Ciepło właściwe to energia potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama czystej substancji o 1 °. Parametr zależy od jego składu chemicznego i stanu skupienia: gazowej, ciekłej lub stałej. Po jego odkryciu rozpoczęła się nowa runda rozwoju termodynamiki, nauki o przejściowych procesach energetycznych, które dotyczą ciepła i funkcjonowania układu.
Zazwyczaj, w produkcji wykorzystuje się ciepło właściwe i podstawy termodynamiki chłodnice i układy przeznaczone do chłodzenia samochodów, a także w chemii, inżynierii jądrowej i aerodynamice. Jeśli chcesz wiedzieć, jak obliczane jest ciepło właściwe, zapoznaj się z proponowanym artykułem.
Formuła
Przed przystąpieniem do bezpośredniego obliczenia parametru należy zapoznać się ze wzorem i jego składowymi.
Wzór na obliczenie ciepła właściwego jest następujący:
- c = Q / (m * ∆T)
Znajomość wielkości i ich symbolicznych oznaczeń używanych w obliczeniach jest niezwykle ważna. Konieczne jest jednak nie tylko poznanie ich wyglądu, ale także jasne zrozumienie znaczenia każdego z nich. Obliczenie pojemności cieplnej właściwej substancji jest reprezentowane przez następujące składniki:
ΔT to symbol oznaczający stopniową zmianę temperatury substancji. Znak „Δ” wymawia się jako delta.
ΔT można obliczyć ze wzoru:
ΔT = t2 - t1, gdzie
- t1 - temperatura pierwotna;
- t2 to temperatura końcowa po zmianie.
m to masa substancji użytej do ogrzewania (gr).
Q - ilość ciepła (J / J)
Na podstawie Tsr można wyprowadzić inne równania:
- Q = m * cp * ΔT - ilość ciepła;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - masa substancji;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - temperatura pierwotna;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - temperatura końcowa.
Definicja i wzór ilości ciepła
Energię wewnętrzną układu termodynamicznego można zmienić na dwa sposoby:
- wykonywanie pracy w systemie,
- poprzez oddziaływanie termiczne.
Przekazywanie ciepła do organizmu nie wiąże się z wykonywaniem makroskopowej pracy na ciele. W tym przypadku zmiana energii wewnętrznej jest spowodowana tym, że poszczególne cząsteczki ciała o wyższej temperaturze działają na niektóre cząsteczki ciała, które mają niższą temperaturę. W tym przypadku interakcja termiczna jest realizowana dzięki przewodności cieplnej. Transfer energii jest również możliwy poprzez promieniowanie. System mikroskopijnych procesów (nie związanych z całym ciałem, ale z pojedynczymi cząsteczkami) nazywany jest wymianą ciepła. Ilość energii, która jest przenoszona z jednego ciała do drugiego w wyniku wymiany ciepła, zależy od ilości ciepła, które jest przenoszone z jednego ciała do drugiego.
Definicja
Ciepło
nazywana jest energią, która jest odbierana (lub oddawana) przez organizm w procesie wymiany ciepła z otaczającymi ciałami (otoczeniem). Ciepło jest oznaczone zwykle literą Q.
To jedna z podstawowych wielkości w termodynamice. Ciepło jest zawarte w wyrażeniach matematycznych pierwszej i drugiej zasady termodynamiki. Mówi się, że ciepło jest energią w postaci ruchu molekularnego.
Ciepło może być przekazywane do systemu (ciała) lub może zostać z niego odebrane. Uważa się, że jeśli do systemu zostanie przekazane ciepło, to jest ono pozytywne.
Instrukcje dotyczące obliczania parametru
Oblicz z
substancja jest dość prosta i aby to zrobić, musisz wykonać następujące kroki:
- Weź wzór obliczeniowy: pojemność cieplna = Q / (m * ∆T)
- Wypisz wstępne dane.
- Podłącz je do formuły.
- Oblicz i uzyskaj wynik.
Jako przykład obliczymy nieznaną substancję o wadze 480 gramów i temperaturze 15ºC, która w wyniku podgrzania (35 tys. J) wzrosła do 250º.
Zgodnie z instrukcjami podanymi powyżej wykonujemy następujące czynności:
Zapisujemy wstępne dane:
- Q = 35 tysięcy J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Bierzemy wzór, podstawiamy wartości i rozwiązujemy:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tysięcy J / (480 g * 235º) = 35 tysięcy J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Ilość ciepła
Ilość ciepła to energia, którą organizm traci lub zyskuje podczas wymiany ciepła. Wynika to również z nazwy. Podczas chłodzenia organizm traci pewną ilość ciepła, a po podgrzaniu wchłania. I pokazały nam odpowiedzi na nasze pytania od czego zależy ilość ciepła? Po pierwsze, im większa masa ciała, tym więcej ciepła trzeba wydać na zmianę jego temperatury o jeden stopień. Po drugie, ilość ciepła potrzebna do ogrzania ciała zależy od substancji, z której się składa, czyli od rodzaju substancji. Po trzecie, w naszych obliczeniach ważna jest również różnica temperatur ciała przed i po wymianie ciepła. Na podstawie powyższego możemy określić ilość ciepła według wzoru:
Q = cm (t_2-t_1),
gdzie Q to ilość ciepła, m to masa ciała, (t_2-t_1) to różnica między temperaturą początkową i końcową ciała, c to pojemność cieplna właściwa substancji, można znaleźć w odpowiednich tabelach .
