TEPLO ABSORBOVANÉ: VZORCE, AKO HO VYPOČÍTAŤ A VYRIEŠIŤ CVIČENIA - FYZICKÝ - 2024

Absorbovanej teplo je definovaný ako prenos energie medzi dvoma telesami pri rôznych teplotách. Ten s nižšou teplotou absorbuje teplo toho s vyššou teplotou. Keď k tomu dôjde, zvyšuje sa tepelná energia látky, ktorá absorbuje teplo, a častice, ktoré ju tvoria, vibrujú rýchlejšie a zvyšujú svoju kinetickú energiu.

To môže viesť k zvýšeniu teploty alebo zmene stavu. Napríklad prejdite z tuhej na tekutú, napríklad ľad, keď sa topí pri kontakte s vodou alebo sódou pri izbovej teplote.

Kovová lyžica absorbuje teplo z horúcej kávy. Zdroj: Pixabay.

Vďaka teplu je tiež možné, aby objekty zmenili svoje rozmery. Tepelná rozťažnosť je dobrým príkladom tohto javu. Keď sa zahreje väčšina látok, majú tendenciu zväčšovať sa.

Výnimkou je voda. Rovnaké množstvo tekutej vody zvyšuje svoj objem, keď ochladzuje pod 4 ° C. Okrem toho zmeny teploty môžu tiež zaznamenať zmeny v ich hustote, čo je tiež veľmi pozorovateľné v prípade vody.

Z čoho pozostáva a vzorce

V prípade tranzitnej energie sú jednotkami absorbovaného tepla jouly. Avšak teplo už dlho malo svoje vlastné jednotky: kalórie.

Dokonca aj dnes sa táto jednotka používa na kvantifikáciu energetického obsahu potravín, hoci v skutočnosti jeden kalórií v strave zodpovedá jednému kilokalorickému teplu.

kalórií

Kalórie, skrátene na vápno, je množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 ° C.

V 19. storočí Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) uskutočnil slávny experiment, v ktorom sa mu podarilo transformovať mechanickú prácu na teplo a získať túto rovnocennosť:

V britských jednotkách sa jednotka tepla nazýva Btu (britská tepelná jednotka), ktorá je definovaná ako množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty jednej libry vody o 1 ° F.

Rovnocennosť medzi jednotkami je takáto:

Problém s týmito staršími jednotkami je v tom, že množstvo tepla závisí od teploty. To znamená, že teplota, ktorá sa vyžaduje napríklad pri teplote 70 ° C až 75 ° C, nie je rovnaká ako teplota potrebná na ohrev vody napríklad od 9 ° C do 10 ° C.

Preto definícia predpokladá dobre definované rozsahy: od 14,5 do 15,5 ° C a 63 až 64 ° F pre kalórie a Btu.

Na čom závisí množstvo absorbovaného tepla?

Množstvo absorbovaného tepla, ktoré materiál zachytí, závisí od niekoľkých faktorov:

- Mass. Čím väčšia je hmotnosť, tým viac tepla je schopné absorbovať.

- Vlastnosti látky. Existujú látky, ktoré v závislosti od svojej molekulárnej alebo atómovej štruktúry sú schopné absorbovať viac tepla ako iné.

- Teplota. Na dosiahnutie vyššej teploty je potrebné pridať viac tepla.

Množstvo tepla, označené ako Q, je úmerné opísaným faktorom. Preto sa dá písať ako:

Ak m je hmotnosť predmetu, c je konštanta nazývaná špecifické teplo, vnútorná vlastnosť látky a A je zmena teploty dosiahnutá absorpciou tepla.

Tento rozdiel má pozitívne znamenie, pretože pri absorpcii tepla sa očakáva, že _Tf > T _o. K tomu dôjde, pokiaľ látka neprechádza fázovou zmenou, ako napríklad voda prechádzajúca z kvapaliny na paru. Keď voda vrie, jej teplota zostáva konštantná pri približne 100 ° C, bez ohľadu na to, ako rýchlo vrie.

