TOPLOTNA ZMOGLJIVOST: FORMULE, ENOTE IN UKREPI - FIZIČNO - 2026

Moč toplotne organa ali sistema je količnik med posredujejo ta organ toplotne energije in spremembo temperature pa doživlja v tem procesu. Druga natančnejša opredelitev je, da se nanaša na to, koliko toplote je potrebno oddati telesu ali sistemu, da se njegova temperatura poveča za eno stopinjo kelvina.

Nenehno se dogaja, da vroča telesa oddajajo toploto hladnejšim telesom v procesu, ki traja, dokler obstaja temperaturna razlika med obema kontaktnima telesoma. Nato je toplota energija, ki se prenaša iz enega sistema v drugega s preprostim dejstvom, da obstaja razlika v temperaturi med obema.

Po dogovoru je pozitivna toplota (Q) definirana kot toplota, ki jo absorbira sistem, in kot negativna toplota, ki jo sistem prenaša.

Iz zgoraj navedenega izhaja, da vsi predmeti ne absorbirajo in zadržujejo toplote z enako lahkoto; tako se določeni materiali segrejejo lažje kot drugi.

Upoštevati je treba, da je navsezadnje toplotna zmogljivost telesa odvisna od njegove narave in sestave.

Formule, enote in ukrepi

Toplotno zmogljivost lahko določimo iz naslednjega izraza:

C = dQ / dT

Če je temperaturna sprememba dovolj majhna, se lahko prejšnji izraz poenostavi in ​​nadomesti z naslednjim:

C = Q / ΔT

Torej, merska enota za toplotno zmogljivost v mednarodnem sistemu je Joule na kelvin (J / K).

Toplotno zmogljivost lahko merimo s konstantnim tlakom C _p ali konstantno prostornino C _v .

Specifična toplota

Pogosto je toplotna zmogljivost sistema odvisna od količine snovi ali njene mase. V tem primeru, ko je sistem sestavljen iz ene same snovi s homogenimi lastnostmi, je potrebna posebna toplota, imenovana tudi specifična toplotna zmogljivost (c).

Tako je specifična masna toplota količina toplote, ki jo je treba dovajati enotni masi snovi, da se njena temperatura poveča za eno stopinjo kelvina, in jo je mogoče določiti iz naslednjega izraza:

c = Q / m ΔT

V tej enačbi m je masa snovi. Zato je v tem primeru merska enota za specifično toploto Joule na kilogram na kelvin (J / kg K) ali tudi Joule na gram na kelvin (J / g K).

Podobno je molska specifična toplota količina toplote, ki jo je treba dovajati na mol snovi snovi, da se njegova temperatura poveča za eno stopinjo kelvina. In to je mogoče določiti iz naslednjega izraza:

V tem izrazu je n število molov snovi. To pomeni, da je v tem primeru merska enota za specifično toploto Joule na mol na kelvin (J / mol K).

Specifična toplota vode

Specifične toplote mnogih snovi so izračunane in lahko dostopne v tabelah. Vrednost specifične toplote vode v tekočem stanju je 1000 kalorij / kg K = 4186 J / kg K. Nasprotno je specifična toplota vode v plinastem stanju 2080 J / kg K, v trdnem stanju pa 2050 J / kg K.

Prenos toplote

Na ta način in glede na to, da so bile specifične vrednosti velike večine snovi že izračunane, je mogoče določiti prenos toplote med dvema telesoma ali sistemoma z naslednjimi izrazi:

Q = cm ΔT

Ali če se uporablja molarna specifična toplota:

Q = cn ΔT

Upoštevati je treba, da ti izrazi omogočajo določanje toplotnih tokov pod pogojem, da ne pride do spremembe stanja.

V procesih spreminjanja stanja govorimo o latentni toploti (L), ki je opredeljena kot energija, ki jo potrebuje količina snovi za spremembo faze ali stanja, bodisi iz trdne v tekočo (toplotna fuzija, L _f ) ali iz tekoče v plinasto (toplota uparjanja, L _v ).

Upoštevati je treba, da se takšna energija v obliki toplote v celoti porabi pri spremembi faze in ne povrne sprememb temperature. V takšnih primerih so izrazi za izračun toplotnega toka v postopku uparjanja naslednji:

Q = L _v m

Če uporabljamo molarno specifično toploto: Q = L _v n

V procesu zlivanja: Q = L _f m

Če uporabljamo molarno specifično toploto: Q = L _f n

Na splošno je, tako kot pri specifični toploti, latentna segrevanja večine snovi že izračunana in v tabelah lahko dostopna. Tako na primer v primeru vode morate:

L _f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) pri 0 ° C; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) pri 100 ° C.

Primer

V primeru vode, če se 1 kg mase zamrznjene vode (led) segreje od temperature -25 ° C do temperature 125 ° C (vodna para), bi toploto, porabljeno v postopku, izračunali na naslednji način :

1. faza

Led od -25 ° C do 0 ° C.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. stopnja

Sprememba stanja iz ledu v tekočo vodo.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

3. stopnja

Tekoča voda od 0 ° C do 100 ° C.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

4. faza

Sprememba stanja iz tekoče vode v vodno paro.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

5. stopnja

Vodna para od 100 ° C do 125 ° C.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Tako je skupni toplotni tok v postopku vsota tistega, proizvedenega v vsaki od petih stopenj, rezultat pa je 31112850 J.

Reference

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizika letnik 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svet fizikalne kemije.Kapaciteta toplote (drugo). V Wikipediji. Pridobljeno 20. marca 2018 z en.wikipedia.org.
3. Latentna toplota. (drugo). V Wikipediji. Pridobljeno 20. marca 2018 z en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Bistveni znanstveni slovar. Barnes & Plemenite knjige.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fizikalna kemija (prva izdaja 1978), deveta izdaja 2010, Oxford University Press, Oxford UK.