TEPLO ABSORBUJE: VZORCE, JAK SE POČÍTÁ A ŘEŠENÁ CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Absorbované teplo je definován jako přenos energie mezi dvěma tělesy při různých teplotách. Ten s nižší teplotou absorbuje teplo toho s vyšší teplotou. Když k tomu dojde, zvyšuje se tepelná energie látky, která pohlcuje teplo, a částice, které ji tvoří, vibrují rychleji, čímž se zvyšuje jejich kinetická energie.

To může vést ke zvýšení teploty nebo ke změně stavu. Například přecházejte z pevné na kapalinu, jako je led, když se roztaví při kontaktu s vodou nebo sodou při pokojové teplotě.

Kovová lžíce pohlcuje teplo z horké kávy. Zdroj: Pixabay.

Díky teplu je také možné, aby předměty změnily své rozměry. Tepelná roztažnost je dobrým příkladem tohoto jevu. Když se zahřeje většina látek, mají tendenci se zvětšovat.

Výjimkou je voda. Stejné množství kapalné vody zvětšuje svůj objem, když ochlazuje pod 4 ° C. Kromě toho mohou změny teploty také zaznamenat změny v její hustotě, což je také velmi pozorovatelné v případě vody.

Z čeho se skládá a vzorce

V případě tranzitní energie jsou jednotkami absorbovaného tepla Joules. Na dlouhou dobu však teplo mělo své vlastní jednotky: kalorie.

I dnes se tato jednotka používá ke kvantifikaci energetického obsahu potravy, i když ve skutečnosti jedna dietní kalorie odpovídá jednomu kiloklorii tepla.

Kalorie

Kalorie, zkrácená na vápno, je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 gramu vody o 1 ° C.

V 19. století Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) provedl slavný experiment, ve kterém se mu podařilo transformovat mechanickou práci na teplo a získat následující ekvivalenci:

V britských jednotkách se jednotka tepla nazývá Btu (britská tepelná jednotka), která je definována jako množství tepla potřebné ke zvýšení teploty jedné libry vody o 1 ° F.

Ekvivalence mezi jednotkami je následující:

Problém s těmito staršími jednotkami je v tom, že množství tepla závisí na teplotě. To znamená, že ten, který je třeba při teplotě 70 ° C až 75 ° C, není stejný jako ten, který je třeba například pro ohřev vody z 9 ° C na 10 ° C.

Proto definice zahrnuje dobře definované rozsahy: od 14,5 do 15,5 ° C a 63 až 64 ° F pro kalorie a Btu.

Na čem závisí množství absorbovaného tepla?

Množství absorbovaného tepla, které materiál zachycuje, závisí na několika faktorech:

- Hmotnost. Čím větší je hmotnost, tím více tepla je schopen absorbovat.

- Vlastnosti látky. Existují látky, které v závislosti na své molekulární nebo atomové struktuře jsou schopny absorbovat více tepla než ostatní.

- Teplota. K dosažení vyšší teploty je třeba přidat více tepla.

Množství tepla označené Q je úměrné popsaným faktorům. Proto jej lze napsat jako:

Kde m je hmotnost předmětu, c je konstanta nazývaná měrné teplo, vnitřní vlastnost látky a A T je změna teploty dosažená absorpcí tepla.

Tento rozdíl má pozitivní znamení, protože při absorpci tepla se očekává, že _Tf > T _o. K tomu dochází, ledaže látka prochází fázovou změnou, jako je voda přecházející z kapaliny do páry. Když voda vaří, její teplota zůstává konstantní při přibližně 100 ° C, bez ohledu na to, jak rychle se vaří.

Jak to spočítat?

Umístěním dvou předmětů při různých teplotách do kontaktu oba po chvíli dosáhnou tepelné rovnováhy. Teploty se poté vyrovnají a přestane se přenášet teplo. Totéž se stane, pokud přijdou do kontaktu více než dva objekty. Po určité době budou všichni mít stejnou teplotu.

Za předpokladu, že objekty v kontaktu tvoří uzavřený systém, ze kterého nemůže teplo unikat, platí princip zachování energie, takže lze konstatovat, že:

Q _absorbed = - Q _createded

To představuje energetickou rovnováhu, podobnou bilanci příjmů a výdajů osoby. Z tohoto důvodu má přenášené teplo záporné znaménko, protože u objektu, který poskytuje, je konečná teplota nižší než počáteční teplota. Tím pádem:

Rovnice Q _absorbed = - Q _createded se používá vždy, když jsou dva objekty v kontaktu.

Energetická bilance

K provedení energetické bilance je nutné rozlišit předměty, které pohlcují teplo, od těch, které vydávají, a poté:

Σ Q _k = 0

To znamená, že součet energetických zisků a ztrát v uzavřeném systému se musí rovnat 0.

Specifické teplo látky

Pro výpočet množství absorbovaného tepla je nutné znát specifické teplo každé zúčastněné látky. Toto množství tepla je nutné ke zvýšení teploty 1 g materiálu o 1 ° C. Její jednotky v mezinárodním systému jsou: Joule / kg. K.

Existují tabulky se měrným teplem mnoha látek, obvykle se počítají pomocí kalorimetru nebo podobných nástrojů.

Příklad, jak vypočítat měrné teplo materiálu

Ke zvýšení teploty kovového prstence z 20 na 30 ° C je zapotřebí 250 kalorií. Má-li prstenec hmotnost 90 g. Jaké je specifické teplo kovu v jednotkách SI?

Řešení

Jednotky jsou převedeny jako první:

Q = 250 kalorií = 1046,5 J

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

Cvičení vyřešeno

Hliníkový kelímek obsahuje 225 g vody a 40 g měděného míchadla, vše při 27 ° C. Do vody se vloží 400 g vzorku stříbra při počáteční teplotě 87 ° C.

Míchadlo se používá k míchání směsi, dokud nedosáhne konečné rovnovážné teploty 32 ° C. Vypočítejte hmotnost hliníkového kelímku s ohledem na to, že nedochází k tepelným ztrátám do okolí.

Schéma kalorimetru. Zdroj: Solidswiki.

Přístup

Jak je uvedeno výše, je důležité rozlišovat mezi objekty, které se vzdávají tepla, od těch, které absorbují:

- Hliníkový kelímek, měděné míchadlo a voda absorbují teplo.

- Vzorek stříbra poskytuje teplo.

Data

Dodávají se specifické teplo každé látky:

Teplo absorbované nebo přenášené každou látkou se vypočítá pomocí rovnice:

Řešení

stříbrný

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

Měděné míchadlo

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

Voda

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

Hliníkový hrnek

Q _absorbováno = m _hliníku. 900 x (32 - 27) J = 4500 um _hliník

Využití:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 um _hliník = - (-5148)

Nakonec se vyčistí hmotnost hliníku:

m _hliník = 0,0803 kg = 80,3 g

Reference

1. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6 ^th. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: Pohled na svět. 6 ^ta Editace ve zkratce. Cengage Learning. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Základy fyziky. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitní fyzika s moderní fyzikou. 14 ^th. Hlasitost 1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Základy fyziky. 9 ^na Cengage Learning. 362 - 374