Günlük dilde insanlar ısı ve sıcaklık terimlerini birbirinin yerine kullanırlar. Bununla birlikte, termodinamik ve fizik alanında daha geniş anlamda, iki terimin çok farklı anlamları vardır. Sıcaklığını yükselttiğinizde bir şey tarafından ne kadar ısı emildiğini hesaplamaya çalışıyorsanız, ikisi arasındaki farkı ve birinin diğerinden nasıl hesaplanacağını anlamanız gerekir. Bunu kolayca yapabilirsiniz: emilen ısıyı bulmak için ısıtmakta olduğunuz maddenin ısı kapasitesini maddenin kütlesi ve sıcaklıktaki değişimle çarpmanız yeterlidir.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Aşağıdaki formülü kullanarak ısı emilimini hesaplayın:
S = mc∆T
S emilen ısı anlamına gelir, m ısıyı emen maddenin kütlesi, c özgül ısı kapasitesi ve ∆Tsıcaklıktaki değişimdir.
Termodinamiğin Birinci Yasası ve Isı
Termodinamiğin birinci yasası, bir maddenin iç enerjisindeki değişimin, kendisine aktarılan ısı ile üzerinde yapılan işin (veya ona aktarılan ısının) toplamı olduğunu belirtir. eksi İş bitti tarafından o). “İş” sadece fizikçilerin fiziksel enerji transferi için kullandıkları bir kelimedir. Örneğin, bir fincan kahveyi karıştırmak içindeki sıvıda işe yarar ve bir nesneyi kaldırdığınızda veya fırlattığınızda üzerinde çalışırsınız.
Isı, başka bir enerji aktarımı şeklidir, ancak iki nesne birbirinden farklı sıcaklıklarda olduğunda gerçekleşir. Bir tencereye soğuk su koyup ocağı açarsanız alevler tavayı, sıcak tava da suyu ısıtır. Bu, suyun sıcaklığını yükseltir ve ona enerji verir. Termodinamiğin ikinci yasası, ısının yalnızca daha sıcak nesnelerden daha soğuk nesnelere aktığını, bunun tersi olmadığını belirtir.
Özgül Isı Kapasitesi Açıklandı
Isı emilimini hesaplama problemini çözmenin anahtarı, özgül ısı kapasitesi kavramıdır. Farklı maddeler, sıcaklığı yükseltmek için farklı miktarlarda enerjiye ihtiyaç duyarlar ve maddenin özgül ısı kapasitesi size bunun ne kadar olduğunu söyler. Bu, sembolü verilen bir miktardır. c ve joule / kg santigrat derece cinsinden ölçülür. Kısacası, ısı kapasitesi size 1 kg bir malzemenin sıcaklığını 1 derece C artırmak için ne kadar ısı enerjisine (joule cinsinden) ihtiyaç olduğunu söyler. Suyun özgül ısı kapasitesi 4.181 J/kg derece C, kurşunun özgül ısı kapasitesi ise 128 J/kg derece C'dir. Bu size bir bakışta kurşunun sıcaklığını arttırmanın suya göre daha az enerji gerektirdiğini söyler.
Isı Emilimi Hesaplama
Belirli bir durumda ısı emilimini hesaplamak için son iki bölümdeki bilgileri basit bir formülle birlikte kullanabilirsiniz. Bilmeniz gereken tek şey ısıtılan madde, sıcaklıktaki değişim ve maddenin kütlesidir. Denklem:
S = mc∆T
Buraya, S ısı anlamına gelir (bilmek istediğiniz şey), m kütle demektir, c özgül ısı kapasitesi anlamına gelir ve ∆Tsıcaklıktaki değişimdir. Başlangıç sıcaklığını son sıcaklıktan çıkararak sıcaklıktaki değişimi bulabilirsiniz.
Örnek olarak, 2 kg suyun sıcaklığını 10°C'den 50°C'ye yükselttiğinizi hayal edin. Sıcaklıktaki değişim ∆T= (50 – 10) derece C = 40 derece C. Son bölümden, suyun özgül ısı kapasitesi 4.181 J / kg derece C'dir, dolayısıyla denklem şunları verir:
S = 2 kg × 4181 J / kg derece C × 40 derece C
= 334.480 J = 334.5 kJ
Yani 2 kg suyun sıcaklığını 40 derece C artırmak için yaklaşık 334,5 bin joule (kJ) ısı gerekir.
Alternatif Birimlerle İlgili İpuçları
Bazen belirli ısı kapasiteleri farklı birimlerde verilir. Örneğin, joule / gram derece C, kalori / gram derece C veya joule / mol derece C cinsinden alıntı yapılabilir. Bir kalori, alternatif bir enerji birimidir (1 kalori = 4.184 jul), gram, kilogramın 1/1000'idir ve bir mol (mol olarak kısaltılmıştır) kimyada kullanılan bir birimdir. Tutarlı birimler kullandığınız sürece yukarıdaki formül geçerli olacaktır.
Örneğin, özgül ısı joule / gram derecesi C olarak verilmişse, maddenin kütlesini şu şekilde belirtin: gram da veya alternatif olarak, özgül ısı kapasitesini, ile çarparak kilograma dönüştürün. 1,000. Isı kapasitesi joule / mol derecesi C olarak verilirse, maddenin kütlesini de mol cinsinden belirtmek en kolay yoldur. Isı kapasitesi kalori / kg derece C olarak verilirse, sonucunuz joule yerine ısının kalorisi olacaktır, daha sonra cevaba ihtiyacınız varsa joule dönüştürebilirsiniz.
Sıcaklık birimi olarak (K sembolü) Kelvin ile karşılaşırsanız, sıcaklıktaki değişiklikler için bu, Celsius ile tamamen aynıdır, bu nedenle gerçekten hiçbir şey yapmanız gerekmez.