Как найти количество поглощенного тепла

Поглощенное тепло определяется как передача энергии между двумя телами при различных температурах. Тот, у кого более низкая температура, поглощает тепло того, у кого более высокая температура. Когда это происходит, тепловая энергия вещества, поглощающего тепло, увеличивается, а частицы, составляющие его, вибрируют быстрее, повышая свою кинетическую энергию.

Это может привести к повышению температуры или изменению состояния. Например, переходите от твердого вещества к жидкому, как лед, когда он тает при контакте с водой или содой при комнатной температуре.

Металлическая ложка поглощает тепло горячего кофе. Источник: Pixabay.

Благодаря теплу объекты также могут изменять свои размеры. Тепловое расширение – хороший пример этого явления. Когда большинство веществ нагревается, они имеют тенденцию увеличиваться в размерах.

Исключением является вода. Такое же количество жидкой воды увеличивает свой объем, когда она охлаждается ниже 4ºC. Кроме того, при изменении температуры может наблюдаться изменение ее плотности, что также очень заметно в случае воды.

Из чего состоит и формулы

В случае передачи энергии единицами поглощенного тепла являются джоули. Однако долгое время у тепла были свои единицы: калорийность.

Даже сегодня эта единица измерения используется для количественной оценки энергетической ценности пищи, хотя на самом деле одна диетическая калория соответствует одной килокалории тепла.

Калории

Калорийность, сокращенно известная как лайм, – это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1ºC.

В 19 веке сэр Джеймс Прескотт Джоуль (1818 – 1889) провел знаменитый эксперимент, в котором ему удалось преобразовать механическую работу в тепло, получив следующую эквивалентность:

В британских единицах тепловая единица называется Btu (британская тепловая единица), которая определяется как количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на 1 ° F.

Эквивалентность единиц следующая:

Проблема этих старых агрегатов в том, что количество тепла зависит от температуры. То есть, температура, необходимая для перехода с 70ºC до 75ºC, отличается от температуры, необходимой, например, для нагрева воды с 9ºC до 10ºC.

Вот почему определение предполагает четко определенные диапазоны: от 14,5 до 15,5 ° C и от 63 до 64 ° F для калорий и британских тепловых единиц соответственно.

От чего зависит количество поглощенного тепла?

Количество поглощенного тепла, которое улавливает материал, зависит от нескольких факторов:

– Масса. Чем больше масса, тем больше тепла она способна поглотить.

– Характеристики вещества. Есть вещества, которые, в зависимости от их молекулярной или атомной структуры, способны поглощать больше тепла, чем другие.

– Температура. Для получения более высокой температуры требуется дополнительное количество тепла.

Количество тепла, обозначенное Q, пропорционально описанным факторам. Следовательно, это можно записать как:

Где m – масса объекта, c – постоянная, называемая удельной теплоемкостью, внутренним свойством вещества, а Δ T – это изменение температуры, достигаемое за счет поглощения тепла.

Эта разница имеет положительный знак, так как при поглощении тепла ожидается, что T _f > T _o. Это происходит, если вещество не претерпевает фазового перехода, такого как переход воды из жидкости в пар. Когда вода закипает, ее температура остается постоянной примерно на 100ºC, независимо от того, как быстро она закипает.

Как это рассчитать?

Посредством соприкосновения двух объектов с разной температурой через некоторое время они оба достигают теплового равновесия. Затем температуры выравниваются и теплообмен прекращается. То же самое происходит, если соприкасается более двух объектов. Через определенное время все они будут иметь одинаковую температуру.

Если предположить, что соприкасающиеся объекты образуют замкнутую систему, из которой не может уйти тепло, применяется принцип сохранения энергии, поэтому можно утверждать, что:

Q _{поглощено} = – Q _отдано

Это представляет собой энергетический баланс, похожий на баланс доходов и расходов человека. По этой причине передаваемое тепло имеет отрицательный знак, так как для объекта, который уступает, конечная температура ниже начальной. Таким образом:

Уравнение Q _{поглощено} = – Q _{уступлено,} когда два объекта находятся в контакте.

