Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Първият закон на термодинамиката и топлината
- Обяснена специфична топлинна мощност
- Изчисляване на абсорбция на топлина
- Съвети за алтернативни единици
В ежедневния език хората използват взаимозаменяемо термините топлина и температура. В областта на термодинамиката и физиката по-широко, обаче, двата термина имат много различни значения. Ако се опитвате да изчислите колко топлина се поглъща от нещо, когато повишите температурата му, трябва да разберете разликата между двете и как да изчислите едната от другата. Можете да направите това лесно: просто умножете топлинния капацитет на веществото, което загрявате, върху масата на веществото и промяната на температурата, за да намерите топлината, погълната.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Изчислете топлинното поглъщане по формулата:
Q = MC∆т
Q означава топлина, абсорбирана, m е масата на веществото, абсорбиращо топлината, ° С е специфичната топлинна мощност и ∆т е промяната в температурата.
Първият закон на термодинамиката и топлината
Първият закон на термодинамиката гласи, че промяната на вътрешната енергия на веществото е сумата от топлината, прехвърлена върху него, и работата, извършена върху него (или топлината, прехвърлена върху него минус свършената работа от то). „Работа” е само дума, която физиците използват за физически трансфер на енергия. Например, разбъркването на чаша кафе върши работа в течността вътре в него, а вие работите върху предмет, когато го вземете или хвърлите.
Топлината е друга форма на пренос на енергия, но е тази, която се осъществява, когато два обекта са с различна температура един към друг. Ако сложите студена вода в тиган и включите печката, пламъците загряват тигана и горещият тиган нагрява водата. Това повишава температурата на водата и й дава енергия. Вторият закон на термодинамиката диктува, че топлината тече само от по-горещи обекти към по-студени, а не обратното.
Обяснена специфична топлинна мощност
Ключът към решаването на проблема с изчисляването на топлопоглъщането е концепцията за специфична топлинна мощност. Различните вещества се нуждаят от различни количества енергия, за да се прехвърлят към тях, за да повишат температурата, а специфичният топлинен капацитет на веществото ви показва колко е това. Това е количество, дадено на символа ° С и се измерва в джаули / кг градус по Целзий. Накратко, топлинният капацитет ви показва колко топлинна енергия (в джоули) е необходима, за да се повиши температурата на 1 кг материал с 1 градус С. Специфичният топлинен капацитет на водата е 4,11 J / kg градус С, и специфичният топлинният капацитет на оловото е 128 J / kg градус С. Това ви казва с един поглед, че за повишаване на температурата на олово е необходима по-малко енергия, отколкото водата.
Изчисляване на абсорбция на топлина
Можете да използвате информацията в последните два раздела, заедно с една проста формула, за да изчислите поглъщането на топлина в конкретна ситуация. Всичко, което трябва да знаете, е веществото, което се нагрява, промяната в температурата и масата на веществото. Уравнението е:
Q = MC∆т
Тук, Q означава топлина (това, което искате да знаете), m означава маса, ° С означава специфичната топлинна мощност и ∆т е промяната в температурата. Можете да намерите промяната в температурата, като извадите началната температура от крайната температура.
Като пример, представете си увеличаване на температурата на 2 кг вода от 10 градуса на 50 градуса С. Промяната в температурата е ∆т = (50 - 10) градуса С = 40 градуса С. От последния участък, специфичният топлинен капацитет на водата е 4,11 J / kg градус С, така че уравнението дава:
Q = 2 kg × 4181 J / kg градус C × 40 градуса C
= 334,480 J = 334,5 kJ
Така че са необходими около 334,5 хиляди джаула (kJ) топлина, за да се повиши температурата на 2 кг вода с 40 градуса С.
Съвети за алтернативни единици
Понякога специфични топлинни мощности са дадени в различни единици. Например, той може да бъде цитиран в джаули / грам градуси С, калории / грам градуси С или джаули / мол градуса С. Калорията е алтернативна единица енергия (1 калория = 4,184 джаула), грамовете са 1/1000 от килограм и мол (съкратен до мол) е единица, използвана в химията. Докато използвате последователни единици, горната формула ще бъде в сила.
Например, ако специфичната топлина е дадена в джоули / грам градус С, цитирайте масата на веществото в грамове или, като алтернатива, преобразувайте специфичния топлинен капацитет в килограми, като го умножите по 1000. Ако топлинният капацитет е даден в джоули / мол градус С, най-лесно е да се цитира масата на веществото и в бенките. Ако топлинният капацитет е даден в калории / кг градус С, резултатът ви ще бъде в калории топлина вместо джаули, които можете да преобразувате след това, ако се нуждаете от отговора в джоули.
Ако срещнете Келвин като единица за температура (символ К), за промените в температурата това е точно същото като Целзий, така че всъщност не е нужно да правите нищо.