Sadržaj
- TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
- Prvi zakon termodinamike i topline
- Objašnjeni specifični toplinski kapacitet
- Izračunavanje apsorpcije topline
- Savjeti za zamjenske jedinice
U svakodnevnom jeziku ljudi koriste izraze toplina i temperatura naizmjenično. U širem području termodinamike i fizike, ova dva termina imaju vrlo različita značenja. Ako pokušavate izračunati koliko topline apsorbira nešto kada povisite temperaturu, morate razumjeti razliku između njih i kako izračunati jedno od drugoga. To možete jednostavno: samo množite toplinski kapacitet tvari koju zagrijavate na masu tvari i promjenu temperature da biste pronašli upijanu toplinu.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Izračunajte apsorpciju topline pomoću formule:
P = mc∆T
P znači apsorbirana toplina, m je masa tvari koja apsorbira toplinu, c je specifični toplinski kapacitet i ∆T je promjena temperature.
Prvi zakon termodinamike i topline
Prvi zakon termodinamike kaže da je promjena unutarnje energije tvari zbroj topline koja je prenesena na nju i posla koji je na njoj učinio (ili topline koja je prenesena na nju) minus obavljeni posao po to). "Rad" je samo riječ koju fizičari koriste za prijenos fizičke energije. Na primjer, miješanje šalice kave djeluje u tekućini unutar nje, a vi radite na nekom predmetu kad ga uzmete ili izbacite.
Toplina je drugi oblik prijenosa energije, ali on se događa kada su dva objekta međusobno na različitim temperaturama. Ako u tavu stavite hladnu vodu i uključite štednjak, plamen zagrijava tavu, a vruća tava zagrijava vodu. To podiže temperaturu vode i daje joj energiju. Drugi zakon termodinamike naređuje da toplina struji samo iz toplijih objekata u hladnije, a ne obrnuto.
Objašnjeni specifični toplinski kapacitet
Ključ za rješenje problema izračuna apsorpcije topline je koncept specifičnog toplinskog kapaciteta. Različite tvari trebaju da im prenose različite količine energije da bi podigle temperaturu, a specifični toplinski kapacitet tvari govori koliko je to. To je količina dana simbolu c i izmjereno u džulima / kg Celzijusa. Ukratko, toplinski kapacitet govori o tome koliko je toplinske energije (u džulima) potrebno za podizanje temperature 1 kg materijala za 1 stupanj C. Specifični toplinski kapacitet vode je 4.181 J / kg stupnja C, a specifičan toplinski kapacitet olova je 128 J / kg stupnja C. To vam na prvi pogled govori da je za povećanje temperature olova potrebno manje energije nego što to čini voda.
Izračunavanje apsorpcije topline
Informacije možete koristiti u posljednja dva odjeljka zajedno s jednom jednostavnom formulom za izračunavanje apsorpcije topline u određenoj situaciji. Sve što trebate znati je tvar koja se zagrijava, promjena temperature i mase tvari. Jednadžba je:
P = mc∆T
Ovdje, P znači toplina (što želite znati), m znači masa, c znači specifični toplinski kapacitet i ∆T je promjena temperature. Promjenu temperature možete pronaći tako što ćete oduzeti početnu temperaturu od krajnje temperature.
Kao primjer, zamislite povećanje temperature 2 kg vode s 10 stupnjeva C na 50 stupnjeva C. Promjena temperature je ∆T = (50 - 10) stupnjeva C = 40 stupnjeva C. Od zadnjeg odjeljka, specifični toplinski kapacitet vode je 4.181 J / kg stupnja C, tako da jednadžba daje:
P = 2 kg × 4181 J / kg stupnja C × 40 stupnjeva C
= 334.480 J = 334.5 kJ
Dakle, potrebno je oko 334,5 tisuća džula (kJ) topline da se temperatura od 2 kg vode podigne za 40 stupnjeva C.
Savjeti za zamjenske jedinice
Ponekad su specifični toplinski kapaciteti dani u različitim jedinicama. Na primjer, može se navesti u džulima / gram stupnjeva C, kalorija / gram stupnjeva C ili u džulima / mol stupnjeva C. Kalorija je alternativna jedinica energije (1 kalorija = 4.184 joula), grami su 1/1000 kilograma , a mol (skraćen na mol) je jedinica koja se koristi u kemiji. Sve dok upotrebljavate konzistentne jedinice, gornja formula će se držati.
Na primjer, ako je specifična toplina dana u džulima / gram stupnja C, navedite i masu tvari u gramovima ili, alternativno, pretvorite specifični toplinski kapacitet u kilograme množeći ga sa 1000. Ako je toplinski kapacitet dan u džulima / molu stupnja C, najlakše je navesti i količinu tvari u molima. Ako je toplinski kapacitet dan u kalorijama / kg stupnja C, vaš rezultat će biti u kalorijama topline umjesto u džulima koje možete naknadno pretvoriti ako vam je potreban odgovor u džulima.
Ako naiđete na Kelvina kao jedinicu za temperaturu (simbol K), za promjene temperature to je točno isto kao i Celzijus, tako da zapravo ne morate ništa raditi.