Ειδική θερμότητα είναι η ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας 1 γραμμαρίου μιας καθαρής ουσίας κατά 1 °. Η παράμετρος εξαρτάται από τη χημική της σύνθεση και την κατάσταση συσσωμάτωσης: αέρια, υγρά ή στερεά. Μετά την ανακάλυψή του, ξεκίνησε ένας νέος γύρος στην ανάπτυξη της θερμοδυναμικής, η επιστήμη των διεργασιών παροδικής ενέργειας, που σχετίζονται με τη θερμότητα και τη λειτουργία του συστήματος.
Συνήθως, συγκεκριμένη θερμότητα και τα βασικά της θερμοδυναμικής χρησιμοποιούνται στην κατασκευή καλοριφέρ και συστήματα σχεδιασμένα για ψύξη αυτοκινήτων, καθώς και στη χημεία, την πυρηνική μηχανική και την αεροδυναμική. Εάν θέλετε να μάθετε πώς υπολογίζεται η συγκεκριμένη θερμότητα, ρίξτε μια ματιά στο προτεινόμενο άρθρο.
Τύπος
Πριν προχωρήσετε στον άμεσο υπολογισμό της παραμέτρου, θα πρέπει να εξοικειωθείτε με τον τύπο και τα συστατικά του.
Ο τύπος για τον υπολογισμό της συγκεκριμένης θερμότητας έχει ως εξής:
- c = Q / (m * ΔT)
Η γνώση των ποσοτήτων και των συμβολικών τους ονομασιών που χρησιμοποιούνται στον υπολογισμό είναι εξαιρετικά σημαντική. Ωστόσο, είναι απαραίτητο όχι μόνο να γνωρίζουμε την οπτική τους εμφάνιση, αλλά και να κατανοήσουμε με σαφήνεια τη σημασία του καθενός από αυτά. Ο υπολογισμός της ειδικής θερμικής ικανότητας μιας ουσίας αντιπροσωπεύεται από τα ακόλουθα συστατικά:
Το ΔΤ είναι ένα σύμβολο που σημαίνει μια σταδιακή αλλαγή στη θερμοκρασία μιας ουσίας. Ο χαρακτήρας "Δ" προφέρεται δέλτα.
Το ΔΤ μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:
ΔT = t2 - t1, όπου
- t1 - πρωτογενής θερμοκρασία;
- Το t2 είναι η τελική θερμοκρασία μετά την αλλαγή.
m είναι η μάζα της ουσίας που χρησιμοποιείται για θέρμανση (gr).
Q - ποσότητα θερμότητας (J / J)
Με βάση το Tsr, μπορούν να προκύψουν άλλες εξισώσεις:
- Q = m * cp * ΔT - ποσότητα θερμότητας;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - η μάζα της ουσίας ·
- t1 = t2– (Q / cp * m) - πρωτογενής θερμοκρασία;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - τελική θερμοκρασία.
Ορισμός και τύπος της ποσότητας θερμότητας
Η εσωτερική ενέργεια ενός θερμοδυναμικού συστήματος μπορεί να αλλάξει με δύο τρόπους:
- δουλεύοντας στο σύστημα,
- μέσω θερμικής αλληλεπίδρασης.
Η μεταφορά θερμότητας στο σώμα δεν σχετίζεται με την εκτέλεση μακροσκοπικών εργασιών στο σώμα. Σε αυτήν την περίπτωση, η αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια προκαλείται από το γεγονός ότι μεμονωμένα μόρια του σώματος με υψηλότερη θερμοκρασία λειτουργούν σε ορισμένα μόρια του σώματος, τα οποία έχουν χαμηλότερη θερμοκρασία. Σε αυτήν την περίπτωση, η θερμική αλληλεπίδραση πραγματοποιείται λόγω της θερμικής αγωγιμότητας. Η μεταφορά ενέργειας είναι επίσης δυνατή μέσω της ακτινοβολίας. Το σύστημα μικροσκοπικών διεργασιών (που δεν σχετίζεται με ολόκληρο το σώμα, αλλά με μεμονωμένα μόρια) ονομάζεται μεταφορά θερμότητας. Η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από ένα σώμα σε άλλο ως αποτέλεσμα της μεταφοράς θερμότητας καθορίζεται από την ποσότητα της θερμότητας που μεταφέρεται από ένα σώμα σε άλλο.