Энергетический баланс

Для проведения энергетического баланса необходимо различать объекты, поглощающие тепло, от объектов, которые отдаются, тогда:

Σ Q _k = 0

То есть сумма прироста и потерь энергии в замкнутой системе должна равняться 0.

Удельная теплоемкость вещества

Чтобы рассчитать количество поглощенного тепла, необходимо знать удельную теплоемкость каждого участвующего вещества. Это количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г материала на 1 ° C. Его единицы в Международной системе: Джоуль / кг. K.

Существуют таблицы с удельной теплоемкостью многих веществ, обычно рассчитываемой с помощью калориметра или аналогичных инструментов.

Пример того, как рассчитать удельную теплоемкость материала

Для повышения температуры металлического кольца с 20 до 30 ºC требуется 250 калорий. Если кольцо имеет массу 90 г. Какова удельная теплоемкость металла в единицах СИ?

Решение

Сначала конвертируются единицы:

Q = 250 калорий = 1046,5 Дж

m = 90 г = 90 x ^10-3 кг

Упражнение решено

Алюминиевая чашка содержит 225 г воды и медную мешалку на 40 г при температуре 27 ° C. Образец серебра массой 400 г при начальной температуре 87 ° C помещается в воду.

Мешалка используется для перемешивания смеси до достижения конечной равновесной температуры 32 ° C. Рассчитайте массу алюминиевого стакана, учитывая, что нет потерь тепла в окружающую среду.

Схема калориметра. Источник: Solidswiki.

Подходить

Как было сказано выше, важно различать предметы, которые отдают тепло, от предметов, которые поглощают:

– Алюминиевая чашка, медная мешалка и вода поглощают тепло.

– Образец серебра выделяет тепло.

Данные

Указана удельная теплоемкость каждого вещества:

Тепло, поглощаемое или передаваемое каждым веществом, рассчитывается по формуле:

Решение

Серебряный

Q _дает = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32 – 87) Дж = -5148 Дж

Медная мешалка

Q _{поглощено} = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 – 27) Дж = 77,4 Дж

вода

_{Поглощенный} Q = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 – 27) Дж = 4709,25 Дж

Алюминиевая кружка

Q _{поглощено} = m _{алюминия} . 900 x (32 – 27) J = 4500 мкм _{алюминия}

Использование:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 мкм _{алюминия} = – (-5148)

Наконец, масса алюминия очищается:

м _{алюминия} = 0,0803 кг = 80,3 г

Ссылки

1. Джанколи, Д. 2006. Физика: принципы с приложениями. 6 ^чт . Эд Прентис Холл. 400 – 410.
2. Киркпатрик, Л. 2007. Физика: взгляд на мир. 6 ^ta Редактирование сокращено. Cengage Learning. 156-164.
3. Рекс, А. 2011. Основы физики. Пирсон. 309-332.
4. Сирс, Земанский. 2016. Университетская физика с современной физикой. 14 ^чт . Volume1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Основы физики. 9 ^на Cengage Learning. 362–374

Unit Converter

Содержание

• TL; DR (слишком долго; не читал)
• Первый закон термодинамики и тепла
• Удельная теплоемкость объяснена
• Расчет поглощения тепла
• Советы по альтернативным единицам

На повседневном языке люди используют термины тепло и температура взаимозаменяемо. Однако в области термодинамики и физики оба термина имеют очень разные значения. Если вы пытаетесь рассчитать, сколько тепла поглощается чем-то, когда вы поднимаете температуру, вам нужно понять разницу между этими двумя показателями и как рассчитать одно из другого. Вы можете сделать это легко: просто умножьте теплоемкость вещества, которое вы нагреваете, на массу вещества и изменение температуры, чтобы найти поглощенное тепло.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Рассчитайте теплопоглощение по формуле:

Q = тс∆T

Q означает поглощенное тепло, м масса вещества, поглощающего тепло, с удельная теплоемкость и ΔT это изменение температуры.