Korzystając z tego wzoru, możesz obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania dowolnego ciała lub wydzielenia przez to ciało, gdy ostygnie.
Ilość ciepła mierzy się w dżulach (1 J), jak każdy rodzaj energii. Jednak ta wartość została wprowadzona nie tak dawno temu, a ludzie zaczęli mierzyć ilość ciepła znacznie wcześniej. I użyli jednostki, która jest powszechnie stosowana w naszych czasach - kalorii (1 cal). 1 kaloria to ilość ciepła potrzebna do podgrzania 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Kierując się tymi danymi, ci, którzy lubią liczyć kalorie w spożytym pożywieniu, mogą ze względu na zainteresowanie obliczyć, ile litrów wody można zagotować z energią, którą spożywają w ciągu dnia.
Zapłata
Wykonajmy obliczenia CP
woda i cyna w następujących warunkach:
- m = 500 gramów;
- t1 = 24ºC it2 = 80ºC - dla wody;
- t1 = 20ºC it2 = 180ºC - dla cyny;
- Q = 28 tysięcy J.
Na początek określamy ΔT odpowiednio dla wody i cyny:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Następnie znajdujemy ciepło właściwe:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 tysięcy J / (500 g * 56ºC) = 28 tysięcy J / (28 tysięcy g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 tysięcy J / (500 g * 160ºC) = 28 tysięcy J / (80 tysięcy g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Zatem ciepło właściwe wody wynosiło 1 J / g * ºC, a cyny 0,35 J / g * ºC. Stąd możemy stwierdzić, że przy równej wartości dostarczonego ciepła wynoszącej 28 tys.J cyna będzie się nagrzewała szybciej niż woda, ponieważ jej pojemność cieplna jest mniejsza.
Pojemność cieplną mają nie tylko gazy, ciecze i ciała stałe, ale także żywność.
Wzór na obliczanie ciepła przy zmianie temperatury
Elementarna ilość ciepła będzie oznaczona jako. Należy zauważyć, że element cieplny, który system odbiera (oddaje) przy niewielkiej zmianie jego stanu, nie jest całkowitą różnicą. Powodem tego jest fakt, że ciepło jest funkcją procesu zmiany stanu systemu.
Elementarna ilość ciepła, które jest przekazywane do systemu i zmiany temperatury od T do T + dT, jest równa:
gdzie C jest pojemnością cieplną ciała. Jeśli rozważane ciało jest jednorodne, wówczas wzór (1) na ilość ciepła można przedstawić jako:
gdzie jest ciepło właściwe ciała, m jest masą ciała, jest ciepłem molowym, jest masą molową substancji i jest liczbą moli substancji.
Jeśli ciało jest jednorodne, a pojemność cieplną uważa się za niezależną od temperatury, wówczas ilość ciepła (), którą ciało otrzymuje wraz ze wzrostem temperatury o określoną ilość, można obliczyć jako:
gdzie t2, t1 temperatura ciała przed ogrzewaniem i po.Należy pamiętać, że podczas znajdowania różnicy () w obliczeniach temperatury można podstawić zarówno w stopniach Celsjusza, jak i Kelvina.
Jak obliczyć pojemność cieplną żywności
Przy obliczaniu mocy równanie ma następującą postać:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), gdzie:
- w to ilość wody w produkcie;
- p to ilość białek w produkcie;
- f jest procentem tłuszczu;
- c to procent węglowodanów;
- a jest procentem składników nieorganicznych.
Określić pojemność cieplną serka topionego Viola... Aby to zrobić, wypisujemy wymagane wartości ze składu produktu (waga 140 gramów):
- woda - 35 g;
- białka - 12,9 g;
- tłuszcze - 25,8 g;
- węglowodany - 6,96 g;
- składniki nieorganiczne - 21 g.
Następnie znajdujemy za pomocą:
- 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 decyduje o ilości ciepła
Energia wewnętrzna ciała zmienia się podczas wykonywania pracy lub wymiany ciepła. W przypadku zjawiska wymiany ciepła energia wewnętrzna jest przenoszona poprzez przewodzenie ciepła, konwekcję lub promieniowanie.
Każde ciało po podgrzaniu lub schłodzeniu (podczas wymiany ciepła) otrzymuje lub traci pewną ilość energii. Na tej podstawie zwykle nazywa się tę ilość energii ilością ciepła.
