Specifické teplo je energie potřebná ke zvýšení teploty 1 gramu čisté látky o 1 °. Parametr závisí na jeho chemickém složení a stavu agregace: plynný, kapalný nebo pevný. Po jeho objevu začalo nové kolo ve vývoji termodynamiky, věda o přechodných energetických procesech, které se vztahují k teplu a fungování systému.
Obvykle, při výrobě se používá specifické teplo a základy termodynamiky radiátory a systémy určené k chlazení automobilů i v chemii, jaderném inženýrství a aerodynamice. Pokud chcete vědět, jak se měří specifické teplo, podívejte se na navrhovaný článek.
Vzorec
Než budete pokračovat v přímém výpočtu parametru, měli byste se seznámit se vzorcem a jeho komponentami.
Vzorec pro výpočet měrného tepla je následující:
- c = Q / (m * ∆T)
Znalost veličin a jejich symbolických označení použitých při výpočtu je nesmírně důležitá. Je však nutné nejen znát jejich vizuální podobu, ale také jasně pochopit význam každého z nich. Výpočet měrné tepelné kapacity látky představují následující složky:
ΔT je symbol, který znamená postupnou změnu teploty látky. Znak „Δ“ se vyslovuje delta.
ΔT lze vypočítat podle vzorce:
ΔT = t2 - t1, kde
- t1 - primární teplota;
- t2 je konečná teplota po změně.
m je hmotnost látky použité k ohřevu (gr).
Q - množství tepla (J / J)
Na základě Tsr lze odvodit další rovnice:
- Q = m * cp * ΔT - množství tepla;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - hmotnost látky;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - primární teplota;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - konečná teplota.
Definice a vzorec množství tepla
Vnitřní energii termodynamického systému lze změnit dvěma způsoby:
- dělat práci na systému,
- prostřednictvím tepelné interakce.
Přenos tepla do těla nesouvisí s prováděním makroskopických prací na těle. V tomto případě je změna vnitřní energie způsobena skutečností, že jednotlivé molekuly těla s vyšší teplotou dělají práci na některých molekulách těla, které mají nižší teplotu. V tomto případě je tepelná interakce realizována v důsledku tepelné vodivosti. Přenos energie je možný také prostřednictvím záření. Systém mikroskopických procesů (nesouvisí s celým tělem, ale s jednotlivými molekulami) se nazývá přenos tepla. Množství energie, které se přenáší z jednoho těla do druhého v důsledku přenosu tepla, je určeno množstvím tepla, které je přenášeno z jednoho těla do druhého.
Definice
Teplo
se nazývá energie, kterou tělo přijímá (nebo rozdává) v procesu výměny tepla s okolními tělesy (prostředím). Teplo je označeno, obvykle písmenem Q.
Toto je jedna ze základních veličin v termodynamice. Teplo je zahrnuto v matematických výrazech prvního a druhého principu termodynamiky. Teplo se říká, že je energie ve formě molekulárního pohybu.
Teplo může být přenášeno do systému (těla) nebo z něj může být odváděno. Předpokládá se, že pokud je systému předáváno teplo, je to pozitivní.
Pokyny pro výpočet parametru
Vypočítat z
podstata je poměrně jednoduchá a k tomu je třeba postupovat podle těchto kroků:
- Vezměte výpočetní vzorec: Tepelná kapacita = Q / (m * ∆T)
- Vypište počáteční data.
- Zapojte je do vzorce.
- Vypočítejte a získejte výsledek.
Jako příklad si vypočítáme neznámou látku o hmotnosti 480 gramů a teplotě 15 ° C, která se v důsledku zahřátí (35 tisíc J) zvýšila na 250 °.
Podle výše uvedených pokynů provádíme následující akce:
Vypíšeme počáteční data:
- Q = 35 tisíc J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ° C.
Vezmeme vzorec, dosadíme hodnoty a vyřešíme:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tisíc J / (480 g * 235º) = 35 tisíc J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Množství tepla
Množství tepla je energie, kterou tělo ztrácí nebo získává během přenosu tepla. To je také jasné z názvu. Při ochlazování ztratí tělo určité množství tepla a při zahřátí absorbuje. A odpovědi na naše otázky nám ukázaly na čem závisí množství tepla? Za prvé, čím větší je tělesná hmotnost, tím více tepla se musí vynaložit na změnu její teploty o jeden stupeň. Zadruhé, množství tepla potřebné k ohřátí těla závisí na látce, z níž se skládá, tj. Na druhu látky. A za třetí, rozdíl v teplotách těla před a po přenosu tepla je také důležitý pro naše výpočty. Na základě výše uvedeného můžeme určete množství tepla podle vzorce:
Q = cm (t_2-t_1),
kde Q je množství tepla, m je hmotnost tělesa, (t_2-t_1) je rozdíl mezi počáteční a konečnou teplotou tělesa, c je měrná tepelná kapacita látky, zjistíme z příslušných tabulek .
