- Miből áll és a képletek
- Kalória
- Mitől függ az elnyelt hőmennyiség?
- Hogyan lehet kiszámítani?
- Energiamérleg
- Az anyag fajlagos hője
- Példa egy anyag fajlagos hőének kiszámítására
- A feladat megoldódott
- Megközelítés
- Adat
- Megoldás
- Ezüst
- Rézkeverő
- Víz
- Alumínium bögre
- Irodalom
Az abszorbeált hőt úgy definiáljuk, mint az energia átadása két test között, különböző hőmérsékleteken. Az alacsonyabb hőmérsékletű hő elnyeli a magasabb hőmérsékletű hőt. Amikor ez megtörténik, az anyag hőenergiája, amely elnyeli a hőt, növekszik, és az azt alkotó részecskék gyorsabban rezegnek, növelve kinetikus energiájukat.
Ez a hőmérséklet emelkedéséhez vagy az állapot megváltozásához vezethet. Például folytassa szilárd anyagból folyadékig, például jéghöz, amikor szobahőmérsékleten víz vagy szóda érintkezésbe kerül.
A fémkanál elnyeli a forró kávé hőjét. Forrás: Pixabay.
A hőnek köszönhetően az objektumok mérete is megváltoztatható. A hőtágulás jó példa erre a jelenségre. Ha a legtöbb anyagot hevítik, azok mérete növekszik.
Kivétel ez alól a víz. Ugyanazon mennyiségű folyékony víz növeli térfogatát, ha 4ºC alá hűl. Ezenkívül a hőmérséklet-változások sűrűségében is változásokat tapasztalhatnak, ami a víz esetében is nagyon megfigyelhető.
Miből áll és a képletek
Tranzit energia esetén az abszorbeált hő mértékegysége Joule. A hőnek azonban hosszú ideje megvannak a saját egységei: a kalória.
Még ma is ezt az egységet használják az élelmiszerek energiatartalmának számszerűsítésére, bár a valóságban egy étrendi kalória megegyezik egy kilokalorium hővel.
Kalória
A kalória, rövidítve mész, az az hőmennyiség, amely az 1 gramm víz hőmérsékletének 1ºC-os emeléséhez szükséges.
A 19. században Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) egy híres kísérletet hajtott végre, amelynek során a mechanikus munkát hővé alakította át, és az alábbi egyenértékűséget kapta:
A brit egységekben a hőegységet Btu-nak (brit hőegység) hívják, amelyet úgy határoznak meg, hogy egy hőfogyasztáshoz szükséges egy font víz hőmérséklete 1 ºF-on emelkedik.
Az egységek közötti egyenértékűség a következő:
Ezen idősebb egységeknél az a probléma, hogy a hőmennyiség a hőmérséklettől függ. Vagyis az, amely 70 ° C és 75 ° C közötti hőmérsékleten melegszik, nem ugyanaz, mint például a víz 9 ° C és 10 ° C közötti melegítéséhez.
Ezért határozza meg a jól meghatározott tartományokat: 14,5-15,5 ° C, illetve 63 és 64 ° F a kalória és Btu között.
Mitől függ az elnyelt hőmennyiség?
Az anyag felszívott hőmennyisége több tényezőtől függ:
- Mise Minél nagyobb a tömeg, annál több hőt képes felvenni.
- Az anyag jellemzői. Vannak olyan anyagok, amelyek molekuláris vagy atomi szerkezetüktől függően képesek több hőt elnyelni, mint mások.
- Hőfok. További hőmérséklet hozzáadásához szükséges a magasabb hőmérséklet.
A hőmennyiség, Q-vel jelölve, arányos a leírt tényezőkkel. Ezért a következőképpen írható:
Ahol m a tárgy tömege, c egy állandó fajlagos hőnek nevezett állandó anyag, az anyag belső tulajdonsága, Δ T pedig a hőelnyelés által előidézett hőmérséklet-változás.
Ennek a különbségnek pozitív jele van, mivel a hő elnyelésekor várhatóan Tf > T o. Ez akkor fordul elő, ha az anyag fázisként megváltozik, például a folyadékról gőzzé folyó víz. Amikor a víz forr, a hőmérséklete állandó, körülbelül 100ºC-on marad, függetlenül attól, hogy milyen gyorsan forr.
Hogyan lehet kiszámítani?