Ορισμός
Ζεστασιά
ονομάζεται ενέργεια που λαμβάνεται (ή εκχωρείται) από το σώμα κατά τη διαδικασία ανταλλαγής θερμότητας με τα γύρω σώματα (περιβάλλον). Η θερμότητα υποδεικνύεται, συνήθως με το γράμμα Q.
Αυτή είναι μια από τις βασικές ποσότητες θερμοδυναμικής. Η θερμότητα περιλαμβάνεται στις μαθηματικές εκφράσεις της πρώτης και δεύτερης αρχής της θερμοδυναμικής. Η θερμότητα λέγεται ότι είναι ενέργεια με τη μορφή μοριακής κίνησης.
Η θερμότητα μπορεί να μεταδοθεί στο σύστημα (σώμα) ή να απομακρυνθεί από αυτό. Πιστεύεται ότι εάν η θερμότητα μεταδίδεται στο σύστημα, τότε είναι θετικό.
Οδηγίες για τον υπολογισμό της παραμέτρου
Υπολογίζω από
η ουσία είναι αρκετά απλή και για να το κάνετε αυτό, πρέπει να ακολουθήσετε αυτά τα βήματα:
- Ακολουθήστε τον τύπο υπολογισμού: Θερμική ικανότητα = Q / (m * ΔT)
- Γράψτε τα αρχικά δεδομένα.
- Συνδέστε τα στον τύπο.
- Υπολογίστε και λάβετε το αποτέλεσμα.
Για παράδειγμα, ας υπολογίσουμε μια άγνωστη ουσία που ζυγίζει 480 γραμμάρια και έχει θερμοκρασία 15ºC, η οποία, ως αποτέλεσμα της θέρμανσης (35 χιλιάδες J), αυξήθηκε σε 250º.
Σύμφωνα με τις παραπάνω οδηγίες, εκτελούμε τις ακόλουθες ενέργειες:
Καταγράφουμε τα αρχικά δεδομένα:
- Q = 35 χιλιάδες J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
Παίρνουμε τον τύπο, αντικαθιστούμε τις τιμές και επιλύουμε:
c = Q / (m * ΔT) = 35 χιλιάδες J / (480 g * 235º) = 35 χιλιάδες J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Ποσότητα θερμότητας
Η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που χάνει ή κερδίζει το σώμα κατά τη μεταφορά θερμότητας. Αυτό είναι επίσης σαφές από το όνομα. Κατά την ψύξη, το σώμα θα χάσει μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας, και όταν θερμαίνεται, θα απορροφήσει. Και μας έδειξαν οι απαντήσεις στις ερωτήσεις μας από τι εξαρτάται η ποσότητα θερμότητας; Πρώτον, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος, τόσο περισσότερη θερμότητα πρέπει να δαπανηθεί για την αλλαγή της θερμοκρασίας του κατά ένα βαθμό. Δεύτερον, η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ενός σώματος εξαρτάται από την ουσία στην οποία αποτελείται, δηλαδή από το είδος της ουσίας. Και τρίτον, η διαφορά στις θερμοκρασίες σώματος πριν και μετά τη μεταφορά θερμότητας είναι επίσης σημαντική για τους υπολογισμούς μας. Με βάση τα παραπάνω, μπορούμε προσδιορίστε την ποσότητα θερμότητας με τον τύπο:
Q = cm (t_2-t_1),
όπου Q είναι η ποσότητα θερμότητας, m είναι η μάζα του σώματος, (t_2-t_1) είναι η διαφορά μεταξύ των αρχικών και των τελικών θερμοκρασιών του σώματος, c είναι η ειδική θερμική ικανότητα της ουσίας, βρίσκεται από τους αντίστοιχους πίνακες .
Χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο, μπορείτε να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας που είναι απαραίτητη για τη θέρμανση οποιουδήποτε σώματος ή ότι αυτό το σώμα θα απελευθερώσει όταν κρυώσει.
