Специфичната топлина е енергията, необходима за повишаване на температурата от 1 грам чисто вещество с 1 °. Параметърът зависи от неговия химичен състав и агрегатно състояние: газообразно, течно или твърдо. След откриването му започва нов кръг в развитието на термодинамиката, науката за преходни енергийни процеси, които са свързани с топлината и функционирането на системата.
Обикновено, при производството се използват специфична топлина и основите на термодинамиката радиатори и системи, предназначени за охлаждане на автомобили, както и в областта на химията, ядреното инженерство и аеродинамиката. Ако искате да знаете как се изчислява специфичната топлина, разгледайте предложената статия.
Формула
Преди да продължите с директното изчисляване на параметъра, трябва да се запознаете с формулата и нейните компоненти.
Формулата за изчисляване на специфичната топлина е следната:
- c = Q / (m * ∆T)
Познаването на количествата и техните символни обозначения, използвани при изчислението, е изключително важно. Необходимо е обаче не само да се знае визуалният им вид, но и да се разбере ясно значението на всеки от тях. Изчисляването на специфичния топлинен капацитет на дадено вещество се представя от следните компоненти:
ΔT е символ, който означава постепенно изменение на температурата на дадено вещество. Символът "Δ" се произнася делта.
ΔT може да се изчисли по формулата:
ΔT = t2 - t1, където
- t1 - първична температура;
- t2 е крайната температура след промяната.
m е масата на веществото, използвано за отопление (gr).
Q - количество топлина (J / J)
Въз основа на Tsr могат да се изведат и други уравнения:
- Q = m * cp * ΔT - количество топлина;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - масата на веществото;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - първична температура;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - крайна температура.
Определение и формула на количеството топлина
Вътрешната енергия на термодинамичната система може да бъде променена по два начина:
- извършване на работа по системата,
- чрез термично взаимодействие.
Предаването на топлина към тялото не е свързано с извършване на макроскопска работа върху тялото. В този случай промяната във вътрешната енергия се дължи на факта, че отделни молекули на тялото с по-висока температура работят върху някои молекули на тялото, което има по-ниска температура. В този случай се осъществява термично взаимодействие поради топлопроводимостта. Предаването на енергия е възможно и чрез радиация. Системата от микроскопични процеси (не свързани с цялото тяло, а с отделни молекули) се нарича пренос на топлина. Количеството енергия, което се прехвърля от едно тяло в друго в резултат на пренос на топлина, се определя от количеството топлина, което се прехвърля от едно тяло в друго.
Определение
Топлина
се нарича енергията, която се получава (или подарява) от тялото в процеса на топлообмен с околните тела (околната среда). Топлината се обозначава, обикновено с буквата Q.
Това е една от основните величини в термодинамиката. Топлината е включена в математическите изрази на първия и втория принцип на термодинамиката. Казва се, че топлината е енергия под формата на молекулярно движение.
Топлината може да се предава на системата (тялото) или да се отнема от нея. Смята се, че ако топлината се предава на системата, тогава тя е положителна.
Инструкции за изчисляване на параметъра
Изчисли от
веществото е съвсем просто и за да направите това, трябва да изпълните следните стъпки:
- Вземете формулата за изчисление: Топлинен капацитет = Q / (m * ∆T)
- Запишете първоначалните данни.
- Включете ги във формулата.
- Изчислете и вземете резултата.
Като пример нека изчислим неизвестно вещество с тегло 480 грама и с температура 15 ° C, която в резултат на нагряване (35 хиляди J) се е увеличила до 250 °.
Съгласно инструкциите, дадени по-горе, ние извършваме следните действия:
Записваме първоначалните данни:
- Q = 35 хиляди J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Вземаме формулата, заместваме стойностите и решаваме:
c = Q / (m * ∆T) = 35 хиляди J / (480 g * 235º) = 35 хиляди J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Количество топлина
Количеството топлина е енергията, която тялото губи или печели по време на пренос на топлина. Това става ясно и от името. При охлаждане тялото ще загуби определено количество топлина, а при нагряване ще поеме. И отговорите на нашите въпроси ни показаха от какво зависи количеството топлина? Първо, колкото по-голяма е телесната маса, толкова повече топлина трябва да бъде изразходвана за промяна на нейната температура с една степен. На второ място, количеството топлина, необходимо за нагряване на тялото, зависи от веществото, от което се състои, т.е. от вида на веществото. И трето, разликата в телесните температури преди и след преноса на топлина също е важна за нашите изчисления. Въз основа на горното можем определете количеството топлина по формулата:
Q = cm (t_2-t_1),
където Q е количеството топлина, m е масата на тялото, (t_2-t_1) е разликата между началната и крайната температура на тялото, c е специфичният топлинен капацитет на веществото, намира се от съответните таблици .
