Lämmön absorboivat kaavat, kuinka se lasketaan ja ratkaistu harjoitus

Hän imeytynyt lämpö Se määritellään energian siirtämiseksi kahden kappaleen välillä eri lämpötiloissa. Alhaisempi lämpötila absorboi lämpöä kuin korkeammassa lämpötilassa. Kun tämä tapahtuu, lämmön absorboivan aineen lämpöenergia kasvaa, ja sen muodostavat hiukkaset värähtelevät nopeammin, nostaen sen kineettistä energiaa.

Tämä voi johtaa lämpötilan nousuun tai tilan muutokseen. Esimerkiksi siirtyä kiinteästä nesteestä, kuten jää, kun sulaa kosketuksessa veden tai soodan kanssa huoneenlämpötilassa.

Metalli teelusikallinen absorboi kuumaa kahvia. Lähde: Pixabay.

Lämmön ansiosta on myös mahdollista, että esineet muuttavat ulottuvuuksiaan. Lämpölaatuinen on hyvä esimerkki tästä ilmiöstä. Kun suurin osa aineista lämmitetään, ne yleensä kokevat ulottuvuuksiensa lisääntymisen.

Poikkeus tähän on vesi. Sama määrä nestemäistä vettä lisää sen tilavuutta jäähtyessä alle 4 ºC. Lisäksi lämpötilan muutokset voivat kokea muutoksia myös niiden tiheyden tasolla, jotain myös hyvin havaittavissa olevaa vettä.

[TOC]

Mikä on ja kaavat

Kuljetuksen energian tapauksessa absorboituneen lämmön yksiköt ovat joules. Kuumuudella oli kuitenkin pitkään omat yksiköt: kalori.

Silti tätä yksikköä käytetään ruuan energiapitoisuuden kvantifiointiin, vaikka todellisuudessa elintarvikekalori vastaa lämpöä lämpöä.

Kalorit

Kalori, lyhennettynä lime, On tarpeen lämpöä, joka on tarpeen nostaa 1 gramman vettä 1 º C.

Yhdeksännentoista vuosisadan aikana Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) teki kuuluisan kokeilun, jossa hän onnistui muuttamaan mekaanisen työn kuumuudeksi saamalla seuraavan vastaavuuden:

1 kalori = 4.186 Joules

Brittiläisissä yksiköissä lämpöyksikköä kutsutaan BTU: lle (Britannian lämpöyksikkö), joka määritellään lämpöä, jota tarvitaan punnan veden lämpötilan nostamiseen 1 ºF.

Se voi palvella sinua: Kalibrointikäyrä: Mihin se on, miten se tehdään, esimerkkejä

Yksiköiden välinen vastaavuus on seuraava:

1 Btu = 252 kaloria

Näiden vanhojen yksiköiden ongelma on, että lämmön määrä riippuu lämpötilasta. Eli se ei ole sama, jota vaaditaan siirtyvän 70 ºC: sta 75 ° C: seen kuin se, jota vaaditaan veden lämmittämiseksi 9 ° C: sta 10 ºC, esimerkiksi.

Siksi määritelmä harkitsee hyvin määriteltyjä väliajoja: 14.5-15.5 ° C ja 63 - 64 ° F kalorille ja BTU: lle.

Mikä riippuu absorboituneen lämmön määrästä?

Materiaalin keräävän absorboituneen lämmön määrä riippuu useista tekijöistä:

- Massa. Mitä korkeampi massa, sitä enemmän lämpöä se pystyy absorboivan.

- Aineominaisuudet. On aineita, jotka riippuen niiden molekyylistä tai atomirakenteesta kykenevät absorboimaan enemmän lämpöä kuin muut.

- Lämpötila. Lämpöä vaaditaan lisäämään korkeamman lämpötilan saamiseksi.

Lämmön määrä, merkittynä Q -, Se on verrannollinen kuvatuihin tekijöihin. Siksi voit kirjoittaa seuraavasti:

Q = m.c.ΔT

Missä m Se on esineen massa, c on vakio nimeltään erityinen lämpö, aineen luontainen ominaisuus ja δT Se on lämpötilan vaihtelu saavutettu absorboimalla lämpöä.

Δt = t_F - T_jompikumpi

Tällä erolla on positiivinen merkki, koska kun lämpöä absorboivat sen T_F T_jompikumpi. Näin tapahtuu, ellei aineella ole vaihemuutosta, kuten vettä, kun höyryneste kulkee. Kun vesi kiehuu, sen lämpötila pysyy vakiona noin 100 ° C: ssa, riippumatta siitä, kuinka nopeasti se kiehuu.

Kuinka laskea se?

