Specifik varme er den nødvendige energi til at øge temperaturen på 1 gram af et rent stof med 1 °. Parameteren afhænger af dens kemiske sammensætning og aggregeringstilstand: gasformig, flydende eller fast. Efter opdagelsen begyndte en ny runde i udviklingen af termodynamik, videnskaben om forbigående energiprocesser, der vedrører systemets varme og funktion.
Som regel, Specifik varme og det grundlæggende inden for termodynamik anvendes til fremstillingen radiatorer og systemer designet til køling af biler såvel som inden for kemi, atomteknik og aerodynamik. Hvis du vil vide, hvordan den specifikke varme beregnes, så tjek den foreslåede artikel.
Formel
Før du fortsætter med den direkte beregning af parameteren, skal du gøre dig bekendt med formlen og dens komponenter.
Formlen til beregning af den specifikke varme er som følger:
- c = Q / (m * ∆T)
Kendskab til mængderne og deres symbolske betegnelser, der anvendes i beregningen, er yderst vigtig. Det er dog ikke kun nødvendigt at kende deres visuelle udseende, men også at forstå betydningen af hver af dem tydeligt. Beregningen af et stofs specifikke varmekapacitet repræsenteres af følgende komponenter:
ΔT er et symbol, der betyder en gradvis ændring i et stofs temperatur. Tegnet "Δ" udtages delta.
ΔT kan beregnes ved hjælp af formlen:
ΔT = t2 - t1, hvor
- t1 - primær temperatur;
- t2 er den endelige temperatur efter ændringen.
m er massen af det stof, der anvendes til opvarmning (gr).
Q - varmemængde (J / J)
På baggrund af Tsr kan andre ligninger udledes:
- Q = m * cp * AT - mængden af varme;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - stoffets masse
- t1 = t2– (Q / cp * m) - primær temperatur;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - endelig temperatur.
Definition og formel for varmemængden
Den indre energi i et termodynamisk system kan ændres på to måder:
- udfører arbejde på systemet,
- gennem termisk interaktion.
Overførsel af varme til kroppen er ikke forbundet med at udføre makroskopisk arbejde på kroppen. I dette tilfælde skyldes ændringen i intern energi det faktum, at individuelle molekyler i kroppen med en højere temperatur arbejder på nogle molekyler i kroppen, som har en lavere temperatur. I dette tilfælde realiseres termisk interaktion på grund af termisk ledningsevne. Energioverførsel er også mulig gennem stråling. Systemet med mikroskopiske processer (ikke relateret til hele kroppen, men til individuelle molekyler) kaldes varmeoverførsel. Mængden af energi, der overføres fra et legeme til et andet som et resultat af varmeoverførsel bestemmes af den mængde varme, der overføres fra et legeme til et andet.
Definition
Varme
kaldes den energi, som kroppen modtager (eller giver væk) i processen med varmeudveksling med de omgivende kroppe (miljø). Varme er angivet, normalt med bogstavet Q.
Dette er en af de grundlæggende størrelser i termodynamik. Varme er inkluderet i de matematiske udtryk for termodynamikens første og andet principper. Varme siges at være energi i form af molekylær bevægelse.
Varme kan kommunikeres til systemet (kroppen), eller det kan tages væk fra det. Det menes, at hvis der tilføres varme til systemet, er det positivt.
Instruktioner til beregning af parameteren
Beregn fra
stoffet er ret simpelt, og for at gøre dette skal du følge disse trin:
- Tag beregningsformlen: Varmekapacitet = Q / (m * ∆T)
- Skriv de oprindelige data ud.
- Sæt dem i formlen.
- Beregn og få resultatet.
Lad os som et eksempel beregne et ukendt stof, der vejer 480 gram og har en temperatur på 15 ºC, som som et resultat af opvarmning (35 tusind J) steg til 250 º.
I henhold til instruktionerne ovenfor udfører vi følgende handlinger:
Vi skriver de oprindelige data ud:
- Q = 35 tusind J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
Vi tager formlen, erstatter værdierne og løser:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tusind J / (480 g * 235º) = 35 tusind J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Mængde varme
Mængden af varme er den energi, som kroppen mister eller vinder under varmeoverførslen. Dette fremgår også af navnet. Ved afkøling mister kroppen en vis mængde varme, og når den opvarmes, absorberer den. Og svarene på vores spørgsmål viste os hvad afhænger mængden af varme af? For det første, jo større kropsmasse, desto mere varme skal der bruges på at ændre temperaturen med en grad. For det andet afhænger mængden af varme, der kræves til opvarmning af et legeme, af det stof, det består af, dvs. af typen af stof. Og for det tredje er forskellen i kropstemperaturer før og efter varmeoverførsel også vigtig for vores beregninger. Baseret på ovenstående kan vi bestemme mængden af varme med formlen:
Q = cm (t_2-t_1),
hvor Q er mængden af varme, m er kroppens masse, (t_2-t_1) er forskellen mellem kroppens indledende og endelige temperaturer, c er stoffets specifikke varmekapacitet, findes i de tilsvarende tabeller .