Използвайки тази формула, можете да изчислите количеството топлина, което е необходимо за нагряване на всяко тяло или което това тяло ще отдели, когато се охлади.
Количеството топлина се измерва в джаули (1 J), както всеки тип енергия. Тази стойност обаче беше въведена не толкова отдавна и хората започнаха да измерват количеството топлина много по-рано. И те използваха единица, която е широко използвана в наше време - калория (1 кал). 1 калория е количеството топлина, необходимо за загряване на 1 грам вода на 1 градус по Целзий. Водени от тези данни, тези, които обичат да преброяват калориите в изядената храна, могат, за интерес, да изчислят колко литра вода могат да се варят с енергията, която консумират с храната през деня.
Плащане
Нека извършим изчислението CP
вода и калай при следните условия:
- m = 500 грама;
- t1 = 24ºC и t2 = 80ºC - за вода;
- t1 = 20ºC и t2 = 180ºC - за калай;
- Q = 28 хиляди Дж.
Като начало определяме ΔT съответно за вода и калай:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180-20 = 160ºC
След това намираме специфичната топлина:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 хиляди J / (500 g * 56 ° C) = 28 хиляди J / (28 хиляди g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 хиляди J / (500 g * 160 ° C) = 28 хиляди J / (80 хиляди g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
По този начин специфичната топлина на водата е 1 J / g * ºC, а тази на калай 0,35 J / g * ºC. Следователно можем да заключим, че при еднаква стойност на доставената топлина от 28 хиляди Дж, калайът ще се нагрява по-бързо от водата, тъй като топлинният му капацитет е по-малък.
Топлинният капацитет се притежава не само от газове, течности и твърди вещества, но и от храна.
Формулата за изчисляване на топлината при промяна на температурата
Елементарното количество топлина ще бъде означено като. Имайте предвид, че топлинният елемент, който системата получава (отстъпва) с малка промяна в състоянието си, не е пълен диференциал. Причината за това е, че топлината е функция на процеса на промяна на състоянието на системата.
Елементарното количество топлина, което се предава на системата, и температурата се променя от T на T + dT, е равно на:
където С е топлинният капацитет на тялото. Ако разглежданото тяло е хомогенно, тогава формулата (1) за количеството топлина може да бъде представена като:
където е специфичната топлина на тялото, m е масата на тялото, е моларната топлина, е моларната маса на веществото и е броят на бенките на веществото.
Ако тялото е хомогенно и топлинният капацитет се счита за независим от температурата, тогава количеството топлина (), което тялото получава с повишаване на температурата му с количество, може да бъде изчислено като:
където t2, t1 телесна температура преди нагряване и след.Моля, обърнете внимание, че температурите при намиране на разликата () в изчисленията могат да бъдат заменени както в Целзий, така и в Келвин.
Как да изчислим топлинния капацитет на храната
При изчисляване на мощността уравнението приема следната форма:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), където:
- w е количеството вода в продукта;
- p е количеството протеини в продукта;
- f е процентното съдържание на мазнини;
- c е процентното съдържание на въглехидрати;
- a е процентът на неорганичните компоненти.
Определете топлинния капацитет на преработеното крема сирене Виола... За целта изписваме необходимите стойности от състава на продукта (тегло 140 грама):
- вода - 35 г;
- протеини - 12,9 g;
- мазнини - 25,8 g;
- въглехидрати - 6,96 g;
- неорганични компоненти - 21 g.
След това намираме с:
- 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.
Какво определя количеството топлина
Вътрешната енергия на тялото се променя при извършване на работа или пренос на топлина. При феномена на пренос на топлина вътрешната енергия се предава чрез топлопроводимост, конвекция или радиация.
Всяко тяло, когато се нагрява или охлажда (по време на пренос на топлина), получава или губи известно количество енергия. Въз основа на това е прието това количество енергия да се нарича количество топлина.
