IMEYTYNYT LÄMPÖ: KAAVAT, KUINKA SE LASKETAAN, JA RATKAISETUT HARJOITUKSET - FYYSINEN - 2026

Imeytynyt lämpö määritellään väliseen energian siirtoon kahden kappaleen eri lämpötiloissa. Matalampi lämpötila absorboi korkeamman lämpötilan lämpöä. Kun tämä tapahtuu, lämpöä absorboivan aineen lämpöenergia kasvaa, ja sen muodostavat hiukkaset värähtelevät nopeammin nostaen kineettistä energiaa.

Tämä voi johtaa lämpötilan nousuun tai tilan muutokseen. Siirry esimerkiksi kiinteästä nesteeseen, kuten jään, kun se sulaa kosketuksessa veden tai soodan kanssa huoneenlämpötilassa.

Metallilusikka imee kuuman kahvin lämpöä. Lähde: Pixabay.

Lämmön ansiosta esineillä on myös mahdollisuus muuttaa mittojaan. Lämpölaajeneminen on hyvä esimerkki tästä ilmiöstä. Kun suurin osa aineista lämmitetään, niiden taipumus kasvaa.

Poikkeuksena tästä on vesi. Sama määrä nestemäistä vettä lisää sen tilavuutta, kun se jäähtyy alle 4ºC. Lisäksi lämpötilan muutoksissa voi esiintyä myös muutoksia sen tiheydessä, mikä on myös hyvin havaittavissa veden tapauksessa.

Mistä se koostuu ja kaavat

Kuljetettavan energian tapauksessa absorboituneen lämmön yksiköt ovat Joules. Kuitenkin pitkään lämpöä oli omat yksiköt: kalori.

Tänäkin päivänä tätä yksikköä käytetään ruuan energiapitoisuuden määrittämiseen, vaikka todellisuudessa yksi ruokavalion kalori vastaa yhtä kilokaloria lämpöä.

kalorit

Kalori, lyhennettynä kalkkina, on tarvittava lämpömäärä 1 gramman veden lämpötilan nostamiseksi 1 ºC: lla.

Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) toteutti 1800-luvulla kuuluisan kokeen, jossa hän onnistui muuttamaan mekaanisen työn lämmöksi saamalla seuraavan vastaavuuden:

Ison-Britannian yksiköissä lämpöyksikköä kutsutaan Btu (brittiläinen lämpöyksikkö), joka määritellään lämpömääränä, joka tarvitaan yhden kilon veden lämpötilan nostamiseksi 1 ºF.

Yksiköiden välinen vastaavuus on seuraava:

Näiden vanhempien yksiköiden ongelmana on, että lämmön määrä riippuu lämpötilasta. Toisin sanoen se, joka vaaditaan lämpötilaan 70 ºC - 75 ºC, ei ole sama kuin esimerkiksi veden lämmittämiseksi 9 ºC: sta 10 ºC: seen.

Siksi määritelmässä tarkastellaan hyvin määriteltyjä alueita: 14,5-15,5 ° C ja 63 - 64 ° F kaloreille ja Btu.

Mistä imeytyneen lämmön määrä riippuu?

Materiaalin imeytyneen lämmön määrä riippuu monista tekijöistä:

- Messu. Mitä suurempi massa, sitä enemmän lämpöä se pystyy absorboimaan.

- Aineen ominaisuudet. On aineita, jotka kykenevät absorboimaan enemmän lämpöä kuin muut, molekyyli- tai atomirakenteestaan ​​riippuen.

- Lämpötila. Lisää lämpöä tarvitaan korkeamman lämpötilan saavuttamiseksi.

Lämpömäärä, jota merkitään Q, on verrannollinen kuvattuihin tekijöihin. Siksi se voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Kun m on esineen massa, c on vakio, jota kutsutaan ominaislämmöksi, aineen luontainen ominaisuus ja ΔT on lämpötilan muutos, joka saavutetaan absorboimalla lämpöä.

Tällä erolla on positiivinen merkki, koska lämpöä absorboitaessa odotetaan, että _Tf > T _o. Näin tapahtuu, ellei aineen vaiheessa ole muutosta, kuten esimerkiksi nesteestä höyryyn menevä vesi. Kun vesi kiehuu, sen lämpötila pysyy vakiona noin 100 ºC: ssa, riippumatta siitä kuinka nopeasti se kiehuu.