Ako to počítať?

Umiestnením dvoch predmetov pri rôznych teplotách pri kontakte po chvíli oba dosiahnu tepelnú rovnováhu. Teplota sa potom vyrovná a prenos tepla prestane. To isté sa stane, keď prídu do kontaktu viac ako dva objekty. Po určitom čase budú všetky mať rovnakú teplotu.

Za predpokladu, že predmet v kontakte tvorí uzavretý systém, z ktorého nemôže teplo uniknúť, platí princíp šetrenia energie, takže je možné konštatovať, že:

Q _absorbované = - Q _získané

Predstavuje energetickú rovnováhu podobnú bilancii príjmov a výdavkov osoby. Z tohto dôvodu má prenesené teplo záporné znamenie, pretože pre predmet, ktorý poskytuje, je konečná teplota nižšia ako pôvodná teplota. teda:

Rovnica Q _absorbuje = - Q _získa sa používa vždy, keď dva objekty sú v kontakte.

Energetická bilancia

Na vykonanie energetickej rovnováhy je potrebné rozlišovať predmety, ktoré absorbujú teplo, od tých, ktoré vydávajú, potom:

Σ Q _k = 0

To znamená, že súčet energetických ziskov a strát v uzavretom systéme sa musí rovnať 0.

Merné teplo látky

Na výpočet množstva absorbovaného tepla je potrebné poznať špecifické teplo každej zúčastnenej látky. Je to množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 g materiálu o 1 ° C. Jeho jednotky v medzinárodnom systéme sú: Joule / kg. K.

Existujú tabuľky so špecifickým teplom mnohých látok, zvyčajne vypočítané pomocou kalorimetra alebo podobných nástrojov.

Príklad, ako vypočítať špecifické teplo materiálu

Na zvýšenie teploty kovového kruhu z 20 na 30 ° C je potrebných 250 kalórií. Ak má prsteň hmotnosť 90 g. Aká je špecifická teplota kovu v jednotkách SI?

Riešenie

Jednotky sa skonvertujú ako prvé:

Q = 250 kalórií = 1046,5 J

m = 90 g = 90 x ^10-3 kg

Cvičenie bolo vyriešené

Hliníkový kelímok obsahuje 225 g vody a 40 g medeného miešadla, všetko pri 27 ° C. Do vody sa umiestni 400 g vzorky striebra pri počiatočnej teplote 87 ° C.

Miešadlo sa používa na miešanie zmesi, až kým nedosiahne konečnú rovnovážnu teplotu 32 ° C. Vypočítajte hmotnosť hliníkovej misky s prihliadnutím na to, že nedochádza k žiadnym tepelným stratám do životného prostredia.

Schéma kalorimetra. Zdroj: Solidswiki.

Prístup

Ako je uvedené vyššie, je dôležité rozlišovať medzi objektmi, ktoré odovzdávajú teplo, a tými, ktoré absorbujú:

- Hliníkový kelímok, medené miešadlo a voda absorbujú teplo.

- Vzorka striebra poskytuje teplo.

údaje

Dodávajú sa špecifické ohrievania každej látky:

Teplo absorbované alebo prenášané každou látkou sa vypočíta pomocou rovnice:

Riešenie

striebro

Q _poskytla = 400 x ^10-3 . 234 x (32 - 87) J = -5148 J

Medené miešadlo

Q _absorbované = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J

voda

Q _absorbované = 225 x ^10-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J

Hliníkový hrnček

Q _absorbované = m _hliník . 900 x (32 - 27) J = 4500 um _hliník

Využívanie:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 um _hliník = - (-5148)

Nakoniec sa vyčistí hmotnosť hliníka:

m _hliník = 0,0803 kg = 80,3 g

Referencie

1. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6 ^th . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohľad na svet. 6 ^ta Editácia skrátená. Cengage Learning. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Základy fyziky. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitná fyzika s modernou fyzikou. 14 ^th . Volume1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fyzikálne základy. 9 ^na Cengage Learning. 362 - 374