Ved hjælp af denne formel kan du beregne den mængde varme, der er nødvendig for at opvarme et legeme, eller som dette legeme frigiver, når det køler af.
Mængden af varme måles i joule (1 J), ligesom enhver form for energi. Imidlertid blev denne værdi introduceret for ikke så længe siden, og folk begyndte at måle mængden af varme meget tidligere. Og de brugte en enhed, der er meget brugt i vores tid - en kalorie (1 kal). 1 kalorie er den mængde varme, der kræves for at opvarme 1 gram vand pr. 1 grad Celsius. Vejledt af disse data kan de, der kan lide at tælle kalorierne i den spiste mad, af interessehensyn beregne, hvor mange liter vand der kan koges med den energi, de spiser sammen med mad om dagen.
Betaling
Lad os udføre beregningen CP
vand og tin under følgende forhold:
- m = 500 gram;
- t1 = 24 ° C og t2 = 80 ° C - for vand;
- t1 = 20 ° C og t2 = 180 ° C - for tin;
- Q = 28 tusind J.
Til at begynde med bestemmer vi ΔT for henholdsvis vand og tin:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56 ° C
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160 ºC
Derefter finder vi den specifikke varme:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 tusind J / (500 g * 56 ° C) = 28 tusind J / (28 tusind g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- с = Q / (m * ΔTo) = 28 tusind J / (500 g * 160ºC) = 28 tusind J / (80 tusind g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Således var den specifikke varme af vand 1 J / g * ºC, og den af tin var 0,35 J / g * ºC. Derfor kan vi konkludere, at tin med en lige værdi af den tilførte varme på 28 tusind J vil varme op hurtigere end vand, da dens varmekapacitet er mindre.
Varmekapacitet besidder ikke kun gasser, væsker og faste stoffer, men også mad.
Formlen til beregning af varmen, når temperaturen ændres
Den elementære varmemængde betegnes som. Bemærk, at varmeelementet, som systemet modtager (giver op) med en lille ændring i dets tilstand, ikke er en komplet forskel. Årsagen til dette er, at varme er en funktion af processen med at ændre systemets tilstand.
Den elementære mængde varme, der tilføres systemet, og temperaturændringerne fra T til T + dT, er lig med:
hvor C er kroppens varmekapacitet. Hvis det pågældende legeme er homogent, kan formel (1) for mængden af varme repræsenteres som:
hvor er kroppens specifikke varme, m er kroppens masse, er den molære varme, er den molære masse af et stof og er antallet af mol af stoffet.
Hvis kroppen er homogen, og varmekapaciteten betragtes som uafhængig af temperaturen, kan den mængde varme (), som kroppen modtager med en stigning i temperaturen med en mængde, beregnes som:
hvor t2, t1 er kropstemperaturen før og efter opvarmning.Bemærk, at temperaturerne, når man finder forskellen () i beregningerne, kan erstattes i både Celsius og Kelvin.
Sådan beregnes madens varmekapacitet
Ved beregning af effektkapaciteten ligningen har følgende form:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), hvor:
- w er mængden af vand i produktet;
- p er mængden af proteiner i produktet;
- f er procentdelen af fedt
- c er procentdelen af kulhydrater;
- a er procentdelen af uorganiske komponenter.
Bestem varmekapaciteten for viola-forarbejdet flødeost... For at gøre dette skriver vi de krævede værdier fra produktets sammensætning (vægt 140 gram):
- vand - 35 g;
- proteiner - 12,9 g;
- fedtstoffer - 25,8 g;
- kulhydrater - 6,96 g;
- uorganiske komponenter - 21 g.
Så finder vi med:
- 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.
Hvad bestemmer mængden af varme
Kroppens indre energi ændres, når du udfører arbejde eller varmeoverførsel. Med fænomenet varmeoverførsel overføres intern energi ved varmeledning, konvektion eller stråling.