Kuinka laskea se?

Asettamalla kaksi eri lämpötilassa olevaa esinettä kosketukseen, hetken kuluttua ne molemmat saavuttavat lämpötasapainon. Lämpötilat tasautuvat ja lämmönsiirto lakkaa. Sama tapahtuu, jos useampi kuin kaksi esinettä joutuu kosketuksiin. Tietyn ajan kuluttua ne ovat kaikki samassa lämpötilassa.

Jos oletetaan, että kosketuksessa olevat esineet muodostavat suljetun järjestelmän, josta lämpö ei pääse pois, energian säästöperiaatetta sovelletaan, joten voidaan todeta seuraavaa:

Q _absorboitu = - Q _tuotti

Tämä edustaa energiatasoa, joka on samanlainen kuin henkilön tulot ja kulut. Tästä syystä siirretyllä lämmöllä on negatiivinen merkki, koska tuotettavan esineen lopullinen lämpötila on alempi kuin alkuperäinen. Täten:

Yhtälön Q _imeytyy = - Q _tuotti käytetään aina kun kaksi objektia ovat kosketuksissa.

Energiatasapaino

Energiatasapainon suorittamiseksi on tarpeen erottaa lämpöä absorboivat esineet niistä, jotka tuottavat:

Σ Q _k = 0

Toisin sanoen, suljetussa järjestelmässä olevien energiavoittojen ja -häviöiden summan on oltava yhtä suuri kuin 0.

Aineen ominaislämpö

Imeytyneen lämmön määrän laskemiseksi on tarpeen tietää kunkin osallistuvan aineen ominaislämpö. Tämä on tarvittava lämpömäärä 1 g: n materiaalin lämpötilan nostamiseksi 1 ºC: lla. Sen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä ovat: Joule / kg. K.

On taulukoita, joissa on monien aineiden ominaislämpö, ​​yleensä laskettu kalorimetrillä tai vastaavilla työkaluilla.

Esimerkki kuinka laskea materiaalin ominaislämpö

250 kaloria tarvitaan metallirenkaan lämpötilan nostamiseksi 20 ° C: sta 30 ° C: seen. Jos renkaan massa on 90 g. Mikä on metallin ominaislämpö SI-yksiköissä?

Ratkaisu

Yksiköt muutetaan ensin:

Q = 250 kaloria = 1046,5 J

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

Harjoitus ratkaistu

Alumiinikuppi sisältää 225 g vettä ja 40 g kuparisekoitinta, kaikki 27 ° C: ssa. Veteen laitetaan 400 g: n hopeanäyte 87 ° C: n alkulämpötilassa.

Sekoittajaa käytetään sekoittamaan seosta, kunnes se saavuttaa lopullisen tasapainolämpötilansa 32 ° C. Laske alumiinikupin massa ottaen huomioon, että ympäristölle ei aiheudu lämpöhäviöitä.

Lämpömittarin kaavio. Lähde: Solidswiki.

Lähestyä

Kuten edellä todettiin, on tärkeää erottaa lämpöä luovuttavat esineet kohteista, jotka absorboivat:

- Alumiinikuppi, kuparisekoitin ja vesi imevät lämpöä.

- Hopeanäyte tuottaa lämpöä.

data

Kunkin aineen erityiset lämmittimet toimitetaan:

Kunkin aineen absorboima tai siirtämä lämpö lasketaan yhtälöllä:

Ratkaisu

Hopea

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

Kuparisekoitin

Q _{absorboitunut} = 40 x 10 ^-3. 387 x (32 - 27) J = 77,4 J

vesi

Q _{absorboitunut} = 225 x 10 ^-3. 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J

Alumiinimuki

Q _{absorboitunut} = m _alumiinia. 900 x (32 - 27) J = 4500 pm _alumiinia

Käytetään:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 mm _alumiinia = - (-5148)

Lopuksi alumiinin massa puhdistetaan:

m _alumiini = 0,0803 kg = 80,3 g

Viitteet

1. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6 ^th. Toimittaja Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysiikka: Katso maailmaa. 6 ^ta Editointi lyhennetty. Cengagen oppiminen. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Fysiikan perusteet. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Yliopistofysiikka modernin fysiikan kanssa. 14 ^th. Osa 1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fysiikan perusteet. 9 ^na Cengage -oppiminen. 362 - 374