Первый закон термодинамики и тепла

Первый закон термодинамики гласит, что изменение внутренней энергии вещества является суммой тепла, переданного ему, и работы, проделанной над ним (или тепла, переданного ему минус проделанная работа по Это). «Работа» – это просто слово, которое физики используют для передачи физической энергии. Например, перемешивание чашки кофе работает в жидкости внутри него, и вы работаете над объектом, когда берете его или бросаете.

Тепло является еще одной формой передачи энергии, но она происходит, когда два объекта имеют разные температуры друг к другу. Если вы положите холодную воду в кастрюлю и включите плиту, пламя нагревает кастрюлю, а горячая кастрюля нагревает воду. Это повышает температуру воды и дает ей энергию. Второй закон термодинамики гласит, что тепло течет только от более горячих предметов к более холодным, а не наоборот.

Удельная теплоемкость объяснена

Ключом к решению проблемы расчета теплопоглощения является понятие удельной теплоемкости. Разные вещества нуждаются в разном количестве энергии, которая должна быть передана им, чтобы поднять температуру, и удельная теплоемкость вещества говорит вам, сколько это. Это количество с учетом символа с и измеряется в градусах Дж / кг Цельсия. Короче говоря, теплоемкость говорит вам, сколько тепловой энергии (в джоулях) необходимо для повышения температуры 1 кг материала на 1 градус C. Удельная теплоемкость воды составляет 4181 Дж / кг градуса C, а удельная теплоемкость Теплоемкость свинца составляет 128 Дж / кг градуса С. Сразу видно, что для повышения температуры свинца требуется меньше энергии, чем для воды.

Расчет поглощения тепла

Вы можете использовать информацию в двух последних разделах вместе с одной простой формулой для расчета поглощения тепла в конкретной ситуации. Все, что вам нужно знать, это разогреваемое вещество, изменение температуры и массы вещества. Уравнение:

Q = тс∆T

Вот, Q означает тепло (что вы хотите знать), м означает массу, с означает удельную теплоемкость и ΔT это изменение температуры. Вы можете найти изменение температуры, вычитая начальную температуру из конечной температуры.

В качестве примера представьте, что температура воды повышается на 2 кг с 10 до 50 градусов Цельсия. Изменение температуры составляет ∆T = (50 – 10) градусов C = 40 градусов C. Из последней секции удельная теплоемкость воды составляет 4181 Дж / кг градуса C, поэтому уравнение дает:

Q = 2 кг × 4181 Дж / кг градус C × 40 градус C

= 334 480 Дж = 334,5 кДж

Таким образом, требуется около 334,5 тысяч джоулей (кДж) тепла, чтобы поднять температуру 2 кг воды на 40 градусов Цельсия.

Советы по альтернативным единицам

Иногда удельная теплоемкость указана в разных единицах. Например, оно может быть указано в джоулях / граммах C, калориях / граммах C или джолях / моль C. Калория – это альтернативная единица энергии (1 калория = 4,184 Дж), граммы составляют 1/1000 килограмма. и моль (сокращенный до моль) является единицей, используемой в химии. Пока вы используете последовательные единицы, формула выше будет держаться.

Например, если удельная теплоемкость приведена в градусах С в джоулях на грамм, укажите также массу вещества в граммах или, в качестве альтернативы, преобразуйте удельную теплоемкость в килограммы, умножив ее на 1000. Если теплоемкость дана в градусах Дж / моль, проще всего указать массу вещества в молях. Если теплоемкость указана в калориях / кг градусах С, ваш результат будет выражен в калориях тепла, а не в джоулях, которые вы можете затем преобразовать, если вам нужен ответ в джоулях.

Если вы встретите Кельвин как единицу измерения температуры (символ K), то при изменении температуры это точно так же, как и по Цельсию, поэтому вам не нужно ничего делать.

