Căldura specifică este energia necesară pentru a crește temperatura de 1 gram dintr-o substanță pură cu 1 °. Parametrul depinde de compoziția sa chimică și de starea de agregare: gazos, lichid sau solid. După descoperirea sa, a început o nouă rundă în dezvoltarea termodinamicii, știința proceselor de energie tranzitorie, care se referă la căldura și funcționarea sistemului.
Obișnuit, căldura specifică și elementele de bază ale termodinamicii sunt utilizate la fabricare radiatoare și sisteme concepute pentru răcirea mașinilor, precum și în chimie, inginerie nucleară și aerodinamică. Dacă doriți să știți cum este calculată căldura specifică, consultați articolul propus.
Formulă
Înainte de a continua calculul direct al parametrului, ar trebui să vă familiarizați cu formula și componentele sale.
Formula pentru calcularea căldurii specifice este următoarea:
- c = Q / (m * ∆T)
Cunoașterea cantităților și a denumirilor lor simbolice utilizate în calcul este extrem de importantă. Cu toate acestea, este necesar nu numai să le cunoaștem aspectul vizual, ci și să înțelegem clar semnificația fiecăruia dintre ele. Calculul capacității termice specifice unei substanțe este reprezentat de următoarele componente:
ΔT este un simbol care înseamnă o schimbare treptată a temperaturii unei substanțe. Caracterul „Δ” este pronunțat delta.
ΔT poate fi calculat folosind formula:
ΔT = t2 - t1, unde
- t1 - temperatura primară;
- t2 este temperatura finală după schimbare.
m este masa substanței utilizate pentru încălzire (gr).
Q - cantitatea de căldură (J / J)
Pe baza lui Tsr, pot fi derivate și alte ecuații:
- Q = m * cp * ΔT - cantitate de căldură;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - masa substanței;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - temperatura primară;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - temperatura finală.
Definiția și formula cantității de căldură
Energia internă a unui sistem termodinamic poate fi schimbată în două moduri:
- lucrând la sistem,
- prin interacțiune termică.
Transferul de căldură în corp nu este asociat cu efectuarea unei lucrări macroscopice asupra corpului. În acest caz, schimbarea energiei interne este cauzată de faptul că moleculele individuale ale corpului cu o temperatură mai mare lucrează la unele molecule ale corpului, care are o temperatură mai scăzută. În acest caz, interacțiunea termică se realizează datorită conductivității termice. Transferul de energie este posibil și prin radiații. Sistemul proceselor microscopice (care nu este legat de întregul corp, ci de molecule individuale) se numește transfer de căldură. Cantitatea de energie care este transferată de la un corp la altul ca urmare a transferului de căldură este determinată de cantitatea de căldură care este transferată de la un corp la altul.
Definiție
Căldură
se numește energia care este primită (sau dată) de corp în procesul schimbului de căldură cu corpurile din jur (mediul înconjurător). Căldura este indicată, de obicei prin litera Q.
Aceasta este una dintre cantitățile de bază în termodinamică. Căldura este inclusă în expresiile matematice ale primului și celui de-al doilea principiu al termodinamicii. Se spune că căldura este energie sub formă de mișcare moleculară.
Căldura poate fi comunicată sistemului (corpului) sau poate fi îndepărtată. Se crede că, dacă căldura este transmisă sistemului, atunci este pozitivă.
Instrucțiuni pentru calcularea parametrului
calculati din
substanța este destul de simplă și pentru a face acest lucru, trebuie să urmați acești pași:
- Luați formula de calcul: Capacitate termică = Q / (m * ∆T)
- Scrieți datele inițiale.
- Introduceți-le în formulă.
- Calculați și obțineți rezultatul.
De exemplu, să calculăm o substanță necunoscută care cântărește 480 de grame și are o temperatură de 15 ° C, care, ca urmare a încălzirii (35 mii J), a crescut la 250 °.
Conform instrucțiunilor date mai sus, efectuăm următoarele acțiuni:
Scriem datele inițiale:
- Q = 35 mii J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
Luăm formula, substituim valorile și rezolvăm:
c = Q / (m * ∆T) = 35 mii J / (480 g * 235º) = 35 mii J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Cantitatea de căldură
Cantitatea de căldură este energia pe care corpul o pierde sau o câștigă în timpul transferului de căldură. Acest lucru este clar și din nume. La răcire, corpul va pierde o anumită cantitate de căldură și, atunci când este încălzit, va absorbi. Și răspunsurile la întrebările noastre ne-au arătat de ce depinde cantitatea de căldură? În primul rând, cu cât masa corpului este mai mare, cu atât trebuie să se cheltuiască mai multă schimbare a temperaturii cu un grad. În al doilea rând, cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea unui corp depinde de substanța din care constă, adică de tipul de substanță. Și în al treilea rând, diferența de temperatură a corpului înainte și după transferul de căldură este, de asemenea, importantă pentru calculele noastre. Pe baza celor de mai sus, putem determinați cantitatea de căldură prin formula:
Q = cm (t_2-t_1),
unde Q este cantitatea de căldură, m este masa corpului, (t_2-t_1) este diferența dintre temperaturile inițiale și finale ale corpului, c este capacitatea specifică de căldură a substanței, se găsește din tabelele corespunzătoare .
