TEPLO PRENÁŠANÉ: VZORCE, AKO ICH VYPOČÍTAŤ A VYRIEŠIŤ CVIČENIA - FYZICKÝ - 2024

Teplo previedlo je prenos energie medzi dvoma telesami pri rôznych teplotách. Ten, ktorý má vyššiu teplotu, odovzdáva teplo ten, ktorý má nižšiu teplotu. Či už sa telo vzdá alebo absorbuje teplo, jeho teplota alebo fyzický stav sa môže líšiť v závislosti od hmotnosti a vlastností materiálu, z ktorého je vyrobené.

Dobrým príkladom je šálka kávy v pare. Kovová lyžica, s ktorou sa cukor mieša, sa zahrieva. Ak zostane v šálke dostatočne dlho, káva a kovová lyžička skončí vyrovnaním ich teplôt: káva sa ochladí a do lyžice sa prenesie teplo. Určité teplo sa dostane do prostredia, pretože systém nie je izolovaný.

Káva a lyžica sa po chvíli dostanú do tepelnej rovnováhy. Zdroj: Pixabay.

Keď sú teploty rovnaké, bola dosiahnutá tepelná rovnováha.

Keby ste urobili rovnaký test s plastovou čajovou lyžičkou, určite by ste si všimli, že sa nezahrieva tak rýchlo ako kovová lyžička, ale nakoniec sa tiež dostane do rovnováhy s kávou a všetkým okolo nej.

Je to preto, že kov vedie teplo lepšie ako plast. Na druhej strane káva určite vydáva teplo inou rýchlosťou ako horúca čokoláda alebo iný nápoj. Teplo, ktoré každý predmet absorbuje alebo absorbuje, závisí od toho, z akého materiálu alebo látky je vyrobený.

Z čoho pozostáva a vzorce

Teplo sa vždy vzťahuje na tok alebo prenos energie medzi jednotlivými objektmi v dôsledku rozdielu teplôt.

Preto hovoríme o prenose alebo absorbovaní tepla, pretože pridaním alebo odobratím tepla alebo energie nejakým spôsobom je možné modifikovať teplotu prvku.

Množstvo tepla, ktoré najteplejší predmet vydáva, sa zvyčajne nazýva Q. Táto hodnota je úmerná hmotnosti daného objektu. Telo s veľkou hmotnosťou je schopné vzdať sa viac tepla ako iné s nižšou hmotnosťou.

Teplotný rozdiel

Ďalším dôležitým faktorom pri výpočte prenosu tepla je rozdiel v teplote, ktorú vykazuje objekt prenášajúci teplo. Označuje sa ako Δ T a vypočíta sa takto:

Nakoniec množstvo prenášaného tepla tiež závisí od povahy a vlastností predmetu, ktoré sú kvantitatívne zhrnuté v konštante nazývanej špecifické teplo materiálu, označované ako c.

Takže konečne výraz prenášaného tepla je nasledujúci:

Akt odovzdania je symbolizovaný záporným znamením.

Merné teplo a tepelná kapacita látky

Merné teplo je množstvo tepla potrebné na zvýšenie teploty 1 g látky o 1 ° C. Je to vnútorná vlastnosť materiálu. Jeho jednotky v medzinárodnom systéme sú: Joule / kg. K (Joule medzi kilogramom a teplotou v stupňoch Kelvin).

Tepelná kapacita C je prepojená koncepcia, ale mierne odlišná, pretože ide o hmotnosť objektu. Tepelná kapacita je definovaná takto:

Jeho jednotky SI sú Joule / K. Uvoľnené teplo sa teda dá vyjadriť rovnako ako:

Ako to počítať?

Na výpočet tepla prenášaného objektom je potrebné poznať nasledujúce:

- Merné teplo látky, ktorá sa vzdáva tepla.

- hmotnosť uvedenej látky

- Konečná teplota, ktorá sa má získať

Konkrétne hodnoty tepla pre mnoho materiálov boli stanovené experimentálne a sú k dispozícii v tabuľkách.

kalorimetria

Ak táto hodnota nie je známa, je možné ju získať pomocou teplomeru a vody v tepelne izolovanej nádobe: kalorimetri. Schéma tohto zariadenia je znázornená na obrázku, ktorý sprevádza cvičenie 1.

Vzorka látky sa ponorí pri určitej teplote do množstva vody, ktorá bola predtým zmeraná. Konečná teplota sa meria a pomocou získaných hodnôt sa stanoví špecifické teplo materiálu.

Porovnaním výsledku s hodnotami v tabuľke je možné zistiť, aká je podstata. Tento postup sa nazýva kalorimetria.

Tepelná bilancia sa uskutočňuje šetrením energie:

Q _poskytla + Q _{absorbovala = 0}

Riešené cvičenia

Cvičenie 1

Kusy medi s hmotnosťou 0,35 kg sa zavedú pri teplote 150 oC do 500 ml vody pri teplote 25 oC.

a) Konečná rovnovážna teplota

b) Koľko tepla v tomto procese prúdi?

údaje

Schéma základného kalorimetra: izolovaná nádoba s vodou a teplomer na meranie zmien teploty. l Zdroj: Dr. Tilahun Tesfaye

Riešenie

a) Meď odovzdáva teplo, zatiaľ čo ju voda absorbuje. Keďže sa systém považuje za uzavretý, do tepelnej bilancie zasahuje iba voda a vzorka:

Na druhej strane je potrebné vypočítať hmotnosť 500 ml vody:

Na základe týchto údajov sa vypočíta hmotnosť vody:

Rovnica pre teplo v každej látke je zvýšená:

Rovnaké výsledky máme:

Je to lineárna rovnica s neznámou, ktorej riešením je:

b) Množstvo tepla, ktoré prúdi, je odovzdané teplo alebo absorbované teplo:

Q _poskytla = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J

Q _absorbované = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J

Cvičenie 2

100 g medi sa zahrieva v peci pri teplote T _o a potom sa umiestni do 150 g kalorimetra medi obsahujúceho 200 g vody pri 16 ° C. Konečná teplota v rovnovážnom stave je 38 ° C. Po vážení kalorimetra a jeho obsahu sa zistí, že sa odparilo 1,2 g vody. Aká bola počiatočná teplota T _o ?

Riešenie

Toto cvičenie sa líši od predchádzajúceho, pretože je potrebné vziať do úvahy, že kalorimeter tiež absorbuje teplo. Teplo uvoľňované kúskom medi sa investuje do všetkých nasledujúcich možností:

- Zahrejte vodu v kalorimetri (200 g)

- Zahrejte meď, z ktorej sa vyrába kalorimeter (150 g)

- Odparte 1,2 gramu vody (na fázovú zmenu je potrebná energia).

teda:

- 38,5. (38 - T _o ) = 22397,3

Do úvahy sa mohlo vziať aj teplo potrebné na to, aby sa 1,2 g vody zvýšilo na 100 ° C, ale v porovnaní s tým je pomerne malé množstvo.

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 . Vyd. Zväzok 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fyzikálne základy. 9 ^na Cengage Learning.