Specifična toplotna zmogljivost: za kaj gre in kakšen je njen pomen?
Fizika in termalni pojavi je precej obsežen del, ki je temeljito proučen v šolskem tečaju. Ne zadnje mesto v tej teoriji je dano določenim količinam. Prva je specifična toplotna moč.
Vendar pa se razlagi besede »specifično« običajno ne posveča dovolj pozornosti. Učenci se ga preprosto spomnijo kot dano. Kaj to pomeni?
Če pogledate v Ozhegov slovar, lahko preberete, da je taka vrednost definirana kot razmerje. Poleg tega se lahko izvaja na maso, prostornino ali energijo. Vse te vrednosti morajo biti enake eni. Odnos do tega, kar je podano v specifični toploti?
Do produkta mase in temperature. Poleg tega morajo biti njihove vrednosti nujno enake. To pomeni, da bo število 1 v delilniku, vendar bo njegova dimenzija združevala kilogram in stopnjo Celzija. To je treba nujno upoštevati pri oblikovanju opredelitve specifične toplote, ki je podana v nadaljevanju. Obstaja tudi formula, iz katere je razvidno, da sta ti dve vrednoti v imenovalcu.
Kaj je to?
Specifična toplota snovi se vnese v trenutku, ko se upošteva stanje z ogrevanjem. Brez tega je nemogoče vedeti, kateri toplote (ali energije) bo treba porabiti za ta proces. In tudi za izračun njene vrednosti pri hlajenju telesa. Mimogrede, ti dve količini toplote sta v absolutni vrednosti enaki. Vendar imajo različne znake. Torej je v prvem primeru pozitivna, ker je treba porabiti energijo in jo prenesti na telo. Druga situacija hlajenja daje negativno število, ker se sprosti toplota, in. T notranje energije telo se zmanjša.
Ta fizikalna količina je označena z latinično črko c. Opredeljen je kot določena količina toplote, ki je potrebna za segrevanje enega kilograma snovi za eno stopnjo. V okviru šolske fizike je ta stopnja tista, ki je prevzeta po lestvici Celzija.
Kako to šteti?
Če želite vedeti, kakšna je specifična toplotna moč, formula izgleda takole:
c = Q / (m * (t 2 - t 1 )), kjer je Q količina toplote, m masa snovi, t 2 je temperatura, ki jo je telo pridobilo zaradi izmenjave toplote, t 1 je začetna temperatura snovi. To je formula številka 1.
Na podlagi te formule je merska enota te količine v mednarodnem sistemu enot (SI) J / (kg * ºS).
Kako najti druge vrednosti iz te enačbe?
Prvič, količina toplote. Formula bo izgledala takole: Q = c * m * (t 2 - t 1 ). Vrednosti v enotah, vključenih v SI, je treba nadomestiti. To je masa v kilogramih, temperatura - v stopinjah Celzija. To je formula številka 2.
Drugič, masa snovi, ki se ohladi ali segreje. Formula za to bo: m = Q / (c * (t 2 - t 1 )). To je formula 3.
Tretjič, sprememba temperature Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Znak "Δ" se bere kot "delta" in pomeni spremembo v velikosti, v tem primeru temperaturo. Številka formule 4.
Četrtič, začetna in končna temperatura snovi. Formule, ki veljajo za segrevanje snovi, so naslednje: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Te formule so št. 5 in 6. Če se problem ukvarja s hlajenjem snovi, so formule: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m). Te formule so št. 7 in 8.
Katere vrednote lahko ima?
Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, kakšne vrednosti ima za vsako določeno snov. Zato je bila ustvarjena posebna tabela specifične toplote. Najpogosteje daje podatke, ki so veljavni v normalnih pogojih.
| Snov | Specifična toplota, J / (kg * ºС) |
| aluminija | 920 |
| vode | 4200 |
| grafit | 750 |
| železo | 460 |
| zlato | 130 |
| medenina | 400 |
| ledu | 2100 |
| bakra | 400 |
| kositra | 230 |
| svinca | 140 |
| jekla | 500 |
| laboratorijsko steklo | 840 |
| litega železa | 540 |
Kaj je laboratorijsko delo pri merjenju specifične toplote?
V šolskem fizičnem tečaju se določi za trdno. Poleg tega je njena toplotna zmogljivost izračunana zaradi primerjave z znano. To je najlažje narediti z vodo.
Pri izvajanju dela je potrebno izmeriti začetne temperature vode in ogrevane trdne snovi. Nato ga spustite v tekočino in počakajte na termično ravnovesje. Celoten eksperiment se izvaja v kalorimetru, zato lahko izgubo energije zanemarimo.