Folosind această formulă, puteți calcula cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea oricărui corp sau pe care acest corp o va elibera atunci când se răcește.
Cantitatea de căldură este măsurată în jouli (1 J), ca orice tip de energie. Cu toate acestea, această valoare a fost introdusă nu cu mult timp în urmă, iar oamenii au început să măsoare cantitatea de căldură mult mai devreme. Și au folosit o unitate care este folosită pe scară largă în timpul nostru - calorii (1 cal). 1 calorie este cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi 1 gram de apă cu 1 grad Celsius. Ghidați de aceste date, cei cărora le place să numere caloriile din alimentele consumate pot, de dragul interesului, să calculeze câte litri de apă pot fi fierți cu energia pe care o consumă împreună cu alimentele în timpul zilei.
Plată
Să efectuăm calculul CP
apă și tablă în următoarele condiții:
- m = 500 grame;
- t1 = 24 ° C și t2 = 80 ° C - pentru apă;
- t1 = 20 ° C și t2 = 180 ° C - pentru tablă;
- Q = 28 mii J.
Pentru început, determinăm ΔT pentru apă și respectiv staniu:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Apoi găsim căldura specifică:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 mii J / (500 g * 56ºC) = 28 mii J / (28 mii g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 mii J / (500 g * 160 ° C) = 28 mii J / (80 mii g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Astfel, căldura specifică a apei a fost de 1 J / g * ºC, iar cea a staniului a fost de 0,35 J / g * ºC. Prin urmare, putem concluziona că, cu o valoare egală a căldurii furnizate de 28 mii J, staniu se va încălzi mai repede decât apa, deoarece capacitatea sa de căldură este mai mică.
Capacitatea termică este posedată nu numai de gaze, lichide și solide, ci și de alimente.
Formula pentru calcularea căldurii la schimbarea temperaturii
Cantitatea elementară de căldură va fi notată ca. Rețineți că elementul de căldură pe care îl primește (renunță) sistemul cu o mică modificare a stării sale nu este un diferențial complet. Motivul pentru aceasta este că căldura este o funcție a procesului de schimbare a stării sistemului.
Cantitatea elementară de căldură care este transmisă sistemului și temperatura se schimbă de la T la T + dT, este egală cu:
unde C este capacitatea de căldură a corpului. Dacă corpul în cauză este omogen, atunci formula (1) pentru cantitatea de căldură poate fi reprezentată ca:
unde este căldura specifică a corpului, m este masa corpului, este căldura molară, este masa molară a unei substanțe și este numărul de moli ai substanței.
Dacă corpul este omogen și capacitatea de căldură este considerată independentă de temperatură, atunci cantitatea de căldură () pe care corpul o primește cu o creștere a temperaturii sale cu o cantitate poate fi calculată ca:
unde t2, t1 temperatura corpului înainte de încălzire și după.Vă rugăm să rețineți că temperaturile atunci când se constată diferența () în calcule pot fi înlocuite atât în grade Celsius, cât și în grade Kelvin.
Cum se calculează capacitatea termică a alimentelor
La calcularea capacității de putere ecuația ia următoarea formă:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), unde:
- w este cantitatea de apă din produs;
- p este cantitatea de proteine din produs;
- f este procentul de grăsime;
- c este procentul de carbohidrați;
- a este procentul de componente anorganice.
Determinați capacitatea termică a cremei de brânză prelucrată cu viola... Pentru a face acest lucru, scriem valorile necesare din compoziția produsului (greutate 140 grame):
- apă - 35 g;
- proteine - 12,9 g;
- grăsimi - 25,8 g;
- glucide - 6,96 g;
- componente anorganice - 21 g.
Apoi găsim cu:
- c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8 ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
Ce determină cantitatea de căldură
Energia internă a corpului se schimbă atunci când se lucrează sau se transferă căldura. Odată cu fenomenul transferului de căldură, energia internă este transferată prin conducere de căldură, convecție sau radiație.
Fiecare corp, atunci când este încălzit sau răcit (în timpul transferului de căldură), primește sau pierde o cantitate de energie. Pe baza acestui lucru, este obișnuit să numim această cantitate de energie cantitatea de căldură.
Asa de, cantitatea de căldură este energia pe care corpul o dă sau o primește în procesul de transfer al căldurii.
