TEPLO PŘENÁŠENÉ: VZORCE, JAK JE SPOČÍTAT A VYŘEŠIT CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Přenesené teplo je přenos energie mezi dvěma těly při různých teplotách. Ten, který má vyšší teplotu, vzdává teplo ten, který má nižší teplotu. Ať už se tělo vzdá nebo absorbuje teplo, jeho teplota nebo fyzický stav se může lišit v závislosti na hmotnosti a vlastnostech materiálu, ze kterého je vyrobeno.

Dobrým příkladem je kouřící šálek kávy. Kovová lžíce, se kterou se cukr míchá, se zahřívá. Pokud je ponechán v šálku dostatečně dlouho, káva a kovová lžička skončí vyrovnávání jejich teploty: káva se ochladila a teplo se přeneslo do lžíce. Určité teplo bude procházet okolním prostředím, protože systém není izolován.

Káva a lžíce se po chvíli dostanou do tepelné rovnováhy. Zdroj: Pixabay.

Když se teploty vyrovnají, bylo dosaženo tepelné rovnováhy.

Pokud jste provedli stejný test s plastovou lžičkou, určitě byste si všimli, že se nezahřívá tak rychle jako kovová lžička, ale nakonec se také dostane do rovnováhy s kávou a vším kolem ní.

Je to proto, že kov vede teplo lépe než plast. Na druhou stranu káva jistě vydává teplo jinou rychlostí než horká čokoláda nebo jiný nápoj. Teplo, které jednotlivé předměty absorbují nebo absorbují, tedy závisí na materiálu nebo látce, ze které je vyroben.

Z čeho se skládá a vzorce

Teplo se vždy vztahuje k toku nebo přenosu energie mezi jedním objektem a druhým v důsledku rozdílu v teplotě.

To je důvod, proč mluvíme o přeneseném nebo absorbovaném teplu, protože přidáním nebo odebráním tepla nebo energie nějakým způsobem je možné upravit teplotu prvku.

Množství tepla, které nejteplejší objekt vydává, se obvykle nazývá Q. Tato hodnota je úměrná hmotnosti daného objektu. Tělo s velkou hmotou je schopno vzdát se více tepla než jiné s nižší hmotou.

Teplotní rozdíl

Dalším důležitým faktorem při výpočtu přenosu tepla je rozdíl teploty, ke kterému dochází u objektu přenášejícího teplo. Označuje se jako Δ T a počítá se takto:

Konečně množství přeneseného tepla také závisí na povaze a vlastnostech objektu, které jsou kvantitativně shrnuty v konstantě nazývané měrné teplo materiálu, označované jako c.

Konečně výraz pro přenesené teplo je následující:

Akt vzdání se symbolizuje záporné znaménko.

Specifické teplo a tepelná kapacita látky

Měrné teplo je množství tepla potřebné ke zvýšení teploty 1 g látky o 1 ° C. Je to vnitřní vlastnost materiálu. Její jednotky v mezinárodním systému jsou: Joule / kg. K (Joule mezi kilogramem a teplotou ve stupních Kelvin).

Tepelná kapacita C je propojený koncept, ale poněkud odlišný, protože se jedná o hmotnost objektu. Tepelná kapacita je definována takto:

Její jednotky SI jsou Joule / K. Uvolněné teplo lze tedy vyjádřit také jako:

Jak to spočítat?

Pro výpočet tepla přenášeného objektem je nutné znát následující:

- Specifické teplo látky, která se vzdává tepla.

- Hmotnost uvedené látky

- Konečná teplota, která má být získána

Specifické hodnoty tepla pro mnoho materiálů byly stanoveny experimentálně a jsou k dispozici v tabulkách.

Kalorimetrie

Pokud tato hodnota není známa, je možné ji získat pomocí teploměru a vody v tepelně izolované nádobě: kalorimetru. Schéma tohoto zařízení je znázorněno na obrázku, který doprovází cvičení 1.

Vzorek látky se ponoří při určité teplotě do množství vody, která byla předtím změřena. Konečná teplota se měří a měrné teplo materiálu se stanoví pomocí získaných hodnot.

Porovnáním výsledku s tabulkovými hodnotami lze zjistit, jaká je podstata. Tento postup se nazývá kalorimetrie.

Tepelná bilance se provádí pomocí úspory energie:

Q _poskytla + Q _{absorbovala = 0}

Řešená cvičení

Cvičení 1

Kousek mědi 0,35 kg se zavádí při teplotě 150 ° C v 500 ml vody při teplotě 25 ° C.

a) Konečná rovnovážná teplota

b) Kolik tepla proudí v tomto procesu?

Data

Schéma základního kalorimetru: izolovaná nádoba s vodou a teploměr pro měření změn teploty. l Zdroj: Dr. Tilahun Tesfaye

Řešení

a) Měď se vzdává tepla, zatímco ji voda absorbuje. Protože je systém považován za uzavřený, do tepelné bilance zasahuje pouze voda a vzorek:

Na druhou stranu je třeba vypočítat hmotnost 500 ml vody:

Na základě těchto údajů se vypočítá hmotnost vody:

Rovnice pro teplo v každé látce je zvýšena:

Porovnání výsledků, které máme:

Je to lineární rovnice s neznámou, jejíž řešení je:

b) Množství tepla, které protéká, je přenesené nebo absorbované teplo:

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

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

Cvičení 2

100 g mědi se zahřívá v peci na teplotu T _o a potom se umístí do 150 g měděného kalorimetru obsahujícího 200 g vody při 16 ° C. Konečná teplota jednou v rovnovážném stavu je 38 Při vážení kalorimetru a jeho obsahu se zjistí, že se odpařilo 1,2 g vody. Jaká byla počáteční teplota T _o ?

Řešení

Toto cvičení se liší od předchozího, protože je třeba vzít v úvahu, že kalorimetr také absorbuje teplo. Teplo uvolňované kusem mědi je investováno do všech následujících:

- Zahřejte vodu v kalorimetru (200 g)

- Zahřejte měď, ze které je kalorimetr vyroben (150 g)

- Odpařte 1,2 gramu vody (k fázové změně je zapotřebí energie).

Tím pádem:

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

Bylo také možné zvážit teplo potřebné k dosažení 1,2 g vody na 100 ° C, ale ve srovnání s tím je to poměrně malé množství.

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. Svazek 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Základy fyziky. 9 ^na Cengage Learning.