Hver krop modtager eller mister en vis mængde energi, når den opvarmes eller afkøles (under varmeoverførsel). Baseret på dette er det almindeligt at kalde denne mængde energi mængden af varme.
Så, mængden af varme er den energi, som kroppen giver eller modtager i processen med varmeoverførsel.
Hvor meget varme er der brug for for at opvarme vand? Ved hjælp af et simpelt eksempel kan du forstå, at der kræves forskellige mængder varme for at opvarme forskellige mængder vand. Lad os sige, at vi tager to reagensglas med 1 liter vand og 2 liter vand. I hvilket tilfælde kræves der mere varme? I det andet, hvor der er 2 liter vand i reagensglas. Det andet rør vil tage længere tid at varme op, hvis vi opvarmer dem med den samme ildkilde.
Således afhænger mængden af varme af kropsvægten. Jo større masse, jo mere varme kræves til opvarmning, og derfor har kroppen brug for mere tid til at køle af.
Hvad afhænger mængden af varme mere af? Naturligvis fra temperaturforskellen mellem kroppe. Men det er ikke alt. Når alt kommer til alt, hvis vi forsøger at opvarme vand eller mælk, så har vi brug for en anden tid. Det vil sige, det viser sig, at mængden af varme afhænger af det stof, som kroppen er sammensat af.
Som et resultat viser det sig, at den mængde varme, der er nødvendig til opvarmning, eller den mængde varme, der frigøres, når kroppen køler ned, afhænger af dens masse, af temperaturændringer og af den type stof, der udgør kroppen.
Nyttige tip
Husk altid, at:
- processen med opvarmning af metallet er hurtigere end for vand, da det har gjort det CP
2,5 gange mindre - om muligt konvertere resultaterne til en højere ordre, hvis forholdene tillader det;
- for at kontrollere resultaterne kan du bruge Internettet og se efter det beregnede stof;
- under de samme eksperimentelle betingelser vil der blive observeret mere signifikante temperaturændringer for materialer med lav specifik varme.
Formel for mængden af varme under faseovergange
Overgangen fra en fase af et stof til en anden ledsages af absorption eller frigivelse af en bestemt mængde varme, der kaldes faseovergangsvarmen.
Så for at overføre et stofelement fra et faststofs tilstand til en væske, skal det fortælles mængden af varme () svarende til:
hvor er den specifikke fusionsvarme, dm er kropsmasseelementet. Det skal tages i betragtning, at kroppen skal have en temperatur, der svarer til smeltetemperaturen for det pågældende stof. Under krystallisering frigøres varmen lig med (4).
Mængden af varme (fordampningsvarme), der er nødvendig for at omdanne en væske til damp, kan findes som:
hvor r er den specifikke fordampningsvarme. Når damp kondenserer, frigives varmen. Fordampningsvarmen er lig med kondensvarmen til lige store masser af stof.
Sådan beregnes mængden af varme til opvarmning af kroppen
For eksempel er det nødvendigt at beregne den mængde varme, der skal bruges for at opvarme 3 kg vand fra en temperatur på 15 ° C til en temperatur på 85 ° C. Vi kender den specifikke varme af vand, det vil sige den mængde energi, der er nødvendig for at opvarme 1 kg vand med 1 grad. For at finde ud af mængden af varme i vores tilfælde skal du gange den specifikke varmekapacitet for vand med 3 og med antallet af grader, hvormed du har brug for at øge vandets temperatur. Så dette er 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
I parentes beregner vi det nøjagtige antal grader og trækker initialen
Så for at opvarme 3 kg vand fra 15 til 85 ° C har vi brug for 882.000 Joule varme.
Varmemængden er angivet med bogstavet Q, formlen til beregning af den er som følger:
Q = c * m * (t2-t1).
Hvad er specifik varme
Hvert stof i naturen har sine egne egenskaber, og opvarmning af hvert enkelt stof kræver en anden mængde energi, dvs. mængden af varme.
Specifik varme af et stof Er en værdi lig med den mængde varme, der skal overføres til et legeme med en masse på 1 kg for at opvarme det til en temperatur på 1 0C
Specifik varme er betegnet med bogstavet c og har en måleværdi på J / kg *
For eksempel er den specifikke varmekapacitet for vand 4200 J / kg * 0C. Det vil sige, dette er den mængde varme, der skal overføres til 1 kg vand for at opvarme den med 1 0C
Det skal huskes, at den specifikke varmekapacitet for stoffer i forskellige sammenlægningstilstande er forskellig. Det vil sige, at der kræves en anden mængde varme for at opvarme is med 1 ° C.
