VARMEABSORBERT: FORMLER, HVORDAN DU BEREGNER DET OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2025

Den absorberte varmen er definert som overføring av energi mellom to legemer ved forskjellige temperaturer. Den med lavere temperatur absorberer varmen til den med en høyere temperatur. Når dette skjer øker den termiske energien til stoffet som tar opp varme, og partiklene som komponerer det, vibrerer raskere og øker den kinetiske energien.

Dette kan føre til en økning i temperatur eller endring i tilstanden. Gå for eksempel fra faststoff til væske, som is når det smelter i kontakt med vann eller brus ved romtemperatur.

Metallskjeen tar opp varme fra den varme kaffen. Kilde: Pixabay.

Takket være varmen er det også mulig for objekter å endre dimensjoner. Termisk ekspansjon er et godt eksempel på dette fenomenet. Når de fleste stoffer varmes opp, har de en tendens til å øke i størrelse.

Et unntak fra dette er vann. Den samme mengden flytende vann øker volumet når det avkjøles under 4 ºC. I tillegg kan endringer i temperatur også oppleve endringer i dens tetthet, noe som også er veldig observerbart når det gjelder vann.

Hva det består av og formler

Når det gjelder energi under transport, er enhetene med absorbert varme Joules. Imidlertid hadde varme lenge sine egne enheter: kalorien.

Selv i dag brukes denne enheten til å kvantifisere energiinnholdet i mat, selv om en kostholdskalori i realiteten tilsvarer en kilokalorie varme.

kalorier

Kalorien, forkortet som kalk, er den mengden varme som er nødvendig for å heve temperaturen på 1 gram vann med 1 ºC.

På 1800-tallet gjennomførte Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) et kjent eksperiment der han klarte å transformere mekanisk arbeid til varme, og oppnådde følgende ekvivalens:

I britiske enheter kalles varmeenheten Btu (britisk termisk enhet), som er definert som mengden varme som trengs for å heve temperaturen på ett kilo vann med 1 ºF.

Ekvivalensen mellom enhetene er som følger:

Problemet med disse eldre enhetene er at varmemengden avhenger av temperaturen. Det vil si at den som kreves for å gå fra 70 ºC til 75 ºC ikke er den samme som for å varme opp vannet fra 9 ºC til 10 ºC, for eksempel.

Det er grunnen til at definisjonen vurderer veldefinerte områder: fra 14,5 til 15,5 ° C og 63 til 64 ° F for henholdsvis kalori og Btu.

Hva er mengden av absorbert varme avhengig av?

Mengden absorbert varme som et materiale tar opp avhenger av flere faktorer:

- Masse. Jo større masse, jo mer varme er den i stand til å absorbere.

- Kjennetegn på stoffet. Det er stoffer som, avhengig av deres molekylære eller atomstruktur, er i stand til å absorbere mer varme enn andre.

- Temperatur. Det er nødvendig å tilsette mer varme for å oppnå en høyere temperatur.

Varmemengden, betegnet Q, er proporsjonal med faktorene beskrevet. Derfor kan det skrives som:

Hvor m er gjenstandens masse, er c en konstant kalt spesifikk varme, substansens egenegenskap, og Δ T er temperaturendringen oppnådd ved å absorbere varme.

Denne forskjellen har et positivt tegn, siden det når man absorberer varme, er det forventet at T _f > T _o. Dette skjer med mindre stoffet gjennomgår en faseendring, for eksempel vann som går fra væske til damp. Når vann koker, forblir temperaturen konstant ved omtrent 100 ºC, uansett hvor raskt det koker.

Hvordan beregne det?

Ved å sette to objekter ved forskjellige temperaturer i kontakt, når de etter hvert en termisk likevekt. Temperaturene utjevnes deretter og varmeoverføringen opphører. Det samme skjer hvis mer enn to gjenstander kommer i kontakt. Etter en viss tid vil alle ha samme temperatur.

Forutsatt at gjenstandene i kontakt danner et lukket system, som varme ikke kan slippe ut fra, gjelder prinsippet om konservering av energi, så det kan sies at:

Q _absorbert = - Q _ga

Dette representerer en energibalanse, lik den for en persons inntekter og utgifter. Av denne grunn har den overførte varmen et negativt tegn, siden den endelige temperaturen for objektet som gir, er lavere enn den opprinnelige. Og dermed:

Ligningen Q _absorbert = - Q som ble _gitt blir brukt når to objekter er i kontakt.

Energibalanse

For å gjennomføre energibalansen er det nødvendig å skille gjenstandene som tar opp varme fra de som gir, deretter:

Σ Q _k = 0

Det vil si at summen av energigevinster og tap i et lukket system må være lik 0.

Den spesifikke varmen til et stoff

For å beregne mengden absorbert varme er det nødvendig å kjenne den spesifikke varmen til hvert deltakende stoff. Dette er den mengden varme som er nødvendig for å heve temperaturen på 1 g materiale med 1 ºC. Enhetene i det internasjonale systemet er: Joule / kg. K.

Det er tabeller med den spesifikke varmen til mange stoffer, vanligvis beregnet ved hjelp av et kalorimeter eller lignende verktøy.

Et eksempel på hvordan du beregner den spesifikke varmen til et materiale

250 kalorier er nødvendig for å heve temperaturen på en metallring fra 20 til 30 ºC. Hvis ringen har en masse på 90 g. Hva er den spesifikke varmen til metallet i SI-enheter?

Løsning

Enhetene konverteres først:

Q = 250 kalorier = 1046,5 J

m = 90 g = 90 x 10 ^-3 kg

Trening løst

En aluminiumskopp inneholder 225 g vann og en 40 g kobberrører, alt ved 27 ° C. En 400 g prøve med sølv ved en begynnelsestemperatur på 87 ° C ble plassert i vannet.

Omrøreren brukes til å røre blandingen til den når sin endelige likevektstemperatur på 32 ° C. Beregn massen på aluminiumskoppen, med tanke på at det ikke er varmetap for miljøet.

Skjematisk av et kalorimeter. Kilde: Solidswiki.

Nærme seg

Som nevnt ovenfor, er det viktig å skille mellom gjenstander som gir opp varmen fra de som absorberer:

- Aluminiumskoppen, kobberrøreren og vannet tar opp varme.

- Sølvprøven gir varme.

Data

Den spesifikke varmen til hvert stoff leveres:

Varmen som absorberes eller overføres av hvert stoff beregnes ved å bruke ligningen:

Løsning

Sølv

Q _ga = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32 - 87) J = -5148 J

Kobberrører

Q _absorbert = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J

Vann

Q _absorbert = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J

Aluminiumskrus

Q _absorbert = m _aluminium . 900 x (32 - 27) J = 4500 m _aluminium

Bruker:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 m _aluminium = - (-5148)

Endelig blir massen av aluminium fjernet:

m _aluminium = 0,0803 kg = 80,3 g

referanser

1. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^th . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6 ^ta Redigering forkortet. Cengage Learning. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14 ^th . Volum1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Cengage Learning. 362 - 374