ПРЕХВЪРЛЕНА ТОПЛИНА: ФОРМУЛИ, КАК ДА СЕ ИЗЧИСЛИ И РЕШЕНИ УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

Предаваната топлина е пренос на енергия между две тела при различни температури. Този с по-висока температура отдава топлина на този с по-ниска температура. Независимо дали дадено тяло се отдава или абсорбира топлина, неговата температура или физическо състояние може да варира в зависимост от масата и характеристиките на материала, от който е направено.

Добър пример е в парна чаша кафе. Металната лъжица, с която се разбърква захарта, се загрява. Ако се остави в чашата достатъчно дълго, кафето и металната лъжица в крайна сметка ще изравнят температурите им: кафето ще се охлади и топлината ще бъде прехвърлена към лъжицата. Част от топлината ще е преминала в околната среда, тъй като системата не е изолирана.

Кафето и лъжицата след известно време са в топлинно равновесие. Източник: Pixabay

Тъй като температурите стават равни, е достигнато топлинно равновесие.

Ако направихте същия тест с пластмасова чаена лъжичка, със сигурност ще забележите, че той не се нагрява толкова бързо, колкото металния, но в крайна сметка също ще влезе в баланс с кафето и всичко около него.

Това е така, защото металът провежда топлина по-добре от пластмасата. От друга страна, със сигурност кафето отделя топлина с различна скорост от горещия шоколад или друга напитка. Така топлината, дадена или погълната от всеки предмет, зависи от какъв материал или вещество е направена.

От какво се състои и формули

Топлината винаги се отнася до потока или транзита на енергия между един обект и друг, поради разликата в температурата.

Ето защо говорим за предавана топлина или поглъщана топлина, тъй като чрез добавяне или извличане на топлина или енергия по някакъв начин е възможно да се промени температурата на елемент.

Количеството топлина, което отделя най-горещият обект, обикновено се нарича Q. Тази стойност е пропорционална на масата на този обект. Тяло с голяма маса е способно да отделя повече топлина от друго с по-ниска маса.

Температурна разлика

Друг важен фактор за изчисляване на топлопреминаването е разликата в температурата, преживяна от обекта, предаващ топлина. Тя се обозначава като Δ T и се изчислява, както следва:

И накрая, количеството предавана топлина също зависи от естеството и характеристиките на обекта, които количествено се обобщават в константа, наречена специфична топлина на материала, обозначена като c.

Така че накрая изразът за прехвърлената топлина е следният:

Актът на предаване се символизира с отрицателен знак.

Специфична топлинна и топлинна способност на веществото

Специфичната топлина е количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 1 g вещество с 1 ° C. Това е присъщо свойство на материала. Неговите единици в международната система са: джаул / кг. К (джоул между килограм х температура в градуси Келвин).

Топлинният капацитет C е свързано понятие, но малко по-различно, тъй като масата на обекта участва. Топлинният капацитет се определя, както следва:

Неговите единици SI са Joule / K. Така освободената топлина може да се изрази също така:

Как да го изчислим?

За да се изчисли топлината, предавана от даден обект, е необходимо да се знае следното:

- Специфичната топлина на веществото, което отделя топлина.

- Масата на посоченото вещество

- Крайната температура, която трябва да се получи

Специфичните стойности на топлината за много материали са определени експериментално и са достъпни в таблици.

калориметрия

Сега, ако тази стойност не е известна, е възможно да се получи с помощта на термометър и вода в термично изолиран контейнер: калориметър. Диаграма на това устройство е показана на фигурата, придружаваща упражнение 1.

Проба от веществото се потапя при определена температура в предварително измерено количество вода. Крайната температура се измерва и специфичната топлина на материала се определя с получените стойности.

Сравнявайки резултата с табличните стойности, може да се знае какво вещество представлява. Тази процедура се нарича калориметрия.

Топлинният баланс се осъществява чрез пестене на енергия:

Q се _{получава} + Q _{абсорбира = 0}

Решени упражнения

Упражнение 1

0,35 kg медно парче се въвежда при температура 150 ° C в 500 ml вода при температура 25 ° C. Намерете:

a) Крайната температура на равновесие

б) Колко топлина тече в този процес?

Данни

Схема на основен калориметър: изолиран съд с вода и термометър за измерване на промените в температурата. l Източник: Д-р Тилахун Тесфайе

Решение

а) Медта отделя топлина, докато водата я абсорбира. Тъй като системата се счита за затворена, само водата и пробата се намесват в топлинния баланс:

От друга страна, се изисква да се изчисли масата от 500 ml вода:

С тези данни се изчислява масата на водата:

Уравнението за топлината във всяко вещество е повдигнато:

Приравняване на резултатите, които имаме:

Това е линейно уравнение с едно неизвестно, чието решение е:

б) Количеството топлина, което подава, е прехвърлената топлина или поетата топлина:

Q се _{получава} = - 134.75 (32.56 - 150) J = 15823 J

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

Упражнение 2

100 g парче мед се нагрява в пещ при температура T _o и след това се поставя в 150 g меден калориметър, съдържащ 200 g вода при 16 ° C. Крайната температура в равновесие е 38 º C. Когато калориметърът и съдържанието му се претеглят, се установява, че са се изпарили 1,2 g вода. Каква е била началната температура T _o ?

Решение

Това упражнение се различава от предишното, тъй като трябва да се има предвид, че калориметърът също поглъща топлината. Топлината, отделена от парчето мед, се инвестира във всичко от следните:

- Загрейте водата в калориметъра (200 g)

- Загрейте медта, от която е направен калориметърът (150 g)

- Изпарете 1,2 грама вода (енергия е необходима и за смяна на фазите).

По този начин:

- 38.5. (38 - T _o) = 22397.3

Топлината, необходима за довеждане на 1,2 g вода до 100ºC, също може да се вземе предвид, но това е сравнително малко количество.

Препратки

1. Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6 ^-та. Ед Прентис Хол. 400 - 410.
2. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: поглед към света. 6 ^ta Съкратено редактиране. Учене в Cengage. 156-164.
3. Рекс, А. 2011. Основи на физиката. Пиърсън. 309-332.
4. Сиърс, Земански. 2016. Университетска физика със съвременна физика. 14 ^-та. Изд. Том 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Основи на физиката. 9 ^на Cengage Learning.