В повседневном языке люди используют термины тепло и температура как синонимы. Однако в области термодинамики и физики в более широком смысле эти два термина имеют очень разные значения. Если вы пытаетесь подсчитать, сколько тепла поглощает что-то, когда вы повышаете его температуру, вам нужно понимать разницу между ними и то, как рассчитать одно по другому. Вы можете сделать это легко: просто умножьте теплоемкость вещества, которое вы нагреваете, на массу вещества и изменение температуры, чтобы найти поглощенное тепло.

Первый закон термодинамики и тепла

Тепло – это еще одна форма передачи энергии, но она происходит, когда два объекта находятся при разных температурах друг друга. Если вы нальете в кастрюлю холодную воду и включите плиту, пламя нагреет сковороду, а горячая сковорода нагреет воду. Это повышает температуру воды и придает ей энергию. Второй закон термодинамики гласит, что тепло течет только от более горячих объектов к более холодным, а не наоборот.

Объяснение удельной теплоемкости

Ключом к решению проблемы расчета теплопоглощения является понятие удельной теплоемкости. Разным веществам необходимо разное количество энергии, чтобы передать им разное для повышения температуры, и удельная теплоемкость вещества говорит вам, сколько это. Это количество, обозначенное символом c и измеряется в джоулях / кг градусов Цельсия. Короче говоря, теплоемкость показывает, сколько тепловой энергии (в джоулях) необходимо для повышения температуры 1 кг материала на 1 градус Цельсия. Удельная теплоемкость воды составляет 4 181 Дж / кг ° C, а удельная теплоемкость свинца – 128 Дж / кг ° C. Это сразу говорит о том, что для повышения температуры свинца требуется меньше энергии, чем для повышения температуры воды.

Расчет теплопоглощения

Вы можете использовать информацию в последних двух разделах вместе с одной простой формулой для расчета поглощения тепла в конкретной ситуации. Все, что вам нужно знать, – это нагреваемое вещество, изменение температуры и масса вещества. Уравнение:

Q = MC∆Т

Здесь, Q означает тепло (то, что вы хотите знать), м означает массу, c означает удельную теплоемкость, а ∆Тизменение температуры. Вы можете узнать изменение температуры, вычтя начальную температуру из конечной температуры.

В качестве примера представьте, что температура 2 кг воды увеличивается с 10 до 50 градусов. Изменение температуры ∆Т= (50-10) градусов Цельсия = 40 градусов Цельсия. Из последнего раздела удельная теплоемкость воды составляет 4 181 Дж / кг градуса Цельсия, поэтому уравнение дает:

Q = 2 кг × 4181 Дж / кг ° C × 40 ° C

= 334 480 Дж = 334,5 кДж

Таким образом, для повышения температуры 2 кг воды на 40 градусов по Цельсию требуется около 334,5 тысяч джоулей (кДж) тепла.

Советы по альтернативным единицам

Иногда удельные теплоемкости указываются в разных единицах. Например, оно может быть указано в джоулях на грамм градусов Цельсия, калориях на грамм градусов Цельсия или джоулях на моль градусов Цельсия. Калория – это альтернативная единица энергии (1 калория = 4,184 джоуля), граммы – это 1/1000 килограмма, а моль (сокращенно – моль) – единица, используемая в химии. Приведенная выше формула остается в силе, пока вы используете согласованные единицы измерения.

Например, если удельная теплоемкость указана в джоулях на грамм градуса Цельсия, укажите массу вещества в граммов или, альтернативно, преобразовать удельную теплоемкость в килограммы, умножив ее на 1,000. Если теплоемкость выражается в джоулях на моль градуса Цельсия, проще всего указать массу вещества в молях. Если теплоемкость указана в калориях / кг градусов Цельсия, ваш результат будет в калориях тепла, а не в джоулях, которые вы можете впоследствии преобразовать, если вам нужен ответ в джоулях.

Если вы встретите градус Кельвина как единица измерения температуры (символ K), для изменения температуры он будет точно таким же, как градус Цельсия, так что вам действительно не нужно ничего делать.