Pomocí tohoto vzorce můžete vypočítat množství tepla, které je potřebné k ohřátí jakéhokoli těla nebo které toto tělo uvolní, když vychladne.
Množství tepla se měří v joulech (1 J), jako jakýkoli druh energie. Tato hodnota však byla zavedena ne tak dávno a lidé začali měřit množství tepla mnohem dříve. A použili jednotku, která je v naší době široce používaná - kalorie (1 kal). 1 kalorie je množství tepla potřebné k ohřátí 1 gramu vody na 1 stupeň Celsia. Na základě těchto údajů mohou ti, kteří rádi počítají kalorie ve snědeném jídle, pro zajímavost vypočítat, kolik litrů vody lze vařit s energií, kterou konzumují s jídlem během dne.
Způsob platby
Pojďme provést výpočet CP
voda a cín za následujících podmínek:
- m = 500 gramů;
- ti = 24 ° C at2 = 80 ° C - pro vodu;
- ti = 20 ° C at2 = 180 ° C - pro cín;
- Q = 28 tisíc J.
Nejprve určíme ΔT pro vodu a cín:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56 ° C
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160 ° C
Pak zjistíme specifické teplo:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 tisíc J / (500 g * 56 ° C) = 28 tisíc J / (28 tisíc g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- с = Q / (m * ΔTo) = 28 tisíc J / (500 g * 160 ° C) = 28 tisíc J / (80 tisíc g * ºC) = 0,35 J / g * ° C.
Specifické teplo vody tedy bylo 1 J / g * ºC a měďové teplo cínu bylo 0,35 J / g * ºC. Lze tedy konstatovat, že při stejné hodnotě dodaného tepla 28 tisíc J se bude cín zahřívat rychleji než voda, protože jeho tepelná kapacita je menší.
Tepelnou kapacitu nemají jen plyny, kapaliny a pevné látky, ale také potraviny.
Vzorec pro výpočet tepla při změně teploty
Elementární množství tepla bude označeno jako. Všimněte si, že tepelný prvek, který systém přijímá (vzdá se) s malou změnou svého stavu, není úplný rozdíl. Důvodem je to, že teplo je funkcí procesu změny stavu systému.
Elementární množství tepla dodávaného do systému a změny teploty z T na T + dT se rovná:
kde C je tepelná kapacita těla. Pokud je uvažované tělo homogenní, pak vzorec (1) pro množství tepla může být reprezentován jako:
kde je specifické teplo těla, m je hmotnost těla, je molární teplo, je molární hmotnost látky a je počet molů látky.
Pokud je těleso homogenní a tepelná kapacita je považována za nezávislou na teplotě, lze množství tepla (), které tělo přijme se zvýšením své teploty o určité množství, vypočítat takto:
kde t2, t1 je tělesná teplota před a po zahřátí.Vezměte prosím na vědomí, že teploty při zjištění rozdílu () ve výpočtech lze nahradit jak ve stupních Celsia, tak v Kelvinech.
Jak vypočítat tepelnou kapacitu potravin
Při výpočtu kapacity výkonu rovnice má následující podobu:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), kde:
- w je množství vody v produktu;
- p je množství bílkovin v produktu;
- f je procento tuku;
- c je procento sacharidů;
- a je procento anorganických složek.
Určete tepelnou kapacitu taveného sýra Viola... Za tímto účelem vypíšeme požadované hodnoty ze složení produktu (hmotnost 140 gramů):
- voda - 35 g;
- bílkoviny - 12,9 g;
- tuky - 25,8 g;
- sacharidy - 6,96 g;
- anorganické složky - 21 g.
Pak najdeme s:
- 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.
Co určuje množství tepla
Vnitřní energie těla se mění při práci nebo přenosu tepla. Při fenoménu přenosu tepla se vnitřní energie přenáší vedením tepla, konvekcí nebo zářením.
Každé tělo při zahřátí nebo ochlazení (během přenosu tepla) přijímá nebo ztrácí určité množství energie. Na základě toho je obvyklé nazývat toto množství energie množstvím tepla.