Câtă căldură este necesară pentru a încălzi apa? Folosind un exemplu simplu, puteți înțelege că sunt necesare cantități diferite de căldură pentru a încălzi cantități diferite de apă. Să presupunem că luăm două eprubete cu 1 litru de apă și 2 litri de apă. În ce caz este necesară mai multă căldură? În al doilea, unde există 2 litri de apă în eprubetă. Al doilea tub va dura mai mult pentru a se încălzi dacă le încălzim cu aceeași sursă de foc.
Astfel, cantitatea de căldură depinde de greutatea corporală. Cu cât masa este mai mare, cu atât este necesară mai multă căldură pentru încălzire și, în consecință, corpul are nevoie de mai mult timp pentru a se răci.
De ce mai depinde cantitatea de căldură? Firește, din diferența de temperatură dintre corpuri. Dar asta nu este tot. La urma urmei, dacă încercăm să încălzim apă sau lapte, atunci vom avea nevoie de o perioadă diferită de timp. Adică se dovedește că cantitatea de căldură depinde de substanța din care este compus corpul.
Ca rezultat, se dovedește că cantitatea de căldură necesară pentru încălzire sau cantitatea de căldură care este eliberată atunci când corpul se răcește depinde de masa sa, de schimbările de temperatură și de tipul de substanță care alcătuiește corpul.
Sfaturi utile
Amintiți-vă întotdeauna că:
- procesul de încălzire a metalului este mai rapid decât cel al apei, întrucât a făcut-o CP
De 2,5 ori mai puțin; - dacă este posibil, convertiți rezultatele într-un ordin superior, dacă condițiile o permit;
- pentru a verifica rezultatele, puteți utiliza Internetul și puteți căuta substanța calculată;
- în aceleași condiții experimentale, vor fi observate modificări de temperatură mai semnificative pentru materialele cu o căldură specifică scăzută.
Formula pentru cantitatea de căldură în timpul tranzițiilor de fază
Trecerea de la o fază a unei substanțe la alta este însoțită de absorbția sau eliberarea unei anumite cantități de căldură, care se numește căldura tranziției de fază.
Deci, pentru a transfera un element de materie din starea unui solid într-un lichid, ar trebui să i se spună o cantitate de căldură () egală cu:
unde este căldura specifică de fuziune, dm este elementul de masă corporală. Ar trebui să se țină seama de faptul că corpul trebuie să aibă o temperatură egală cu temperatura de topire a substanței luate în considerare. În timpul cristalizării, căldura este eliberată egală cu (4).
Cantitatea de căldură (căldură de vaporizare) necesară pentru a transforma un lichid în vapori poate fi găsită ca:
unde r este căldura specifică de vaporizare. Când aburul se condensează, se eliberează căldură. Căldura de vaporizare este egală cu căldura de condensare a unor mase egale de materie.
Cum se calculează cantitatea de căldură pentru a încălzi corpul
De exemplu, este necesar să se calculeze cantitatea de căldură care trebuie consumată pentru a încălzi 3 kg de apă de la o temperatură de 15 ° C la o temperatură de 85 ° C. Știm căldura specifică a apei, adică cantitatea de energie necesară pentru a încălzi 1 kg de apă cu 1 grad. Adică, pentru a afla cantitatea de căldură în cazul nostru, trebuie să înmulțiți capacitatea specifică de căldură a apei cu 3 și cu numărul de grade cu care trebuie să creșteți temperatura apei. Deci acesta este 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
În paranteze, calculăm numărul exact de grade, scăzând inițialul
Deci, pentru a încălzi 3 kg de apă de la 15 la 85 ° C, avem nevoie de 882.000 J din cantitatea de căldură.
Cantitatea de căldură este indicată de litera Q, formula pentru calcularea acesteia este următoarea:
Q = c * m * (t2-t1).
Ce este căldura specifică
Fiecare substanță din natură are propriile sale proprietăți și încălzirea fiecărei substanțe individuale necesită o cantitate diferită de energie, adică cantitatea de căldură.
Căldura specifică a unei substanțe Este o valoare egală cu cantitatea de căldură care trebuie transferată către un corp cu masa de 1 kilogram pentru a o încălzi la o temperatură de 1 0C
Căldura specifică este notată cu litera c și are o valoare de măsurare J / kg *
De exemplu, capacitatea specifică de căldură a apei este de 4200 J / kg * 0C. Adică, aceasta este cantitatea de căldură care trebuie transferată la 1 kg de apă pentru a o încălzi cu 1 0C
Trebuie amintit că capacitatea specifică de căldură a substanțelor în diferite stări de agregare este diferită. Adică, este necesară o cantitate diferită de căldură pentru a încălzi gheața cu 1 ° C.
