HŐÁTVITEL: KÉPLETEK, A KISZÁMÍTÁSÁNAK MÓDJA ÉS MEGOLDOTT FELADATOK - FIZIKAI - 2026

Az átadott hő az energia átadása két test között, különböző hőmérsékleten. A magasabb hőmérsékletű hő hőt ad az alacsonyabb hőmérsékletűnek. Függetlenül attól, hogy egy test feladja vagy elnyeli-e a hőt, hőmérséklete vagy fizikai állapota az anyag tömegétől és tulajdonságaitól függően változhat, amelyből készül.

Jó példa erre egy csésze kávé. A fémkanál, amellyel a cukrot keverjük, felmelegszik. Ha azt elég hosszú ideig hagyja a csészében, akkor a kávé és egy fémkanál egyenlővé teszi a hőmérsékletet: a kávé lehűlt, és a hő átkerült a kanálba. Néhány hő átkerült a környezetbe, mivel a rendszer nincs szigetelve.

A kávé és a kanál egy idő után termikus egyensúlyba kerül. Forrás: Pixabay.

Amint a hőmérsékletek egyenlővé válnak, elérte a termikus egyensúlyt.

Ha ugyanazt a tesztet műanyag teáskanállal elvégzi, akkor biztosan észreveszi, hogy az nem melegszik fel olyan gyorsan, mint a fém, hanem végül egyensúlyba fog állni a kávéval és a körülötte lévővel.

Ennek oka az, hogy a fém jobban vezet hőt, mint a műanyag. Másrészről, a kávé természetesen más sebességgel ad hőt, mint a forró csokoládé vagy más ital. Tehát az egyes tárgyak által adott vagy elnyelt hő attól függ, hogy melyik anyagból készül.

Miből áll és a képletek

A hő mindig az energia áramlására vagy áramlására utal az egyik tárgy és a másik között, a hőmérsékleti különbség miatt.

Ezért beszélünk az átadott vagy elnyelt hőről, mivel hő vagy energia valamilyen hozzáadásával vagy extrahálásával módosítható az elem hőmérséklete.

A hőmennyiséget, amelyet a legforróbb tárgy ad ki, általában Q-nak hívják. Ez az érték arányos az objektum tömegével. A nagy tömegű test képes több hőt feladni, mint egy kisebb tömegű test.

Hőmérsékleti különbség

A hőátadás kiszámításának másik fontos tényezője a hőátadó tárgy hőmérsékleti különbsége. Ezt Δ T-vel jelölik, és az alábbiak szerint számítják:

Végül, az átadott hőmennyiség a tárgy jellegétől és tulajdonságaitól is függ, amelyeket mennyiségileg összegezünk egy állandó értéken, amelyet az anyag fajlagos hőjének nevezünk, c-vel jelölve.

Tehát végül az átadott hő kifejezése a következő:

Az átadást negatív jel jelzi.

Anyag fajlagos hő- és hőkapacitása

A fajlagos hő az a hőmennyiség, amely az 1 g anyag hőmérsékletének 1 ° C-kal való megemeléséhez szükséges. Ez az anyag belső tulajdonsága. Egységei a Nemzetközi Rendszerben: Joule / kg. K (Joule kilogramm x hőmérséklet között Kelvin fokban).

A C hőkapacitás összekapcsolt fogalom, de kissé eltér, mivel a tárgy tömege szerepel. A hőkapacitást a következőképpen kell meghatározni:

SI egységei Joule / K. Tehát a kibocsátott hő egyenértékű módon fejezhető ki:

Hogyan lehet kiszámítani?

Egy tárgy által átadott hő kiszámításához a következőket kell tudni:

- Az anyag fajlagos hője, amely hőt bocsát ki.

- Az anyag tömege

- A végső hőmérséklet, amelyet el kell érni

Számos anyag fajlagos hőértékét kísérletileg határozták meg, és a táblázatokban találhatók.

hőmennyiségmérés

Most, ha ez az érték nem ismert, hőmérő és víz segítségével hőszigetelt tartályban: a kaloriméterben szerezhető be. Ennek az eszköznek a diagramját az 1. gyakorlatot kísérő ábra mutatja.

Az anyag mintáját egy bizonyos hőmérsékleten merítik egy vízmennyiségbe, amelyet korábban már megmértek. Megmérjük a végső hőmérsékletet, és a kapott értékekkel meghatározzuk az anyag fajlagos hőjét.

Az eredményt a táblázatos értékekkel összehasonlítva megtudhatjuk, hogy melyik anyag. Ezt az eljárást kalorimetriának nevezzük.

A hőmérleg az energiamegtakarítás révén valósul meg:

Q _{hozamot kapott} + Q _{elnyelt = 0}

Megoldott gyakorlatok

1. Feladat

0,35 kg rézdarabot adagolunk 150ºC hőmérsékleten 500 ml vízben, 25ºC hőmérsékleten.

a) A végső egyensúlyi hőmérséklet

b) Mennyi hő áramlik ebben a folyamatban?

Adat

Alapvető kaloriméter vázlata: szigetelt víztartály és hőmérő a hőmérséklet változásának mérésére. l Forrás: Dr. Tilahun Tesfaye

Megoldás

a) A réz hőt ad, míg a víz felszívja. Mivel a rendszert zártnak tekintik, csak a víz és a minta lép be a hőmérlegbe:

Másrészt kiszámítani kell az 500 ml víz tömegét:

Ezekkel az adatokkal kiszámítják a víz tömegét:

Emeljük az egyes anyagok hő egyenletét:

A kapott eredményekkel megegyező:

Ez egy lineáris egyenlet egy ismeretlennel, amelynek megoldása:

b) Az áramló hőmennyiség az átadott vagy elnyelt hő:

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

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

2. gyakorlat

Egy 100 g rézdarabot kemencében melegítünk T _° hőmérsékleten, majd egy 150 g réz kaloriméterbe helyezzük, amely 200 g vizet tartalmaz 16 ° C-on. Az egyensúlyi helyzet végső hőmérséklete 38 ° C. º C. A kaloriméter és annak tartalmának mérésekor kiderül, hogy 1,2 g víz elpárolgott. Mi volt a kezdeti T _o hőmérséklet ?

Megoldás

Ez a gyakorlat eltér az előzőtől, mivel figyelembe kell venni, hogy a kaloriméter hőt is felszív. A rézdarab által kibocsátott hő az alábbiak mindegyikébe fektethető be:

- Melegítsük fel a vizet a kaloriméterben (200 g)

- Melegítsük meg a rézet, amelyből a kaloriméter készül (150 g)

- Párologtasson 1,2 gramm vizet (energiára is szükség van egy fázisváltáshoz).

Így:

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

Az 1,2 g víz 100 ° C-ra való felviteléhez szükséges hőt szintén meg lehet fontolni, de ez viszonylag kis mennyiség.

Irodalom

1. Giancoli, D. 2006. Fizika: alapelvek alkalmazásokkal. 6 ^-én. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pillantás a világra. 6 ^ta Szerkesztés rövidítve. Cengage tanulás. 156-164.
3. Rex, A. 2011. A fizika alapjai. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Egyetemi fizika a modern fizikával. 14 ^-én. Ed. 1. kötet. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. A fizika alapjai. 9. ^na Cengage Learning.