Ha két tárgyat érintkeztetnek különböző hőmérsékleten, egy idő után mindkettő eléri a termikus egyensúlyt. A hőmérsékletek ezután kiegyenlülnek és a hőátadás leáll. Ugyanez történik, ha kétnél több tárgy érintkezik. Egy bizonyos idő elteltével mind ugyanazon a hőmérsékleten lesznek.
Feltételezve, hogy az érintkezésbe kerülő tárgyak zárt rendszert alkotnak, ahonnan a hő nem tud kijutni, az energiamegtakarítás elve érvényes, tehát megállapítható, hogy:
Q elnyelve = - Q hozamot kapott
Ez egy energiamérleget képvisel, hasonlóan az ember jövedelmének és kiadásainak. Ezért az átadott hőnek negatív jele van, mivel az eredményt adó tárgy esetében a végső hőmérséklet alacsonyabb, mint a kezdeti. Így:
Az egyenlet Q abszorbeált = - Q engedett akkor alkalmazzák, ha két objektum érintkeznek.
Energiamérleg
Az energiamérleg elvégzéséhez meg kell különböztetni azokat a tárgyakat, amelyek hőt vesznek fel, és azokat, amelyek hozamot adnak, majd:
Σ Q k = 0
Vagyis a zárt rendszerben az energianyereség és -veszteség összegének 0-nak kell lennie.
Az anyag fajlagos hője
Az abszorbeált hőmennyiség kiszámításához meg kell ismerni az egyes részt vevő anyagok fajlagos hőjét. Ez az a hőmennyiség, amely az 1 g anyag hőmérsékletének 1ºC-os emeléséhez szükséges. Egységei a Nemzetközi Rendszerben: Joule / kg. K.
Vannak táblák, amelyek sok anyag fajlagos hőjét tartalmazzák, általában kaloriméterrel vagy hasonló eszközökkel kiszámítva.
Példa egy anyag fajlagos hőének kiszámítására
250 kalória szükséges ahhoz, hogy egy fémgyűrű hőmérséklete 20 ° C-ról 30 ° C-ra emelkedjen. Ha a gyűrű tömege 90 g. Mi a fém fajlagos hője SI-egységekben?
Megoldás
Az egységeket először konvertálják:
Q = 250 kalória = 1046,5 J
m = 90 g = 90 x 10 -3 kg
A feladat megoldódott
Az alumíniumcsésze 225 g vizet és 40 g rézkeverőt tartalmaz, mind 27 ° C-on. A vízbe 400 g ezüst mintát kezdeti 87 ° C hőmérsékleten helyezünk.
A keverőt addig keverjük, amíg a végső egyensúlyi hőmérséklet 32 ° C el nem éri. Számítsa ki az alumínium csésze tömegét, figyelembe véve, hogy a környezetnek nincs hővesztesége.
A kaloriméter vázlata. Forrás: Solidswiki.
Megközelítés
Mint fentebb említettük, fontos különbséget tenni a hőt kibocsátó tárgyak és az abszorbeáló tárgyak között:
- Az alumínium csésze, a rézkeverő és a víz elnyeli a hőt.
- Az ezüst minta hőt szolgáltat.
Adat
Az egyes anyagok sajátos melegítéseit szállítják:
Az egyes anyagok által abszorbeált vagy átvitt hő kiszámítása az alábbi egyenlettel történik:
Megoldás
Ezüst
Q hozam = 400 x 10 -3. 234 x (32 - 87) J = -5148 J
Rézkeverő
Q abszorbeált = 40 x 10 -3. 387 x (32 - 27) J = 77,4 J
Víz
Q elnyelt = 225 x 10 -3. 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J
Alumínium bögre
Q abszorbeált = m alumínium. 900 x (32 - 27) J = 4500 mm alumínium
Használata:
Σ Q k = 0
77,4 + 4709,25 + 4500 mm alumínium = - (-5148)
Végül az alumínium tömegét megtisztítják:
m alumínium = 0,0803 kg = 80,3 g
Irodalom
- Giancoli, D. 2006. Fizika: alapelvek alkalmazásokkal. 6 -én. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pillantás a világra. 6 ta Szerkesztés rövidítve. Cengage tanulás. 156-164.
- Rex, A. 2011. A fizika alapjai. Pearson. 309-332.
- Sears, Zemansky. 2016. Egyetemi fizika a modern fizikával. 14 -én. Hang 1. 556-553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. A fizika alapjai. 9. na Cengage Learning. 362-374