Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Prvý zákon termodynamiky a tepla
- Vysvetlená špecifická tepelná kapacita
- Výpočet absorpcie tepla
- Tipy na náhradné jednotky
V bežnom jazyku ľudia používajú termíny teplo a teplota zameniteľne. V oblasti termodynamiky a fyziky však tieto dva pojmy majú veľmi odlišné významy. Ak sa snažíte vypočítať, koľko tepla absorbuje niečo, keď zvýšite jeho teplotu, musíte pochopiť rozdiel medzi týmito dvoma a ako vypočítať jeden z druhého. Môžete to urobiť ľahko: stačí vynásobiť tepelnú kapacitu látky, ktorú zahrievate, hmotnosťou látky a zmenou teploty, aby ste našli absorbované teplo.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Vypočítajte absorpciu tepla pomocou vzorca:
Q = mc∆T
Q znamená absorbované teplo, m je hmotnosť látky absorbujúcej teplo, C je špecifická tepelná kapacita a ∆T je zmena teploty.
Prvý zákon termodynamiky a tepla
Prvý zákon termodynamiky uvádza, že zmena vnútornej energie látky je súčtom odovzdaného tepla a vykonanej práce (alebo odovzdaného tepla) bez vykonaná práca podľa it). „Práca“ je len slovo, ktoré fyzici používajú na prenos fyzickej energie. Napríklad miešanie šálky kávy pracuje v tekutine vnútri a vy pracujete na objekte, keď ho zdvihnete alebo vyhodíte.
Teplo je ďalšou formou prenosu energie, ale vyskytuje sa, keď sú dva objekty navzájom odlišné. Ak dáte do panvice studenú vodu a zapnete sporák, plamene zahrievajú oheň a horúca panvica ohrieva vodu. To zvyšuje teplotu vody a dodáva jej energiu. Druhý zákon termodynamiky nariaďuje, že teplo prúdi iba z horúcich objektov do chladnejších, nie naopak.
Vysvetlená špecifická tepelná kapacita
Kľúčom k riešeniu problému výpočtu absorpcie tepla je koncept špecifickej tepelnej kapacity. Rôzne látky potrebujú na prenos teploty rôzne množstvá energie a špecifická tepelná kapacita látky vám povie, koľko to je. Toto je množstvo dané symbolu C a merané v jouloch / kg stupňa Celzia. Stručne povedané, tepelná kapacita vám povie, koľko tepelnej energie (v jouloch) je potrebné na zvýšenie teploty 1 kg materiálu o 1 stupeň C. Merná tepelná kapacita vody je 4 181 J / kg stupňa C a špecifická tepelná kapacita olova je 128 J / kg stupňa C. To na prvý pohľad ukazuje, že zvýšenie teploty olova vyžaduje menej energie ako voda.
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 zahrievaná látka, zmena teploty a hmotnosť látky. Rovnica je:
Q = mc∆T
Tu, Q znamená teplo (to, čo chcete vedieť), m znamená hmotnosť, C znamená špecifickú tepelnú kapacitu a ∆T je zmena teploty. Zmenu teploty nájdete odpočítaním počiatočnej teploty od konečnej teploty.
Predstavte si napríklad zvýšenie teploty 2 kg vody z 10 ° C na 50 ° C. Zmena teploty je ∆T = (50 - 10) stupňov C = 40 stupňov C. Z poslednej časti je merná tepelná kapacita vody 4 181 J / kg stupňov C, takže rovnica poskytuje:
Q = 2 kg x 4181 J / kg stupňa C x 40 stupňov C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Na zvýšenie teploty 2 kg vody o 40 stupňov Celzia teda trvá asi 334,5 tisíc joulov (kJ).
Tipy na náhradné jednotky
Niekedy sú špecifické tepelné kapacity uvedené v rôznych jednotkách. Napríklad sa môže uvádzať v jouloch / gram stupňoch C, kalóriách / gramoch stupňov C alebo jouloch / mol stupňov C. Kalórie sú alternatívnymi jednotkami energie (1 kalórie = 4,184 joulov), gramy sú 1/1000 kilogramu , a mól (skrátený na mol) je jednotka používaná v chémii. Pokiaľ použijete konzistentné jednotky, vzorec uvedený vyššie platí.
Napríklad, ak je špecifické teplo uvedené v jouloch / gram stupňa C, uveďte aj hmotnosť látky v gramoch, alebo prípadne prepočítajte špecifickú tepelnú kapacitu na kilogramy jej vynásobením 1 000. Ak je tepelná kapacita uvedená v jouloch / mol stupňa C, je najľahšie uviesť aj hmotnosť látky v móloch. Ak je tepelná kapacita uvedená v kalóriách / kg stupňa C, váš výsledok bude v kalóriách tepla namiesto joulov, ktoré potom môžete previesť, ak potrebujete odpoveď v jouloch.
Ak sa stretnete s Kelvinom ako jednotkou teploty (symbol K), pre zmeny teploty je to presne to isté ako Celzia, takže naozaj nemusíte robiť nič.