Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Den første loven om termodynamikk og varme
- Spesifikk varmekapasitet forklart
- Beregning av varmeopptak
- Tips om alternative enheter
I hverdagsspråket bruker folk uttrykkene varme og temperatur om hverandre. Når det gjelder termodynamikk og fysikk mer bredt, har de to begrepene imidlertid veldig forskjellige betydninger. Hvis du prøver å beregne hvor mye varme som absorberes av noe når du hever temperaturen, må du forstå forskjellen mellom de to og hvordan du beregner den ene fra den andre. Du kan gjøre dette enkelt: bare multipliser varmekapasiteten til stoffet du varmer med stoffets masse og temperaturendringen for å finne varmen som blir absorbert.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Beregn varmeabsorpsjon ved å bruke formelen:
Q = mc∆T
Q betyr den varme som absorberes, m er massen til stoffet som absorberer varme, c er den spesifikke varmekapasiteten og ∆T er temperaturendringen.
Den første loven om termodynamikk og varme
Den første loven om termodynamikk sier at endringen i den indre energien til et stoff er summen av varmen som overføres til det og arbeidet som er gjort på det (eller varmen som overføres til det minus arbeidet som er gjort av den). "Arbeid" er bare et ord fysikere bruker for fysisk energioverføring. For eksempel virker det å røre i en kopp kaffe i væsken inni den, og du arbeider på en gjenstand når du henter den eller kaster den.
Varme er en annen form for energioverføring, men det er en som finner sted når to objekter har forskjellige temperaturer i forhold til hverandre. Hvis du legger kaldt vann i en panne og slår på ovnen, varmer flammene pannen og den varme pannen varmer vannet. Dette hever temperaturen på vannet og gir det energi. Den andre loven om termodynamikk dikterer at varme bare strømmer fra varmere gjenstander til kaldere, ikke omvendt.
Spesifikk varmekapasitet forklart
Nøkkelen til å løse problemet med å beregne varmeabsorpsjon er begrepet spesifikk varmekapasitet. Ulike stoffer trenger forskjellige mengder energi som skal overføres til dem for å heve temperaturen, og stoffets spesifikke varmekapasitet forteller deg hvor mye det er. Dette er en mengde gitt symbolet c og målt i joules / kg grad Celsius. Kort sagt, varmekapasiteten forteller deg hvor mye varmeenergi (i joule) som er nødvendig for å heve temperaturen på 1 kg av et materiale med 1 grad C. Den spesifikke varmekapasiteten til vann er 4181 J / kg grad C, og den spesifikke varmekapasiteten til bly er 128 J / kg grad C. Dette forteller deg med et øyeblikk at det tar mindre energi å øke temperaturen på bly enn det gjør vann.
Beregning av varmeopptak
Du kan bruke informasjonen i de to siste seksjonene sammen med en enkel formel for å beregne varmeopptaket i en spesifikk situasjon. Alt du trenger å vite er stoffet som blir oppvarmet, temperaturendringen og stoffets masse. Ligningen er:
Q = mc∆T
Her, Q betyr varme (hva du vil vite), m betyr masse, c betyr den spesifikke varmekapasiteten og ∆T er temperaturendringen. Du kan finne endringen i temperatur ved å trekke starttemperaturen fra den endelige temperaturen.
For eksempel kan du forestille deg å øke temperaturen på 2 kg vann fra 10 til 50 grader. Endringen i temperatur er ∆T = (50 - 10) grader C = 40 grader C. Fra den siste seksjonen er den spesifikke varmekapasiteten til vann 4.181 J / kg grad C, så ligningen gir:
Q = 2 kg × 4181 J / kg grad C × 40 grader C
= 334.480 J = 334,5 kJ
Så det tar omtrent 334,5 tusen joule (kJ) varme for å heve temperaturen på 2 kg vann med 40 grader C.
Tips om alternative enheter
Noen ganger er spesifikke varmekapasiteter gitt i forskjellige enheter. For eksempel kan det siteres i joules / gram grader C, kalorier / gram grader C eller joules / mol grader C. En kalori er en alternativ energienhet (1 kalori = 4,184 joule), gram er 1/1000 kilo , og en føflekk (forkortet til mol) er en enhet som brukes i kjemi. Så lenge du bruker konsistente enheter, vil formelen ovenfor holde.
Hvis for eksempel den spesifikke varmen er gitt i joules / gram grad C, må du oppgi stoffets masse også i gram, eller alternativt konvertere den spesifikke varmekapasiteten til kilo ved å multiplisere den med 1 000. Hvis varmekapasiteten er gitt i joules / mol grad C, er det enklest å sitere stoffets masse i mol også. Hvis varmekapasiteten er gitt i kalorier / kg grad C, vil resultatet ditt være i kalorier av varme i stedet for joules, som du kan konvertere etterpå hvis du trenger svaret i joules.
Hvis du møter Kelvin som en enhet for temperatur (symbol K), for temperaturendringer er dette nøyaktig det samme som Celsius, så du trenger ikke å gjøre noe.