Η ποσότητα θερμότητας μετράται σε joules (1 J), όπως κάθε είδος ενέργειας. Ωστόσο, αυτή η τιμή εισήχθη πριν από πολύ καιρό και οι άνθρωποι άρχισαν να μετρούν την ποσότητα θερμότητας πολύ νωρίτερα. Και χρησιμοποίησαν μια μονάδα που χρησιμοποιείται ευρέως στην εποχή μας - θερμίδες (1 θερμίδα). 1 θερμίδα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση 1 γραμμαρίου νερού κατά 1 βαθμού Κελσίου. Καθοδηγούμενα από αυτά τα δεδομένα, όσοι επιθυμούν να μετρήσουν τις θερμίδες στα τρόφιμα που καταναλώνονται μπορούν, για χάρη του ενδιαφέροντος, να υπολογίσουν πόσα λίτρα νερού μπορούν να βράσουν με την ενέργεια που καταναλώνουν με τα τρόφιμα κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Πληρωμή
Ας εκτελέσουμε τον υπολογισμό CP
νερό και κασσίτερος υπό τις ακόλουθες συνθήκες:
- m = 500 γραμμάρια;
- t1 = 24ºC και t2 = 80ºC - για νερό.
- t1 = 20ºC και t2 = 180ºC - για κασσίτερο;
- Q = 28 χιλιάδες J.
Αρχικά, καθορίζουμε το ΔΤ για νερό και κασσίτερο, αντίστοιχα:
- ΔТ = t2 - t1 = 80-24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180-20 = 160ºC
Στη συνέχεια βρίσκουμε τη συγκεκριμένη θερμότητα:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 χιλιάδες J / (500 g * 56ºC) = 28 χιλιάδες J / (28 χιλιάδες g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 χιλιάδες J / (500 g * 160ºC) = 28 χιλιάδες J / (80 χιλιάδες g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Έτσι, η ειδική θερμότητα του νερού ήταν 1 J / g * ºC, και αυτή του κασσίτερου ήταν 0,35 J / g * ºC. Ως εκ τούτου, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι με ίση τιμή της παρεχόμενης θερμότητας των 28 χιλιάδων J, ο κασσίτερος θα θερμανθεί γρηγορότερα από το νερό, καθώς η θερμική του ικανότητα είναι μικρότερη.
Η θερμική ικανότητα κατέχεται όχι μόνο από αέρια, υγρά και στερεά, αλλά και από τρόφιμα.
Ο τύπος για τον υπολογισμό της θερμότητας όταν αλλάζει η θερμοκρασία
Η στοιχειώδης ποσότητα θερμότητας θα δηλώνεται ως. Σημειώστε ότι το θερμικό στοιχείο που λαμβάνει το σύστημα (εγκαταλείπει) με μια μικρή αλλαγή στην κατάστασή του δεν είναι πλήρης διαφορά. Ο λόγος για αυτό είναι ότι η θερμότητα είναι συνάρτηση της διαδικασίας αλλαγής της κατάστασης του συστήματος.
Η στοιχειώδης ποσότητα θερμότητας που μεταδίδεται στο σύστημα και η θερμοκρασία αλλάζει από T σε T + dT, είναι ίση με:
όπου C είναι η θερμική ικανότητα του σώματος. Εάν το υπό εξέταση σώμα είναι ομοιογενές, τότε ο τύπος (1) για την ποσότητα θερμότητας μπορεί να αναπαρασταθεί ως:
πού είναι η ειδική θερμότητα του σώματος, m είναι η μάζα του σώματος, είναι η μοριακή θερμότητα, είναι η μοριακή μάζα μιας ουσίας και είναι ο αριθμός των γραμμομορίων της ουσίας.
Εάν το σώμα είναι ομοιογενές και η θερμική ικανότητα θεωρείται ανεξάρτητη από τη θερμοκρασία, τότε η ποσότητα θερμότητας () που λαμβάνει το σώμα με αύξηση της θερμοκρασίας του κατά ποσότητα μπορεί να υπολογιστεί ως:
όπου t2, t1 θερμοκρασία σώματος πριν από τη θέρμανση και μετά.Λάβετε υπόψη ότι οι θερμοκρασίες κατά την εύρεση της διαφοράς () στους υπολογισμούς μπορούν να αντικατασταθούν τόσο στους Κελσίου όσο και στον Κέλβιν.