Tak, množství tepla je energie, kterou tělo dává nebo přijímá v procesu přenosu tepla.
Kolik tepla je potřeba k ohřevu vody? Na jednoduchém příkladu můžete pochopit, že k ohřevu různých množství vody jsou zapotřebí různá množství tepla. Řekněme, že vezmeme dvě zkumavky s 1 litrem vody a 2 litry vody. V takovém případě je zapotřebí více tepla? Ve druhé, kde jsou ve zkumavce 2 litry vody. Druhá trubice se bude zahřívat déle, pokud je budeme ohřívat stejným zdrojem ohně.
Množství tepla tedy závisí na tělesné hmotnosti. Čím větší je hmota, tím více tepla je zapotřebí k zahřátí, a proto tělo potřebuje více času na ochlazení.
Na čem jiném závisí množství tepla? Přirozeně z teplotního rozdílu mezi těly. Ale to není vše. Koneckonců, pokud se pokusíme ohřát vodu nebo mléko, budeme potřebovat jiný čas. To znamená, že se ukazuje, že množství tepla závisí na látce, z níž je tělo složeno.
Ve výsledku se ukazuje, že množství tepla, které je potřebné k zahřátí, nebo množství tepla, které se uvolní při ochlazení těla, závisí na jeho hmotnosti, na teplotních změnách a na typu látky, která tvoří tělo.
Užitečné tipy
Vždy pamatujte na to:
- proces ohřevu kovu je rychlejší než proces vody, protože má CP
2,5krát méně; - je-li to možné, převeďte výsledky do vyššího řádu, pokud to podmínky dovolí;
- pro kontrolu výsledků můžete použít internet a podívat se na vypočítanou látku;
- za stejných experimentálních podmínek budou pozorovány významnější změny teploty u materiálů s nízkým měrným teplem.
Vzorec pro množství tepla během fázových přechodů
Přechod z jedné fáze látky do druhé je doprovázen absorpcí nebo uvolněním určitého množství tepla, které se nazývá teplo fázového přechodu.
Chcete-li tedy přenést prvek hmoty ze stavu pevné látky na kapalinu, mělo by nám být řečeno množství tepla () rovné:
kde je specifické teplo fúze, dm je prvek tělesné hmotnosti. Je třeba vzít v úvahu, že těleso musí mít teplotu rovnající se teplotě tání uvažované látky. Během krystalizace se uvolňuje teplo rovné (4).
Množství tepla (výparné teplo), které je potřebné k přeměně kapaliny na páru, lze zjistit jako:
kde r je specifické odpařovací teplo. Při kondenzaci páry se uvolňuje teplo. Teplo odpařování se rovná kondenzačnímu teplu stejných hmot.
Jak vypočítat množství tepla pro ohřátí těla
Například je nutné vypočítat množství tepla, které je třeba vynaložit, aby se ohřály 3 kg vody z teploty 15 ° C na teplotu 85 ° C. Známe specifické teplo vody, tj. Množství energie, které je potřeba k ohřátí 1 kg vody o 1 stupeň. To znamená, že abyste v našem případě zjistili množství tepla, musíte vynásobit měrnou tepelnou kapacitu vody o 3 a počet stupňů, o které musíte zvýšit teplotu vody. To je tedy 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
V závorkách vypočítáme přesný počet stupňů odečtením počátečního
Abychom mohli ohřát 3 kg vody z 15 na 85 ° C, potřebujeme 882 000 joulů tepla.
Množství tepla je označeno písmenem Q, vzorec pro jeho výpočet je následující:
Q = c * m * (t2-t1).
Co je měrné teplo
Každá látka v přírodě má své vlastní vlastnosti a ohřev každé jednotlivé látky vyžaduje jiné množství energie, tj. množství tepla.
Specifické teplo látky Je hodnota rovnající se množství tepla, které je třeba přenést na tělo o hmotnosti 1 kilogram, aby se zahřálo na teplotu 10 ° C
Specifické teplo je označeno písmenem c a má naměřenou hodnotu J / kg *
Například měrná tepelná kapacita vody je 4200 J / kg * 0C. To znamená, že toto je množství tepla, které je třeba přenést na 1 kg vody, aby se ohřálo o 10 ° C
Je třeba si uvědomit, že měrná tepelná kapacita látek v různých stavech agregace je odlišná. To znamená, že k zahřátí ledu o 1 ° C je zapotřebí jiné množství tepla.
