VARMEOVERFØRT: FORMLER, HVORDAN DU BEREGNER DET OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2026

Den overførte varme er overføring av energi mellom to legemer ved forskjellige temperaturer. Den med høyere temperatur gir opp varmen til den med lavere temperatur. Enten en kropp gir opp eller tar opp varme, dens temperatur eller fysiske tilstand kan variere avhengig av massen og egenskapene til materialet det er laget av.

Et godt eksempel er i en dampende kopp kaffe. Metallskjeen som sukkeret røres sammen varmes opp. Hvis den blir liggende i koppen lenge nok, vil kaffe og en metallskje ende med å utjevne temperaturen: Kaffen har blitt avkjølt og varmen har blitt overført til skjeen. Noe varme vil ha gått ut i miljøet, siden systemet ikke er isolert.

Kaffen og skjeen kommer til å være i termisk likevekt etter en stund. Kilde: Pixabay.

Når temperaturene utjevnes, er termisk likevekt nådd.

Hvis du gjorde den samme testen med en plastteskje, ville du sikkert lagt merke til at den ikke varmes opp like raskt som metallen, men den vil også til slutt komme i balanse med kaffen og alt rundt det.

Dette er fordi metall leder varme bedre enn plast. På den annen side gir kaffe sikkert varme med en annen hastighet enn varm sjokolade eller annen drikke. Så varmen gitt eller absorbert av hver gjenstand avhenger av hvilket materiale eller stoff den er laget av.

Hva det består av og formler

Varme refererer alltid til strømmen eller gjennomføringen av energi mellom en gjenstand og en annen, på grunn av temperaturforskjellen.

Derfor snakker vi om varme som er overført eller absorbert av varme, siden det ved å tilsette eller trekke ut varme eller energi på en eller annen måte, er det mulig å endre temperaturen til et element.

Mengden varme som den hotteste gjenstanden avgir, kalles vanligvis Q. Denne verdien er proporsjonal med massen til det objektet. Et legeme med en stor masse er i stand til å gi opp mer varme enn en annen med en lavere masse.

Temperaturforskjell

En annen viktig faktor i beregningen av varmeoverføring er forskjellen i temperatur som gjenstanden som overfører varme opplever. Det er betegnet som Δ T og beregnes som følger:

Til slutt avhenger mengden varme som overføres også av arten og egenskapene til objektet, som er kvantitativt oppsummert i en konstant kalt materialets spesifikke varme, betegnet som c.

Så endelig er uttrykket for den overførte varmen følgende:

Handlingen med å gi etter symboliseres med et negativt tegn.

Spesifikk varme og varmekapasitet til et stoff

Spesifikk varme er den mengden varme som er nødvendig for å heve temperaturen på 1 g stoff med 1 ºC. Det er en iboende egenskap til materialet. Enhetene i det internasjonale systemet er: Joule / kg. K (Joule mellom kilogram x temperatur i grader Kelvin).

Varmekapasiteten C er et knyttet konsept, men litt annerledes, siden massen til objektet er involvert. Varmekapasiteten er definert som følger:

SI-enhetene er Joule / K. Så varmen som frigjøres kan også uttrykkes likeverdig som:

Hvordan beregne det?

For å beregne varmen som er overført av et objekt, er det nødvendig å vite følgende:

- Den spesifikke varmen til stoffet som gir opp varmen.

- Massen til nevnte stoff

- Den endelige temperaturen som skal oppnås

Spesifikke varmeverdier for mange materialer er bestemt eksperimentelt og er tilgjengelige i tabeller.

kalorimetri

Hvis denne verdien ikke er kjent, er det mulig å få den ved hjelp av et termometer og vann i en termisk isolert beholder: kalorimeteret. Et diagram av denne enheten er vist på figuren som følger med trening 1.

En prøve av stoffet nedsenkes ved en viss temperatur i en mengde vann som tidligere er målt. Den endelige temperaturen måles og den spesifikke varmen til materialet bestemmes med oppnådde verdier.

Ved å sammenligne resultatet med de tabulerte verdiene, kan det være kjent hvilket stoff det er. Denne prosedyren kalles kalorimetri.

Varmebalansen utføres ved å spare energi:

Q _ga + Q _{absorbert = 0}

Løste øvelser

Oppgave 1

Et 0,35 kg kobberstykke innføres ved en temperatur på 150 ºC i 500 ml vann ved en temperatur på 25 ºC.

a) Endelig likevektstemperatur

b) Hvor mye varme strømmer i denne prosessen?

Data

Skjematisk et grunnleggende kalorimeter: en isolert beholder med vann og et termometer for å måle temperaturendringer. l Kilde: Dr. Tilahun Tesfaye

Løsning

a) Kobber gir opp varmen mens vann tar opp det. Siden systemet anses som lukket, griper bare vannet og prøven inn i varmebalansen:

På den annen side er det påkrevd å beregne massen på 500 ml vann:

Med disse dataene beregnes massen av vannet:

Ligningen for varmen i hvert stoff heves:

Sammenligner resultatene vi har:

Det er en lineær ligning med en ukjent, hvis løsning er:

b) Mengden varme som strømmer er varmen som overføres eller den varme som absorberes:

Q _ga = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J

Q _absorbert = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J

Oppgave 2

Et 100 g kobberstykke blir oppvarmet i en ovn ved en temperatur _TO og deretter plassert i et 150 g kobberkalorimeter som inneholder 200 g vann ved 16 ° C. Den endelige temperaturen en gang i likevekt er 38 º C. Når kalorimeteret og innholdet veies, viser det seg at 1,2 g vann har fordampet. Hva var den opprinnelige temperaturen T _o ?

Løsning

Denne øvelsen skiller seg fra den forrige, siden det må vurderes at kalorimeteret også tar opp varme. Varmen som frigjøres av kobberstykket investeres i alt av følgende:

- Varm opp vannet i kalorimeteret (200 g)

- Varm opp kobberet som kalorimeteret er laget av (150 g)

- Fordamp 1,2 gram vann (energi er også nødvendig for en faseendring).

Og dermed:

- 38,5. (38 - T _o ) = 22397,3

Varmen som trengs for å bringe 1,2 g vann opp til 100 ºC kunne også vært vurdert, men det er en ganske liten mengde i sammenligning.

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 . Utgave bind 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Cengage Learning.