Πώς να υπολογίσετε τη θερμική ικανότητα των τροφίμων
Κατά τον υπολογισμό της χωρητικότητας ισχύος η εξίσωση έχει την ακόλουθη μορφή:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), όπου:
- w είναι η ποσότητα νερού στο προϊόν.
- p είναι η ποσότητα πρωτεϊνών στο προϊόν.
- f είναι το ποσοστό λίπους.
- c είναι το ποσοστό υδατανθράκων ·
- a είναι το ποσοστό ανόργανων συστατικών.
Προσδιορίστε τη θερμική ικανότητα του τυριού με κρέμα Viola... Για να γίνει αυτό, γράφουμε τις απαιτούμενες τιμές από τη σύνθεση του προϊόντος (βάρος 140 γραμμάρια):
- νερό - 35 g;
- πρωτεΐνες - 12,9 g;
- λίπη - 25,8 g;
- υδατάνθρακες - 6,96 g;
- ανόργανα συστατικά - 21 g.
Στη συνέχεια βρίσκουμε με:
- c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8) ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
Τι καθορίζει την ποσότητα θερμότητας
Η εσωτερική ενέργεια του σώματος αλλάζει όταν κάνετε εργασία ή μεταφορά θερμότητας. Με το φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας, η εσωτερική ενέργεια μεταφέρεται μέσω θερμικής αγωγής, μεταφοράς ή ακτινοβολίας.
Κάθε σώμα, όταν θερμαίνεται ή ψύχεται (κατά τη μεταφορά θερμότητας), λαμβάνει ή χάνει κάποια ποσότητα ενέργειας. Με βάση αυτό, είναι συνηθισμένο να ονομάζουμε αυτήν την ποσότητα ενέργειας την ποσότητα θερμότητας.
Ετσι, Η ποσότητα θερμότητας είναι η ενέργεια που δίνει το σώμα ή λαμβάνει κατά τη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας.
Πόση θερμότητα απαιτείται για τη θέρμανση του νερού; Χρησιμοποιώντας ένα απλό παράδειγμα, μπορείτε να καταλάβετε ότι απαιτούνται διαφορετικές ποσότητες θερμότητας για τη θέρμανση διαφορετικών ποσοτήτων νερού. Ας πούμε ότι παίρνουμε δύο δοκιμαστικούς σωλήνες με 1 λίτρο νερού και 2 λίτρα νερού. Σε ποια περίπτωση απαιτείται περισσότερη θερμότητα; Στο δεύτερο, όπου υπάρχουν 2 λίτρα νερού στον δοκιμαστικό σωλήνα. Ο δεύτερος σωλήνας θα πάρει περισσότερο χρόνο για να ζεσταθεί εάν τους θερμάνουμε με την ίδια πηγή φωτιάς.
Έτσι, η ποσότητα θερμότητας εξαρτάται από το σωματικό βάρος. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο περισσότερη θερμότητα απαιτείται για θέρμανση και, κατά συνέπεια, το σώμα χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να κρυώσει.
Σε τι άλλο εξαρτάται η ποσότητα θερμότητας; Φυσικά, από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των σωμάτων. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Σε τελική ανάλυση, εάν προσπαθήσουμε να θερμάνουμε νερό ή γάλα, τότε θα χρειαζόμαστε διαφορετικό χρόνο. Δηλαδή, αποδεικνύεται ότι η ποσότητα θερμότητας εξαρτάται από την ουσία από την οποία αποτελείται το σώμα.
Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για τη θέρμανση ή η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται όταν το σώμα κρυώνει εξαρτάται από τη μάζα του, από τις αλλαγές θερμοκρασίας και από τον τύπο της ουσίας που αποτελεί το σώμα.
Χρήσιμες συμβουλές
Να θυμάστε πάντα ότι:
- η διαδικασία θέρμανσης του μετάλλου είναι ταχύτερη από εκείνη του νερού, αφού έχει CP
2,5 φορές λιγότερο - αν είναι δυνατόν, μετατρέψτε τα αποτελέσματα σε υψηλότερη σειρά, εάν το επιτρέπουν οι συνθήκες.
