LÄMMÖNSIIRTO: KAAVAT, KUINKA SE LASKETAAN, JA RATKAISETUT HARJOITUKSET - FYYSINEN - 2025

Siirtynyt lämpö on energian siirtoa kahden kappaleen välillä eri lämpötiloissa. Korkeamman lämpötilan lämpö luovuttaa lämpöä alhaisemman lämpötilan kanssa. Riippumatta siitä, luovutaanko kehon lämpöä vai absorboi sitä lämpö, ​​sen lämpötila tai fysikaalinen tila voi vaihdella sen materiaalin massan ja ominaisuuksien mukaan, josta se on valmistettu.

Hyvä esimerkki on höyryttävä kahvikuppi. Metallilusikka, jonka kanssa sokeria sekoitetaan, kuumenee. Jos se jätetään kuppiin riittävän kauan, kahvi ja metalli lusikka lopulta tasapainottavat niiden lämpötiloja: kahvi on jäähtynyt ja lusikka on antanut lämpöä. Jotakin lämpöä on kulkeutunut ympäristöön, koska järjestelmää ei ole eristetty.

Kahvi ja lusikka ovat jonkin ajan kuluttua lämpötasapainossa. Lähde: Pixabay.

Lämpötilojen tasaantuessa lämpötasapaino on saavutettu.

Jos teit saman testin muovisella teelusikalla, huomaat varmasti, että se ei kuumene niin nopeasti kuin metalli, mutta se lopultakin tasapainottuu kahvin ja kaiken sen ympärillä.

Tämä johtuu siitä, että metalli johtaa lämpöä paremmin kuin muovi. Toisaalta kahvi tuottaa varmasti lämpöä erilaisella nopeudella kuin kuuma suklaa tai muu juoma. Joten kunkin esineen antama tai absorboima lämpö riippuu siitä, mistä materiaalista tai aineesta se on valmistettu.

Mistä se koostuu ja kaavat

Lämmöllä tarkoitetaan aina energian virtausta tai kulkua esineen välillä toisen lämpötilan lämpötilasta johtuen.

Siksi puhumme siirretystä tai absorboituneesta lämmöstä, koska lisäämällä tai erottamalla lämpöä tai energiaa jollain tavalla on mahdollista muuttaa elementin lämpötilaa.

Lämpömäärää, jonka kuumin esine antaa, kutsutaan yleensä Q: ksi. Tämä arvo on verrannollinen kyseisen esineen massaan. Keho, jolla on suuri massa, pystyy luopumaan enemmän lämpöä kuin toinen, jonka massa on pienempi.

Lämpötilaero

Toinen tärkeä tekijä lämmönsiirron laskemisessa on lämpötilaero, jonka kohde kokee lämmön siirtävällä esineellä. Sitä merkitään nimellä T T ja se lasketaan seuraavasti:

Lopuksi siirretyn lämmön määrä riippuu myös esineen luonteesta ja ominaisuuksista, jotka on kvantitatiivisesti koottu vakiona, jota kutsutaan materiaalin ominaislämpöksi, jota merkitään c: llä.

Joten lopuksi lauseke siirretylle lämmölle on seuraava:

Antamista osoittaa negatiivinen merkki.

Aineen ominaislämpö ja lämpökapasiteetti

Ominaislämpö on lämmön määrä, joka tarvitaan 1 g: n aineen lämpötilan nostamiseksi 1 ºC: lla. Se on materiaalin luontainen ominaisuus. Sen yksiköt kansainvälisessä järjestelmässä ovat: Joule / kg. K (Joule kilogramman x lämpötilan välillä kelvin-asteina).

Lämpökapasiteetti C on linkitetty käsite, mutta hieman erilainen, koska esineen massa on mukana. Lämpökapasiteetti määritellään seuraavasti:

Sen SI-yksiköt ovat Joule / K. Joten vapautuva lämpö voidaan ilmaista myös vastaavasti:

Kuinka laskea se?

Objektin siirtämän lämmön laskemiseksi on välttämätöntä tietää seuraava:

- Aineen ominaislämpö, ​​joka luovuttaa lämpöä.

- mainitun aineen massa

- Lopullinen saavutettava lämpötila

Monille materiaaleille ominaiset lämpöarvot on määritetty kokeellisesti ja ne ovat saatavissa taulukoissa.

calorimetry

Nyt, jos tätä arvoa ei tunneta, on mahdollista saada se lämpömittarin ja veden avulla lämpöeristetyssä astiassa: kalorimetrissä. Tämän laitteen kaavio on esitetty harjoituksessa 1 mukana olevassa kuvassa.

Aineen näyte upotetaan tiettyyn lämpötilaan vesimäärään, joka on aiemmin mitattu. Lopullinen lämpötila mitataan ja materiaalin ominaislämpö määritetään saatujen arvojen avulla.

Vertaamalla tulosta taulukoituihin arvoihin voidaan tietää, mikä aine se on. Tätä menettelyä kutsutaan kalorimetriseksi.

Lämpötila saavutetaan säästämällä energiaa:

Q _tuotti + Q _{absorboituneena = 0}

Ratkaistuja harjoituksia

Harjoitus 1

0,35 kg kuparipala lisätään 150ºC: n lämpötilassa 500 ml: aan vettä 25ºC: n lämpötilassa.

a) Lopullinen tasapainolämpötila

b) Kuinka paljon lämpöä virtaa tässä prosessissa?

data

Peruskalorimetrin kaavio: eristetty vesisäiliö ja lämpömittari lämpötilan muutosten mittaamiseksi. l Lähde: Dr. Tilahun Tesfaye

Ratkaisu

a) Kupari luovuttaa lämpöä, kun taas vesi imee sitä. Koska järjestelmää pidetään suljettuna, vain vesi ja näyte puuttuvat lämpötasapainoon:

Toisaalta on laskettava 500 ml: n veden massa:

Näiden tietojen perusteella veden massa lasketaan:

Kunkin aineen lämmön yhtälö nostetaan:

Yhtä tuloksia meillä on:

Se on lineaarinen yhtälö yhden tuntemattoman kanssa, jonka ratkaisu on:

b) Virtaavan lämmön määrä on siirretty lämpö tai absorboitu lämpö:

Q _tuotti = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J

Q _{absorboitunut} = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J

Harjoitus 2

100 g kuparipala kuumennetaan uunissa lämpötilassa T _o ja asetetaan sitten 150 g kuparikalorimetriin, joka sisältää 200 g vettä 16 ° C: ssa. Lopullinen lämpötila kerran tasapainotilassa on 38 ° C. º C. Kun kalorimetri ja sen sisältö punnitaan, havaitaan, että 1,2 g vettä on haihtunut. Mikä oli alkuperäinen lämpötila T _o ?

Ratkaisu

Tämä harjoitus eroaa edellisestä, koska on otettava huomioon, että kalorimetri imee myös lämpöä. Kuparikappaleen vapauttama lämpö sijoitetaan kaikkiin seuraaviin:

- Lämmitä vesi kalorimetrissä (200 g)

- Kuumenna kupari, josta kalorimetri on valmistettu (150 g)

- Haihduta 1,2 grammaa vettä (energiaa tarvitaan myös vaiheen vaihtamiseen).

Täten:

- 38,5. (38 - T _o) = 22397,3

Lämpöä, joka tarvitaan 1,2 g: n veden nostamiseksi 100ºC: seen, voitiin myös harkita, mutta se on melko pieni määrä verrattuna.

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. Toim. Volyymi 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fysiikan perusteet. 9 ^na Cengage -oppiminen.