Potem morate napisati formulo o količini toplote, ki jo voda prejme, ko jo segrejemo iz trdne snovi. Drugi izraz opisuje energijo, ki jo telo daje, ko se ohladi. Ti dve vrednosti sta enaki. Z matematičnimi izračuni je treba določiti specifično toplotno zmogljivost snovi, ki sestavlja trdno snov.
Najpogosteje se predlaga primerjava s tabelarnimi vrednostmi, da bi poskusili uganiti, iz katere snovi je uporabljeno telo.
Problem številka 1
Stanje Temperatura kovine se giblje od 20 do 24 stopinj Celzija. Hkrati se je njegova notranja energija povečala za 152 J. Kakšna je specifična toplotna moč kovine, če je njena masa 100 gramov?
Odločitev. Da bi našli odgovor, boste morali uporabiti formulo, napisano pod številko 1. Vse vrednosti, ki so potrebne za izračune. Samo prvo morate pretvoriti maso na kilograme, sicer bo odgovor napačen. Ker morajo biti vse količine takšne, da so sprejete v SI.
V enem kilogramu 1000 gramov. Torej, 100 gramov je treba deliti s 1000, izkaže se 0,1 kilograma.
Zamenjava vseh vrednosti daje naslednji izraz: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Izračuni niso posebej težki. Rezultat vseh dejanj je številka 380.
Odgovor: c = 380 J / (kg * ºС).
Problem številka 2
Stanje Določite končno temperaturo, do katere se bo voda 5 litrov ohladila, če bi jo odvzeli pri 100 ºS in v okolje spustili 1680 kJ toplote.
Odločitev. Začeti bi morali z dejstvom, da je energija podana v nesistemski enoti. Kilojoule je treba prevesti v joule: 1680 kJ = 1680000 J.
Če želite iskati odgovor, morate uporabiti formulo številka 8. Vendar se masa v njej pojavi, vendar v problemu ni znana. Ampak glede na količino tekočine. Tako lahko uporabite formulo, znano kot m = ρ * V. Gostota vode enako 1000 kg / m 3 . Ampak tukaj bo treba količino nadomestiti v kubičnih metrih. Za prenos iz litrov je potrebno razdeliti na 1000. Tako je volumen vode 0,005 m 3 .
Nadomestitev vrednosti v masni formuli daje naslednji izraz: 1000 * 0.005 = 5 kg. Posebno toploto bo treba pogledati v tabelo. Zdaj lahko greš na formulo 8: t 2 = 100 + (1680000/4200 * 5).
Prvo dejanje naj bi izvedlo množenje: 4200 * 5. Rezultat je 21000. Drugi je delitev. 1680000: 21000 = 80. Zadnji je odštevanje: 100 - 80 = 20.
Odgovor je. t 2 = 20 ºС.
Problem številka 3
Stanje Na voljo je čaša, ki tehta 100 g, v katero se vlije 50 g vode. Začetna temperatura vode s steklom je 0 stopinj Celzija. Koliko toplote je potrebno, da voda zavre?
Odločitev. Začnite z vnosom ustrezne oznake. Naj bodo podatki, povezani s steklom, indeks 1, in indeks vode 2. Specifične toplotne zmogljivosti je treba najti v tabeli. Čaša je izdelana iz laboratorijskega stekla, zato je njena vrednost 1 = 840 J / (kg * ºС). Podatki za vodo so naslednji: s 2 = 4200 J / (kg * ºС).
Njihove mase so v gramih. Prevesti jih je treba v kilograme. Mase teh snovi bodo označene kot: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.
Začetna temperatura je podana: t 1 = 0 ºС. Na koncu je znano, da ustreza tisti, v kateri vre voda. To je t 2 = 100 ºС.
Ker se steklo segreva z vodo, bo zahtevana količina toplote sestavljena iz dveh. Prvi, ki je potreben za ogrevanje stekla (Q 1 ), in drugi, ogrevalna voda (Q 2 ). Za njihovo izražanje bo potrebna druga formula. Zapisati ga je treba dvakrat z različnimi indeksi in nato sestaviti njihovo vsoto.
Izkazalo se je, da je Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1 ) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1 ). Skupni faktor (t 2 - t 1 ) se lahko odstrani iz nosilca, tako da ga je lažje izračunati. Potem bo formula, ki bo potrebna za izračun količine toplote, videti takole: Q = (z 1 * m 1 + z 2 * m 2 ) * (t 2 - t 1 ). Zdaj lahko nadomestite vrednosti, znane v problemu, in preštejte rezultat.
Q = (840 * 0.1 + 4200 * 0.05) * (100-0) = (84 + 210) x 100 = 294 x 100 = 29400 (J).
Odgovor je. Q = 29400 J = 29,4 kJ.