- για να ελέγξετε τα αποτελέσματα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Διαδίκτυο και να αναζητήσετε την υπολογιζόμενη ουσία.
- υπό τις ίδιες πειραματικές συνθήκες, θα παρατηρηθούν πιο σημαντικές αλλαγές θερμοκρασίας για υλικά με χαμηλή ειδική θερμότητα.
Τύπος για την ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια των μεταβάσεων φάσης
Η μετάβαση από τη μία φάση μιας ουσίας στην άλλη συνοδεύεται από την απορρόφηση ή την απελευθέρωση ορισμένης ποσότητας θερμότητας, η οποία ονομάζεται θερμότητα της μετάβασης φάσης.
Έτσι, για να μεταφέρετε ένα στοιχείο ύλης από την κατάσταση ενός στερεού σε ένα υγρό, θα πρέπει να ειπωθεί μια ποσότητα θερμότητας () ίση με:
πού είναι η ειδική θερμότητα σύντηξης, το dm είναι το στοιχείο μάζας σώματος. Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι το σώμα πρέπει να έχει θερμοκρασία ίση με τη θερμοκρασία τήξης της υπό εξέταση ουσίας. Κατά την κρυστάλλωση, η θερμότητα απελευθερώνεται ίση με (4).
Η ποσότητα θερμότητας (θερμότητα εξάτμισης) που απαιτείται για τη μετατροπή ενός υγρού σε ατμό μπορεί να βρεθεί ως:
όπου r είναι η ειδική θερμότητα εξάτμισης. Όταν ο ατμός συμπυκνώνεται, η θερμότητα απελευθερώνεται. Η θερμότητα της εξάτμισης είναι ίση με τη θερμότητα της συμπύκνωσης ίσης μάζας ύλης.
Πώς να υπολογίσετε την ποσότητα θερμότητας για να θερμάνετε το σώμα
Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να υπολογιστεί η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να δαπανηθεί για να θερμανθούν 3 κιλά νερού από θερμοκρασία 15 ° C έως θερμοκρασία 85 ° C. Γνωρίζουμε τη συγκεκριμένη θερμότητα του νερού, δηλαδή την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη θέρμανση 1 κιλό νερού κατά 1 βαθμό. Δηλαδή, για να μάθετε την ποσότητα θερμότητας στην περίπτωσή μας, πρέπει να πολλαπλασιάσετε τη συγκεκριμένη θερμική ικανότητα του νερού με 3 και με τον αριθμό των βαθμών με τους οποίους πρέπει να αυξήσετε τη θερμοκρασία του νερού. Αυτό είναι 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
Στις παρενθέσεις, υπολογίζουμε τον ακριβή αριθμό βαθμών, αφαιρώντας το αρχικό
Έτσι, για να θερμάνουμε 3 κιλά νερού από 15 έως 85 ° C, χρειαζόμαστε 882.000 J της ποσότητας θερμότητας.
Η ποσότητα θερμότητας υποδεικνύεται από το γράμμα Q, ο τύπος υπολογισμού του έχει ως εξής:
Q = c * m * (t2-t1).
Τι είναι η συγκεκριμένη θερμότητα
Κάθε ουσία στη φύση έχει τις δικές της ιδιότητες και η θέρμανση κάθε μεμονωμένης ουσίας απαιτεί διαφορετική ποσότητα ενέργειας, δηλ. η ποσότητα θερμότητας.
Ειδική θερμότητα μιας ουσίας Είναι τιμή ίση με την ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε σώμα με μάζα 1 κιλό για να θερμανθεί σε θερμοκρασία 1 0C
Η συγκεκριμένη θερμότητα συμβολίζεται με το γράμμα c και έχει τιμή μέτρησης J / kg *
Για παράδειγμα, η ειδική θερμική ικανότητα του νερού είναι 4200 J / kg * 0C. Δηλαδή, αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να μεταφερθεί σε 1 κιλό νερού για να θερμανθεί κατά 1 0C
Πρέπει να θυμόμαστε ότι η ειδική θερμική ικανότητα των ουσιών σε διαφορετικές καταστάσεις συσσωμάτωσης είναι διαφορετική. Δηλαδή, απαιτείται διαφορετική ποσότητα θερμότητας για τη θέρμανση του πάγου κατά 1 ° C.
