I vardagsspråket använder människor termerna värme och temperatur omväxlande. Inom området termodynamik och fysik bredare har de två termerna dock mycket olika betydelse. Om du försöker beräkna hur mycket värme som absorberas av något när du höjer temperaturen, måste du förstå skillnaden mellan de två och hur man beräknar varandra. Du kan göra det enkelt: multiplicera bara värmekapaciteten för ämnet du värmer upp med ämnets massa och temperaturförändringen för att hitta värmen absorberad.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Beräkna värmeabsorptionen med formeln:
F = mc∆T
F betyder absorberad värme, m är massan av ämnet som absorberar värme, c är den specifika värmekapaciteten och ∆Tär temperaturförändringen.
Den första lagen om termodynamik och värme
Den första lagen om termodynamik säger att förändringen i ett inre energi hos ett ämne är summan av värmen som överförs till det och det arbete som utförts på det (eller värmen som överförs till det minus- det utförda arbetet förbi Det). ”Arbete” är bara ett ord som fysiker använder för fysisk energiöverföring. Om du till exempel rör om en kopp kaffe fungerar vätskan inuti den och du arbetar på ett föremål när du tar upp eller kastar det.
Värme är en annan form av energiöverföring, men det är en som äger rum när två objekt har olika temperaturer till varandra. Om du lägger kallt vatten i en kastrull och slår på spisen, värmer lågorna pannan och den heta pannan värmer upp vattnet. Detta höjer vattentemperaturen och ger energi. Den andra lagen om termodynamik dikterar att värme bara flyter från varmare föremål till kallare, inte tvärtom.
Specifik värmekapacitet förklarad
Nyckeln till att lösa problemet med att beräkna värmeabsorptionen är begreppet specifik värmekapacitet. Olika ämnen behöver olika mängder energi för att överföras till dem för att höja temperaturen, och ämnets specifika värmekapacitet berättar hur mycket det är. Detta är en kvantitet som ges symbolen c och uppmätt i joule / kg grad Celsius. Kort sagt berättar värmekapaciteten hur mycket värmeenergi (i joule) som behövs för att höja temperaturen på 1 kg av ett material med 1 grad C. Den specifika värmekapaciteten för vatten är 4 181 J / kg grad C, och den specifika värmekapaciteten för bly är 128 J / kg grad C. Detta säger en överblick att det tar mindre energi att öka temperaturen på bly än vatten.
Beräkning av värmeabsorption
Du kan använda informationen i de två sista avsnitten tillsammans med en enkel formel för att beräkna värmeabsorptionen i en specifik situation. Allt du behöver veta är ämnet som värms upp, temperaturförändringen och ämnets massa. Ekvationen är:
F = mc∆T
Här, F betyder värme (vad du vill veta), m betyder massa, c betyder den specifika värmekapaciteten och ∆Tär temperaturförändringen. Du kan hitta temperaturförändringen genom att subtrahera starttemperaturen från den slutliga temperaturen.
Tänk som ett exempel att öka temperaturen på 2 kg vatten från 10 grader C till 50 grader C. Temperaturförändringen är ∆T= (50 - 10) grader C = 40 grader C. Från det sista avsnittet är den specifika värmekapaciteten för vatten 4,181 J / kg grad C, så ekvationen ger:
F = 2 kg × 4181 J / kg grad C × 40 grader C
= 334.480 J = 334.5 kJ
Så det tar cirka 334,5 tusen joule (kJ) för att höja temperaturen på 2 kg vatten med 40 grader C.
Tips om alternativa enheter
Ibland ges specifika värmekapaciteter i olika enheter. Till exempel kan den citeras i joule / gram grader C, kalorier / gram grader C eller joule / mol grader C. En kalori är en alternativ energienhet (1 kalori = 4,184 joule), gram är 1/1000 kilo och en mol (förkortad till mol) är en enhet som används i kemi. Så länge du använder enhetliga enheter kommer formeln ovan att gälla.
Till exempel, om den specifika värmen anges i joule / gram grad C, ange ämnets massa i gram också, eller alternativt konvertera den specifika värmekapaciteten till kilogram genom att multiplicera den med 1,000. Om värmekapaciteten anges i joule / mol grad C är det enklast att ange ämnets massa också i mol. Om värmekapaciteten anges i kalorier / kg grad C blir ditt resultat i värmekalorier istället för joule, som du kan konvertera efteråt om du behöver svaret i joule.
Om du stöter på Kelvin som en enhet för temperatur (symbol K), för temperaturförändringar är detta exakt samma som Celsius, så du behöver inte göra någonting.