a hmotnosť látky. Rovnica je:
Q = mc∆T
Tu, Q znamená teplo (čo chcete vedieť), m znamená hmotnosť, c znamená špecifickú tepelnú kapacitu a ∆Tje zmena teploty. Zmenu teploty nájdete odčítaním začiatočnej teploty od konečnej.
Ako príklad si predstavme zvýšenie teploty 2 kg vody z 10 stupňov C na 50 stupňov C. Zmena teploty je ∆T= (50 - 10) stupňov C = 40 stupňov C. Z poslednej časti je merná tepelná kapacita vody 4 181 J / kg stupňa C, takže rovnica udáva:
Q = 2 kg × 4181 J / kg stupňa C × 40 stupňov C.
= 334 480 J = 334,5 kJ
Na zvýšenie teploty 2 kg vody o 40 stupňov C je teda potrebných asi 334,5 tisíc joulov (kJ) tepla.
Tipy na alternatívne jednotky
Niekedy sú špecifické tepelné kapacity uvedené v rôznych jednotkách. Môže byť napríklad uvedená v jouloch / gram stupňov C, kalóriách / gramoch C alebo jouloch / mol. Kalória je alternatívna jednotka energie (1 kalória = 4,184 joulu), gramy sú 1/1000 kilogramu a mol (skrátený na mol) je jednotka používaná v chémii. Pokiaľ použijete konzistentné jednotky, bude platiť vyššie uvedený vzorec.
Napríklad, ak je špecifické teplo uvedené v jouloch / gram stupňa C, uveďte hmotnosť látky v gramy tiež, alebo alternatívne previesť špecifickú tepelnú kapacitu na kilogramy vynásobením číslom 1,000. Ak sa tepelná kapacita udáva v jouloch / mol stupňa C, je najjednoduchšie uviesť aj hmotnosť látky v moloch. Ak je tepelná kapacita uvedená v kalóriách / kg stupňa C, váš výsledok bude v kalóriách tepla namiesto v jouloch, ktoré môžete potom previesť, ak potrebujete odpoveď v jouloch.
Ak sa stretnete s Kelvinom ako jednotkou teploty (symbol K), pre zmeny teploty je to úplne to isté ako Celzia, takže nemusíte robiť nič.