PRENESENA TOPLOTA: FORMULE, KAKO TO IZRAČUNATI IN REŠENE VAJE - FIZIČNO - 2026

Toplota prenaša je prenos energije med dvema telesoma pri različnih temperaturah. Tisti z višjo temperaturo odda toploto tistemu z nižjo temperaturo. Ne glede na to, ali se telo odpove ali absorbira toploto, se lahko njegova temperatura ali fizično stanje razlikujeta glede na maso in značilnosti materiala, iz katerega je izdelana.

Dober primer je v parni skodelici kave. Kovinska žlica, s katero mešamo sladkor, segreje. Če ga v skodelici pustimo dovolj dolgo, bosta kava in kovinska žlica izenačili njuni temperaturi: kava se bo ohladila in toplota se bo prenesla na žlico. Nekaj ​​toplote bo prešlo v okolje, saj sistem ni izoliran.

Kava in žlica sta čez nekaj časa v toplotnem ravnovesju. Vir: Pixabay.

Ko temperature postanejo enake, je doseženo toplotno ravnovesje.

Če bi isti test naredili s plastično čajno žličko, bi zagotovo opazili, da se ne segreva tako hitro kot kovinski, ampak bo sčasoma prišel v ravnovesje tudi s kavo in vsem okoli nje.

To je zato, ker kovina toploto bolje prenaša kot plastika. Po drugi strani gotovo kava oddaja toploto z drugačno hitrostjo kot vroča čokolada ali druga pijača. Torej toplota, ki jo vsak predmet odda ali absorbira, je odvisna od materiala ali snovi, iz katere je sestavljena.

Kaj sestavlja in formule

Toplota se vedno nanaša na pretok ali tranzit energije med enim in drugim objektom zaradi razlike v temperaturi.

Zato govorimo o preneseni toploti ali absorbirani toploti, saj lahko z dodajanjem ali črpanjem toplote ali energije na nek način spremenimo temperaturo elementa.

Količino toplote, ki jo oddaja najbolj vroči predmet, običajno imenujemo Q. Ta vrednost je sorazmerna z maso tega predmeta. Telo z veliko maso je sposobno oddati več toplote kot drugo z nižjo maso.

Temperaturna razlika

Drug pomemben dejavnik pri izračunu prenosa toplote je razlika v temperaturi, ki jo doživlja objekt, ki prenaša toploto. Označen je kot Δ T in se izračuna na naslednji način:

Končno je količina prenesene toplote odvisna tudi od narave in značilnosti predmeta, ki se količinsko povzamejo v konstanto, imenovano specifična toplota materiala, označena s c.

Torej, končni izraz za toploto je naslednji:

Dejanje vdaje je simbolizirano z negativnim predznakom.

Specifična toplotna in toplotna sposobnost snovi

Specifična toplota je količina toplote, ki je potrebna za zvišanje temperature 1 g snovi za 1 ° C. Je lastna lastnost gradiva. Njene enote v mednarodnem sistemu so: Joule / kg. K (Joule med kilogramom x temperature v stopinjah Kelvina).

Toplotna zmogljivost C je povezan koncept, vendar nekoliko drugačen, saj gre za maso predmeta. Toplotna zmogljivost je opredeljena na naslednji način:

Njegove enote SI so Joule / K. Tako se sproščena toplota lahko izrazi tudi:

Kako izračunati?

Za izračun toplote, ki jo odda objekt, je treba vedeti naslednje:

- specifična toplota snovi, ki odda toploto.

- Masa navedene snovi

- Končna temperatura, ki jo je treba doseči

Specifične toplotne vrednosti za številne materiale so bile določene eksperimentalno in so na voljo v tabelah.

Kalorimetrija

Zdaj, če ta vrednost ni znana, jo je mogoče pridobiti s pomočjo termometra in vode v toplotno izolirani posodi: kalorimetru. Diagram te naprave je prikazan na sliki, ki spremlja vajo 1.

Vzorec snovi je na določeni temperaturi potopljen v količino vode, ki je bila predhodno izmerjena. Končna temperatura se meri in specifična toplota materiala se določi z dobljenimi vrednostmi.

Če primerjamo rezultat s tabeliranimi vrednostmi, je mogoče vedeti, katera snov je. Ta postopek se imenuje kalorimetrija.

Toplotna bilanca se izvaja z varčevanjem z energijo:

Q je _dobil + _absorbirano Q _{= 0}

Rešene vaje

Vaja 1

0,35 kg kos bakra se vnese pri temperaturi 150 ° C v 500 ml vode pri temperaturi 25 ° C.

a) Končna ravnovesna temperatura

b) Koliko toplote teče v tem procesu?

Podatki

Shema osnovnega kalorimetra: izolirana posoda z vodo in termometer za merjenje temperaturnih sprememb. l Vir: Dr Tilahun Tesfaye

Rešitev

a) Baker odda toploto, medtem ko jo voda absorbira. Ker se sistem šteje za zaprt, v toplotno bilanco posegata samo voda in vzorec:

Po drugi strani pa je treba izračunati maso 500 ml vode:

S temi podatki se izračuna masa vode:

Zviša se enačba za toploto v vsaki snovi:

Izenačenje rezultatov:

To je linearna enačba z eno neznano, katere rešitev je:

b) Količina toplote, ki se pretaka, je prenesena toplota ali absorbirana toplota:

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

Q _absorbirano = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J

Vaja 2

100 g kosa bakra segrejemo v peči pri temperaturi T _° in nato damo v 150 g bakrovega kalorimetra, ki vsebuje 200 g vode pri 16 ° C. Končna temperatura v ravnotežju je 38 º C. Ko kalorimeter in njegova vsebnost stehtata, ugotovimo, da je izhlapilo 1,2 g vode.Kakšna je bila začetna temperatura T _o ?

Rešitev

Ta vaja se razlikuje od prejšnje, saj je treba upoštevati, da kalorimeter absorbira tudi toploto. Toplota, ki jo sprošča košček bakra, se vloži v vse naslednje:

- Segrejte vodo v kalorimetru (200 g)

- Segrejte baker, iz katerega je izdelan kalorimeter (150 g)

- Izhlapite 1,2 grama vode (potrebna je tudi energija za spremembo faze).

Tako:

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

Vročina, potrebna za dovajanje 1,2 g vode do 100 ° C, bi lahko tudi upoštevali, vendar je to v primerjavi z dokaj majhno količino.

Reference

1. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela z aplikacijami. 6. ^st . Ed Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svet. 6 ^ta Urejanje skrajšano. Cengage Learning. 156–164.
3. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemanski. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. ^st . Ed. Zvezek 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Osnove fizike. 9 ^na Cengage Learning.