V vsakdanjem jeziku ljudje izraze toplota in temperatura uporabljamo zamenljivo. Na področju termodinamike in fizike širše pa imata pojma zelo različen pomen. Če poskušate izračunati, koliko toplote nekaj absorbira, ko zvišate njegovo temperaturo, morate razumeti razliko med obema in kako izračunati eno od druge. To lahko storite enostavno: samo pomnožite toplotno sposobnost snovi, ki jo segrevate, z maso snovi in spremembo temperature, da najdete absorbirano toploto.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Izračunajte absorpcijo toplote po formuli:
V = mc∆T
V pomeni absorbirano toploto, m masa snovi, ki absorbira toploto, c je specifična toplotna zmogljivost in ∆Tje sprememba temperature.
Prvi zakon termodinamike in toplote
Prvi zakon termodinamike pravi, da je sprememba notranje energije snovi vsota toplote, ki ji je prenesena, in dela, opravljenega na njej (ali toplote, ki ji je prenesena minus opravljeno delo avtor it). "Delo" je le beseda, ki jo fiziki uporabljajo za prenos fizične energije. Mešanje skodelice kave na primer deluje v tekočini v njej, predmet pa delate, ko ga dvignete ali vržete.
Toplota je druga oblika prenosa energije, ki pa se zgodi, ko sta dva predmeta med seboj na različnih temperaturah. Če v ponev daste hladno vodo in vklopite štedilnik, plamen ponev segreje, vroča posoda pa segreje vodo. To zviša temperaturo vode in ji da energijo. Drugi zakon termodinamike narekuje, da toplota prehaja samo iz bolj vročih predmetov v hladnejše, ne pa tudi obratno.
Pojasnjena specifična toplotna zmogljivost
Ključ za reševanje problema izračuna absorpcije toplote je koncept specifične toplotne zmogljivosti. Različne snovi potrebujejo različne količine energije, da se jim prenese, da zvišajo temperaturo, specifična toplotna kapaciteta snovi pa vam pove, koliko je to. To je količina s simbolom c in merjeno v džulih / kg stopinje Celzija. Skratka, toplotna zmogljivost pove, koliko toplotne energije (v džuljih) je potrebno za dvig temperature 1 kg materiala za 1 stopinjo C. Specifična toplotna zmogljivost vode je 4.181 J / kg stopinje C, specifična toplotna zmogljivost svinca pa 128 J / kg stopinje C. To na prvi pogled pove, da za povečanje temperature svinca potrebuje manj energije kot vode.
Izračun absorpcije toplote
Podatke v zadnjih dveh odsekih lahko uporabite skupaj z eno preprosto formulo za izračun absorpcije toplote v določeni situaciji. Vse, kar morate vedeti, je snov, ki se segreva, sprememba temperature in mase snovi. Enačba je:
V = mc∆T
Tukaj, V pomeni toploto (kar želite vedeti), m pomeni maso, c pomeni specifično toplotno zmogljivost in ∆Tje sprememba temperature. Spremembo temperature najdete tako, da od končne temperature odštejete začetno temperaturo.
Za primer si predstavljajte, kako zvišajte temperaturo 2 kg vode z 10 stopinj C na 50 stopinj C. Sprememba temperature je ∆T= (50 - 10) stopinj C = 40 stopinj C. V zadnjem poglavju je specifična toplotna zmogljivost vode 4.181 J / kg stopinje C, zato enačba daje:
V = 2 kg × 4181 J / kg stopinje C × 40 stopinj C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Torej je za dvig temperature 2 kg vode za 40 stopinj C. potrebnih približno 334,5 tisoč džulov (kJ) toplote.
Nasveti o nadomestnih enotah
Včasih so specifične toplotne zmogljivosti podane v različnih enotah. Na primer, lahko je naveden v džulih / gram stopinj C, kalorijah / gram stopinj C ali džulih / mol stopinjah C. Kalorija je nadomestna enota energije (1 kalorija = 4,184 džula), grami so 1/1000 kilograma, mol (skrajšani na mol) pa je enota, ki se uporablja v kemiji. Dokler uporabljate dosledne enote, bo veljala zgornja formula.
Če je na primer specifična toplota podana v džulih / gram stopnje C, navedite maso snovi v gramov, ali pa pretvorite specifično toplotno zmogljivost v kilograme tako, da jo pomnožite s 1,000. Če je toplotna kapaciteta podana v džulih / mol stopinj C, je najlažje navesti tudi maso snovi v molih. Če je toplotna zmogljivost podana v kalorijah / kg stopinje C, bo vaš rezultat v kalorijah toplote namesto v džulih, ki jih lahko pozneje pretvorite, če potrebujete odgovor v džulih.
Če naletite na Kelvina kot enoto za temperaturo (simbol K), je za spremembe temperature to popolnoma enako kot Celzija, zato vam v resnici ni treba ničesar storiti.