Количество – поглощенное тепло

Cтраница 1

Количество поглощенного тепла, которое, разумеется, пропорционально числу циклов, совершаемых в единицу времени, определяется также и скоростью вращения вала. В машине Филипс вал делает 1440 об / мин.
 [1]

А – 0, и поэтому количество поглощенного тепла равно увеличению внутренней энергии системы.
 [2]

Температура материала на выходе из цилиндра пропорциональна количеству поглощенного тепла и зависит от температуры стенок цилиндра t4, а также от времени пребывания материала в цилиндре. Если бы время пребывания материала в цилиндре было значительно увеличено, то температура материала на выходе могла бы достичь температуры стенки цилиндра.
 [4]

При двустороннем облучении двухрядное расположение труб дает увеличение количества поглощенного тепла в 1 76: 1 32 1 33 раза по сравнению с однорядным, хотя число труб различается в 2 раза.
 [5]

При двустороннем облучении двухрядное расположение труб дает увеличение количества поглощенного тепла в 1 76: 1 32 1 33 раза по сравнению с однорядным, хотя число труб различается в 2 раза.
 [6]

Если бы менялась только одна из этих величин, го количество поглощенного тепла было бы приближенно пропорционально приращению соответствующей переменной; если же меняются сразу все три переменные, то по принципу наложения малых действий [ I, 68 ] полное приращение AQ будет равно сумме этих частных приращений.
 [7]

К Вен-стрему, устанавливается такая температура поверхности угля при которой количество поглощенного тепла в результате реак – ции СО2 с С равно подведенному из газового потока вследствие теплопроводности.
 [9]

Значение среднего углового коэффициента фср позволяет определить размер плоской поверхности, эквивалентной данной трубе по количеству поглощенного тепла.
 [10]

Значение среднего углового коэффициента рср позволяет определить размер плоской поверхности, эквивалентной данной трубе по количеству поглощенного тепла.
 [11]

Интенсивность тепловыделения увеличивается при повышении концентрации центров тепловыделения лишь до определенного предела, так как в дальнейшем ухудшаются условия подвода окислителя к этим центрам и создается большой химический недожог, изменяющий соотношение между количествами выделенного и поглощенного тепла, в результате чего снижается температура газов. С понижением температуры среды соответственно замедляются процессы как нагрева и сушки, так и выхода летучих и горения. Следовательно, при больших концентрациях частиц топлива и соответственно центров тепловыделения, особое значение приобретает смесеобразование ( подвод окислителя), которое при малых величинах избытка воздуха может быть интенсифицировано только путем развития турбулентности режима в камере.
 [12]

Для определения количества тепла Q, поглощенного телом во время процесса, разобьем его на бесконечно малые элементарные процессы, соответствующие бесконечно малым изменениям величин р, V, Т на Др, Д, Д7 Если бы менялась только одна из этих величин, то количество поглощенного тепла было бы приближенно пропорционально приращению соответствующей переменной; если же меняются сразу все три переменные, то по принципу наложения малых действий [1,68] полное приращение Д0 будет равно сумме этих частных приращений.
 [13]

Энтальпия, приобретенная веществом, покидающим трубку, равна энтальпии, приобретенной при повышении температуры бутана, сложенной с энтальпией, приобретенной благодаря химической реакции. При изобарическом процессе увеличение энтальпии равно количеству поглощенного тепла, и поэтому энтальпия отходящего газа должна быть равна общему количеству тепла, переданному стенками трубки реагирующему газу.
 [14]

Иногда производится регистрация излучений калориметрическим методом. Для этого различные вещества подвергают облучению и по количеству поглощенного тепла определяют дозу облучений. Доза излучений может быть измерена с помощью фотопластинок. Ее определяют по степени почернения пластинки, покрытой мелкозернистой фотоэмульсией. Показания датчиков поступают для регистрации на центральный дозиметрический пост.
 [15]

Страницы:  

   1

   2