Więc, ilość ciepła to energia, którą ciało oddaje lub otrzymuje w procesie wymiany ciepła.
Ile ciepła potrzeba do podgrzania wody? Korzystając z prostego przykładu, można zrozumieć, że do podgrzania różnych ilości wody potrzebne są różne ilości ciepła. Powiedzmy, że bierzemy dwie probówki z 1 litrem wody i 2 litrami wody. W którym przypadku potrzeba więcej ciepła? W drugiej, gdzie w probówce jest 2 litry wody. Druga rura będzie się nagrzewać dłużej, jeśli będziemy ją podgrzewać tym samym źródłem ognia.
Zatem ilość ciepła zależy od masy ciała. Im większa masa, tym więcej ciepła potrzeba do ogrzewania, a zatem organizm potrzebuje więcej czasu na ostygnięcie.
Od czego jeszcze zależy ilość ciepła? Oczywiście z różnicy temperatur między ciałami. Ale to nie wszystko. W końcu, jeśli spróbujemy podgrzać wodę lub mleko, będziemy potrzebować innej ilości czasu. Oznacza to, że okazuje się, że ilość ciepła zależy od substancji, z której składa się ciało.
W efekcie okazuje się, że ilość ciepła potrzebna do ogrzania lub ilość ciepła, które jest wydzielane podczas ochładzania organizmu, zależy od jego masy, zmian temperatury oraz rodzaju substancji wchodzącej w skład ciała.
Przydatne porady
Zawsze pamiętaj że:
- proces ogrzewania metalu jest szybszy niż w przypadku wody, ponieważ ma CP
2,5 razy mniej; - jeśli to możliwe, przekonwertuj wyniki na wyższy rząd, jeśli pozwalają na to warunki;
- w celu sprawdzenia wyników można skorzystać z internetu i poszukać obliczonej substancji;
- w tych samych warunkach eksperymentalnych bardziej znaczące zmiany temperatury będą obserwowane dla materiałów o niskim cieple właściwym.
Wzór na ilość ciepła podczas przejść fazowych
Przejściu z jednej fazy substancji do drugiej towarzyszy absorpcja lub uwolnienie pewnej ilości ciepła, które nazywane jest ciepłem przejścia fazowego.
Tak więc, aby przenieść element materii ze stanu ciała stałego do cieczy, należy podać ilość ciepła () równą:
gdzie jest ciepło właściwe topnienia, dm jest pierwiastkiem masy ciała. Należy wziąć pod uwagę, że ciało musi mieć temperaturę równą temperaturze topnienia rozważanej substancji. Podczas krystalizacji uwalniane jest ciepło równe (4).
Ilość ciepła (ciepło parowania) potrzebną do przekształcenia cieczy w parę można obliczyć jako:
gdzie r jest ciepłem właściwym parowania. Kiedy para skrapla się, uwalnia się ciepło. Ciepło parowania jest równe ciepłu kondensacji równych mas materii.
Jak obliczyć ilość ciepła potrzebną do ogrzania ciała
Na przykład konieczne jest obliczenie ilości ciepła, które należy zużyć, aby podgrzać 3 kg wody z temperatury 15 ° C do temperatury 85 ° C. Znamy ciepło właściwe wody, czyli ilość energii potrzebnej do podgrzania 1 kg wody o 1 stopień. Oznacza to, że aby ustalić ilość ciepła w naszym przypadku, należy pomnożyć pojemność cieplną właściwą wody przez 3 i przez liczbę stopni, o które należy zwiększyć temperaturę wody. Czyli to jest 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
W nawiasach obliczamy dokładną liczbę stopni, odejmując wartość początkową
Tak więc, aby podgrzać 3 kg wody z 15 do 85 ° C, potrzebujemy 882 000 J ilości ciepła.
Ilość ciepła jest oznaczona literą Q, wzór na jej obliczenie jest następujący:
Q = c * m * (t2-t1).
Co to jest ciepło właściwe
Każda substancja w przyrodzie ma swoje właściwości, a ogrzewanie każdej pojedynczej substancji wymaga innej ilości energii, tj. ilość ciepła.
Ciepło właściwe substancji Jest wartością równą ilości ciepła, które należy przekazać ciału o masie 1 kilograma, aby ogrzać je do temperatury 1 0C
Ciepło właściwe jest oznaczone literą c i ma wartość pomiarową J / kg *
Na przykład właściwa pojemność cieplna wody wynosi 4200 J / kg * 0C. Oznacza to, że jest to ilość ciepła, którą należy przekazać 1 kg wody, aby podgrzać ją o 1 0C
Należy pamiętać, że pojemność cieplna właściwa substancji w różnych stanach skupienia jest różna. Oznacza to, że do podgrzania lodu o 1 ° C wymagana jest inna ilość ciepła.
