วิธีการคำนวณการดูดซับความร้อน

ในภาษาในชีวิตประจำวัน ผู้คนใช้คำว่าความร้อนและอุณหภูมิแทนกันได้ ในสาขาเทอร์โมไดนามิกส์และฟิสิกส์ให้กว้างกว่านั้น คำศัพท์ทั้งสองมีความหมายต่างกันมาก หากคุณกำลังพยายามคำนวณความร้อนที่บางสิ่งดูดซับโดยบางสิ่งเมื่อคุณเพิ่มอุณหภูมิของมัน คุณต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้และวิธีการคำนวณอย่างใดอย่างหนึ่งจากที่อื่น คุณสามารถทำได้ง่ายๆ เพียงคูณความจุความร้อนของสารที่คุณกำลังให้ความร้อนด้วยมวลของสารและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพื่อค้นหาความร้อนที่ดูดซับ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

คำนวณการดูดซับความร้อนโดยใช้สูตร:

คิว = mc∆ตู่

คิว หมายถึง ความร้อนที่ดูดซับ ม คือ มวลของสารที่ดูดซับความร้อน ค คือความจุความร้อนจำเพาะและ ∆ตู่คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในของสารคือผลรวมของความร้อนที่ถ่ายเทไปยังสารนั้นและงานที่ทำกับสารนั้น (หรือความร้อนที่ถ่ายเทไปยังสารนั้น ลบ งานที่ทำ โดย มัน). “งาน” เป็นเพียงคำที่นักฟิสิกส์ใช้ในการถ่ายเทพลังงานทางกายภาพ ตัวอย่างเช่น การกวนกาแฟหนึ่งถ้วยจะทำงานในของเหลวที่อยู่ภายใน และคุณทำงานกับวัตถุเมื่อคุณหยิบหรือโยนมัน

ความร้อนเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการถ่ายเทพลังงาน แต่จะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นมีอุณหภูมิต่างกัน หากคุณใส่น้ำเย็นลงในกระทะแล้วเปิดเตา เปลวไฟจะทำให้กระทะร้อนและกระทะร้อนจะทำให้น้ำร้อน สิ่งนี้จะเพิ่มอุณหภูมิของน้ำและให้พลังงาน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กำหนดว่าความร้อนจะไหลจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่าเท่านั้น ไม่ใช่ในทางกลับกัน

กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาการคำนวณการดูดซับความร้อนคือแนวคิดของความจุความร้อนจำเพาะ สารต่าง ๆ ต้องการพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อถ่ายโอนไปยังพวกมันเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ และความจุความร้อนจำเพาะของสารจะบอกคุณว่านั่นคือเท่าไร นี่คือปริมาณที่กำหนดสัญลักษณ์ ค และวัดเป็นจูล/กก. องศาเซลเซียส กล่าวโดยย่อ ความจุความร้อนจะบอกคุณว่าต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าใด (เป็นจูล) เพื่อทำให้อุณหภูมิ 1 กิโลกรัมของวัสดุสูงขึ้น 1 องศาเซลเซียส ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4,181 J / kg องศา C และความจุความร้อนจำเพาะของตะกั่วคือ 128 J/ kg องศา C สิ่งนี้จะบอกคุณโดยคร่าวๆ ว่าการเพิ่มอุณหภูมิของตะกั่วนั้นใช้พลังงานน้อยกว่าที่ใช้กับน้ำ

คุณสามารถใช้ข้อมูลในสองส่วนสุดท้ายพร้อมกับสูตรง่ายๆ เพียงสูตรเดียวในการคำนวณการดูดซับความร้อนในสถานการณ์เฉพาะ สิ่งที่คุณต้องรู้คือสารที่กำลังให้ความร้อน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และมวลของสาร สมการคือ:

คิว = mc∆ตู่

ที่นี่ คิว หมายถึงความร้อน (สิ่งที่คุณอยากรู้) ม หมายถึงมวล ค หมายถึงความจุความร้อนจำเพาะและ ∆ตู่คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คุณสามารถค้นหาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้โดยการลบอุณหภูมิเริ่มต้นออกจากอุณหภูมิสุดท้าย

ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 2 กิโลกรัมจาก 10 องศาเซลเซียสเป็น 50 องศาเซลเซียส การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิคือ ∆ตู่= (50 – 10) องศา C = 40 องศา C จากส่วนสุดท้าย ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4,181 J / kg องศา C ดังนั้นสมการจะได้ดังนี้

คิว = 2 กก. × 4181 J / กก. องศา C × 40 องศา C

= 334,480 J = 334.5 kJk

ดังนั้นต้องใช้ความร้อนประมาณ 334.5 พันจูล (kJ) เพื่อทำให้อุณหภูมิของน้ำ 2 กก. สูงขึ้น 40 องศาเซลเซียส

บางครั้งความจุความร้อนจำเพาะจะได้รับในหน่วยที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น อาจใช้หน่วยจูล/กรัมองศาเซลเซียส แคลอรี/กรัมองศาเซลเซียส หรือจูล/โมลองศาเซลเซียส แคลอรี่เป็นหน่วยพลังงานทางเลือก (1 แคลอรี = 4.184 จูล) กรัมคือ 1/1000 ของกิโลกรัม และโมล (ย่อให้เหลือโมล) เป็นหน่วยที่ใช้ในทางเคมี ตราบใดที่คุณใช้หน่วยที่สอดคล้องกัน สูตรข้างต้นจะคงอยู่

ตัวอย่างเช่น หากให้ความร้อนจำเพาะเป็นจูล / กรัม องศาเซลเซียส ให้ยกมวลของสารเป็น กรัม หรือแปลงความจุความร้อนจำเพาะเป็นกิโลกรัมโดยคูณด้วย 1,000. หากความจุความร้อนกำหนดเป็นจูล/โมลองศาเซลเซียส จะเป็นการง่ายที่สุดที่จะยกมวลของสารเป็นโมลด้วย หากความจุความร้อนระบุเป็นแคลอรี/กก. องศาซี ผลลัพธ์ของคุณจะอยู่ในหน่วยแคลอรีความร้อนแทนที่จะเป็นจูล ซึ่งคุณสามารถเปลี่ยนได้ในภายหลังหากคุณต้องการคำตอบเป็นจูล

หากคุณพบเคลวินเป็นหน่วยของอุณหภูมิ (สัญลักษณ์ K) สำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ค่านี้จะเหมือนกับเซลเซียสทุกประการ ดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องดำเนินการใดๆ เลย