Koskettamalla kahteen objektiin eri lämpötilassa, hetken kuluttua ne molemmat saavuttavat lämpötasapainon. Joten lämpötilat tasoitetaan ja lämmönsiirto lakkaa. Sama tapahtuu, jos yli kaksi esinettä on yhteydessä. Tietyn ajan kuluttua kaikki ovat samassa lämpötilassa.

Se voi palvella sinua: magnetointi: kiertoradan ja spin -magneettinen momentti, esimerkkejä

Olettaen, että kontaktissa olevat esineet muodostavat suljetun järjestelmän, josta lämpö ei pääse paeta, energiansäästöä koskevaa periaatetta sovelletaan, joten voidaan vahvistaa, että:

Q - _imeytynyt = - Q _Kiinnitys

Tämä edustaa energiatasapainoa, samanlainen kuin henkilön sisäänkäynnit ja kulut. Siksi luovutetulla lämmöllä on negatiivinen merkki, koska tuotanto -objektille lopullinen lämpötila on alhaisempi kuin alkuperäinen. Siksi:

Δt = t_F - T_jompikumpi < 0

Yhtälö Q _imeytynyt = - Q _Kiinnitys Sitä käytetään aina, kun kaksi objektia on kosketuksessa.

Energiatasapaino

Energiatasapainon suorittamiseksi on tarpeen erottaa esineet, jotka absorboivat lämpöä tuottavista, sitten:

Σ q_{k -k -}= 0

Toisin sanoen energian voittojen ja menetysten summan suljetussa järjestelmässä on oltava yhtä suuri kuin 0.

Aineen ominaislämpö

Absorboituneen lämmön määrän laskemiseksi sinun on tiedettävä kunkin osallistuvan aineen erityinen lämpö. Tämä on lämmön määrä, joka tarvitaan 1 g: n materiaalin lämpötilan nostamiseen 1 º C. Sen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä ovat: Joule/kg . K -k -.

On taulukoita, joissa on lukuisten aineiden erityinen lämpö, ​​joka yleensä lasketaan käyttämällä kalorimetriä tai vastaavia työkaluja.

Esimerkki materiaalin spesifisen lämmön laskemisesta

Vaaditaan 250 kaloria 20 - 30 ºC: n metallirenkaan lämpötilan nostamiseksi. Jos renkaan massa on 90 g. Mikä on erityinen lämpölämpö SI -yksiköissä?

Ratkaisu

Yksiköt muunnetaan ensin:

Q = 250 kaloria = 1046.5 J

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

Voi palvella sinua: Joustavat iskut: ulottuvuudessa, erityistapauksissa, harjoituksissa

Liikuntaa

Alumiinikuppi sisältää 225 g vettä ja 40 g kuparin sekoittajaa, kaikki 27 ° C: ssa. Näyte, jossa on 400 g hopeaa alkuperäisessä lämpötilassa 87 ° C, asetetaan veteen.

Sekoittainta käytetään seoksen sekoittamiseen, kunnes se saavuttaa lopullisen tasapainolämpötilan 32 ° C. Laske alumiinikupin massa, kun otetaan huomioon, että ympäristöä kohti ei ole lämpöhäviöitä.

Kalorimetrin kaavio. Lähde: Solidswiki.

Lähestyä

Kuten edellä todettiin, on tärkeää erottaa esineet, jotka tuottavat lämpöä absorboivista:

- Alumiinikuppi, kupari ja veden sekoittaja imevät lämpöä.

- Hopeanäyte tuottaa lämpöä.

Tiedot

Kunkin aineen erityiset lämmitykset toimitetaan:

- Hopea: C = 234 J/kg. ºC

- Kupari: C = 387 j/kg. ºC

- Alumiini C = 900 J/kg. ºC

- Vesi c = 4186 j/kg. ºC

Kunkin aineen absorboima tai määrittämä lämpö lasketaan yhtälöllä:

Q = m.c.λT

Ratkaisu

Hopea

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

Kuparin sekoittaja

Q - _imeytynyt = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) J = 77.4 J

Vettä

Q - _imeytynyt = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709.25 J

Alumiinikuppi

Q - _imeytynyt = m _alumiini . 900 x (32 - 27) J = 4500 .m _alumiini

Käyttö:

Σ q_{k -k -}= 0

77.4 + 4709.25 + 4500 .m _alumiini = - (-5148)

Lopuksi alumiinimassa puhdistetaan:

m _alumiini = 0.0803 kg = 80.3 g

Viitteet

1. Giancoli, D.  2006. Fysiikka: sovellusten periaatteet. 6^th. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katsaus maailmaan. 6^ta Lyhennetty painos. Cengage -oppiminen. 156 - 164.
3. Rex, a. 2011. Fysiikan perusteet. Pearson. 309 - 332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Yliopiston fysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14^th. Osa 1. 556 - 553.
5. Serway, R., ULOLE, c. 2011. Fysiikan perusteet. 9^naa Cengage -oppiminen. 362 - 374