Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Den første lov om termodynamik og varme
- Specificeret varmekapacitet forklaret
- Beregning af varmeabsorption
- Tip til alternative enheder
I hverdagens sprog bruger folk udtrykket varme og temperatur om hverandre. På området mere termodynamik og fysik har de to udtryk imidlertid meget forskellige betydninger. Hvis du prøver at beregne, hvor meget varme der optages af noget, når du hæver temperaturen, skal du forstå forskellen mellem de to og hvordan man beregner den ene fra den anden. Du kan gøre dette nemt: bare multiplicer varmekapaciteten på det stof, du opvarmer med stoffets masse og ændringen i temperatur for at finde den varme, der absorberes.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Beregn varmeabsorption ved hjælp af formlen:
Q = mc∆T
Q betyder den absorberede varme, m er massen af det stof, der absorberer varme, c er den specifikke varmekapacitet og ∆T er ændringen i temperatur.
Den første lov om termodynamik og varme
Den første lov om termodynamik siger, at ændringen i et indre indre energi er summen af den overførte varme og det arbejde, der er udført på det (eller den varme, der overføres til det minus det udførte arbejde ved det). "Arbejde" er bare et ord, som fysikere bruger til fysisk energioverførsel. For eksempel fungerer omrøring af en kop kaffe i væsken inde i den, og du arbejder på en genstand, når du henter den eller kaster den.
Varme er en anden form for energioverførsel, men det er en, der finder sted, når to genstande er ved forskellige temperaturer i forhold til hinanden. Hvis du lægger koldt vand i en gryde og tænder for ovnen, opvarmer flammerne gryden og den varme pande opvarmer vandet. Dette hæver vandets temperatur og giver det energi. Den anden lov om termodynamik dikterer, at varme kun strømmer fra varmere genstande til koldere, ikke omvendt.
Specificeret varmekapacitet forklaret
Nøglen til at løse problemet med beregning af varmeabsorption er begrebet specifik varmekapacitet. Forskellige stoffer har brug for forskellige mængder energi for at blive overført til dem for at hæve temperaturen, og stoffets specifikke varmekapacitet fortæller dig, hvor meget det er. Dette er en mængde givet symbolet c og målt i joules / kg grad Celsius. Kort sagt fortæller varmekapaciteten, hvor meget varmeenergi (i joule) der er behov for for at hæve temperaturen på 1 kg af et materiale med 1 grad C. Den specifikke varmekapacitet for vand er 4.181 J / kg grad C og den specifikke blykapacitet for bly er 128 J / kg grad C. Dette fortæller dig med et øjeblik, at det tager mindre energi at øge temperaturen på bly end det vand.
Beregning af varmeabsorption
Du kan bruge oplysningerne i de sidste to sektioner sammen med en enkel formel til at beregne varmeabsorptionen i en bestemt situation. Alt hvad du behøver at vide er det stof, der opvarmes, ændringen i temperatur og stoffets masse. Ligningen er:
Q = mc∆T
Her, Q betyder varme (hvad du vil vide), m betyder masse, c betyder den specifikke varmekapacitet og ∆T er ændringen i temperatur. Du kan finde ændringen i temperaturen ved at trække starttemperaturen fra den endelige temperatur.
Forestil dig som eksempel at øge temperaturen på 2 kg vand fra 10 grader C til 50 grader C. Ændringen i temperatur er ∆T = (50 - 10) grader C = 40 grader C. Fra det sidste afsnit er den specifikke varmekapacitet på vand 4.181 J / kg grad C, så ligningen giver:
Q = 2 kg × 4181 J / kg grad C × 40 grader C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Så det tager cirka 334,5 tusind joule (kJ) varme for at hæve temperaturen på 2 kg vand med 40 grader C.
Tip til alternative enheder
Nogle gange gives specifikke varmekapaciteter i forskellige enheder. F.eks. Kan det citeres i joules / gram grader C, kalorier / gram grader C eller joules / mol grader C. En kalorie er en alternativ energienhed (1 kalorie = 4.184 joule), gram er 1/1000 af et kilogram , og en mol (forkortet til mol) er en enhed der bruges i kemi. Så længe du bruger konsistente enheder, gælder formlen ovenfor.
For eksempel, hvis den specifikke varme gives i joules / gram grad C, skal du også angive stoffets masse i gram, eller alternativt konvertere den specifikke varmekapacitet til kilogram ved at multiplicere den med 1.000. Hvis varmekapaciteten er angivet i joules / mol grad C, er det lettere at angive stoffets masse i mol. Hvis varmekapaciteten er angivet i kalorier / kg grad C, vil dit resultat være i kalorier af varme i stedet for joules, som du kan konvertere bagefter, hvis du har brug for svaret i joules.
Hvis du støder på Kelvin som en enhed for temperatur (symbol K), er ændringer i temperatur nøjagtigt det samme som Celsius, så du behøver ikke virkelig at gøre noget.