Така, количеството топлина е енергията, която тялото дава или получава в процеса на пренос на топлина.
Колко топлина е необходима за нагряване на вода? Използвайки прост пример, можете да разберете, че за нагряване на различни количества вода са необходими различни количества топлина. Да приемем, че вземаме две епруветки с 1 литър вода и 2 литра вода. В кой случай се изисква повече топлина? Във втория, където в епруветката има 2 литра вода. Втората тръба ще отнеме повече време, за да се загрее, ако ги загреем със същия източник на огън.
По този начин количеството топлина зависи от телесното тегло. Колкото по-голяма е масата, толкова повече топлина се изисква за нагряване и съответно тялото се нуждае от повече време за охлаждане.
От какво още зависи количеството топлина? Естествено, от температурната разлика между телата. Но това не е всичко. В края на краищата, ако се опитаме да загреем вода или мляко, тогава ще ни трябва различно количество време. Тоест се оказва, че количеството топлина зависи от веществото, от което е съставено тялото.
В резултат се оказва, че количеството топлина, което е необходимо за нагряване или количеството топлина, което се отделя, когато тялото се охлади, зависи от неговата маса, от температурните промени и от вида на веществото, което изгражда тялото.
Полезни съвети
Винаги помнете, че:
- процесът на нагряване на метала е по-бърз от този на водата, тъй като има CP
2,5 пъти по-малко; - ако е възможно, преобразувайте резултатите в по-висок ред, ако условията позволяват;
- за да проверите резултатите, можете да използвате Интернет и да потърсите изчисленото вещество;
- при същите експериментални условия ще се наблюдават по-значителни температурни промени за материали с ниска специфична топлина.
Формула за количеството топлина по време на фазовите преходи
Преходът от една фаза на веществото в друга е придружен от поглъщане или отделяне на определено количество топлина, което се нарича топлина на фазов преход.
Така че, за да се прехвърли елемент на материята от състоянието на твърдо вещество в течност, трябва да се каже количество топлина (), равно на:
където е специфичната топлина на синтез, dm е елементът на телесната маса. Трябва да се има предвид, че тялото трябва да има температура, равна на температурата на топене на разглежданото вещество. По време на кристализацията се отделя топлина, равна на (4).
Количеството топлина (топлина на изпаряване), необходимо за превръщането на течността в пара, може да бъде намерено като:
където r е специфичната топлина на изпаряване. Когато парата кондензира, топлината се отделя. Топлината на изпаряване е равна на топлината на кондензация на равни маси материя.
Как да изчислим количеството топлина за отопление на тялото
Например, необходимо е да се изчисли количеството топлина, което трябва да бъде изразходвано, за да се загреят 3 кг вода от температура от 15 ° C до температура от 85 ° C. Ние знаем специфичната топлина на водата, т.е. количеството енергия, което е необходимо за нагряване на 1 кг вода с 1 градус. Тоест, за да разберете количеството топлина в нашия случай, трябва да умножите специфичния топлинен капацитет на водата по 3 и по броя на градусите, с които трябва да увеличите температурата на водата. Това е 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
В скоби изчисляваме точния брой градуси, като изваждаме началния
И така, за да загреем 3 кг вода от 15 до 85 ° C, ни трябват 882 000 J от количеството топлина.
Количеството топлина се обозначава с буквата Q, формулата за изчисляването му е както следва:
Q = c * m * (t2-t1).
Какво е специфична топлина
Всяко вещество в природата има свои собствени свойства и нагряването на всяко отделно вещество изисква различно количество енергия, т.е. количеството топлина.
Специфична топлина на веществото Е стойност, равна на количеството топлина, което трябва да бъде предадено на тяло с маса 1 килограм, за да се нагрее до температура 1 0C
Специфичната топлина се обозначава с буквата c и има измервателна стойност J / kg *
Например специфичният топлинен капацитет на водата е 4200 J / kg * 0C. Тоест това е количеството топлина, което трябва да бъде предадено на 1 кг вода, за да се нагрее с 1 0С
Трябва да се помни, че специфичният топлинен капацитет на веществата в различните агрегатни състояния е различен. Тоест, за нагряване на лед с 1 ° С е необходимо различно количество топлина
