ТОПЛИНА КОЈУ АПСОРБУЈЕ: ФОРМУЛЕ, КАКО ТО ИЗРАЧУНАТИ И РЕШЕНЕ ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Апсорбује топлоту се дефинише као пренос енергије између два тела на различитим температурама. Она која има нижу температуру апсорбује топлоту оне која има вишу температуру. Када се то догоди, топлотна енергија материје која апсорбује топлоту се повећава, а честице које је сачињавају брже вибрирају, повећавајући њихову кинетичку енергију.

То може довести до повећања температуре или промене стања. На пример, пређите из чврстог у течно, попут леда када се топи у додиру са водом или содом на собној температури.

Метална кашика апсорбује топлину из вруће кафе. Извор: Пикабаи.

Захваљујући топлоти, могуће је и да објекти измене своје димензије. Топлинска експанзија је добар пример ове појаве. Када се већина материја загрева, оне имају тенденцију повећања величине.

Изузетак је вода. Иста количина течне воде повећава запремину када се охлади испод 4 ° Ц. Поред тога, промене температуре могу такође доживети промене у његовој густини, што је такође врло уочљиво у случају воде.

Од чега се састоји и формуле

У случају енергије у транзиту, јединице апсорбоване топлоте су Јоулес. Међутим, дуго времена је топлота имала своје јединице: калоријске.

И данас се ова јединица користи за квантификацију енергетског садржаја хране, мада у стварности једна дијетална калорија одговара једној килокалорији топлоте.

Калорије

Калорија, скраћено вапно, је количина топлоте која је потребна да се температура од 1 грама воде подигне за 1 ° Ц.

У 19. веку, Сир Јамес Пресцотт Јоуле (1818 - 1889) извео је познати експеримент у коме је успео да механички рад претвори у топлину, добивши следећу еквивалентност:

У британским јединицама јединица топлоте назива се Бту (британска термална јединица), која се дефинише као количина топлоте која је потребна за подизање температуре једног килограма воде за 1 ° Ф.

Еквиваленција између јединица је следећа:

Проблем ових старијих јединица је што количина топлоте зависи од температуре. Односно, онај који треба да иде са 70 ° Ц на 75 ° Ц није исти као онај потребан за загревање воде, на пример од 9 ° Ц до 10 ° Ц.

Зато дефиниција разматра добро дефинисане границе: од 14,5 до 15,5 ° Ц и од 63 до 64 ° Ф за калоријске вредности и Бту.

Од чега зависи количина апсорбоване топлоте?

Количина апсорбоване топлоте коју материјал покупи зависи од више фактора:

- миса. Што је маса већа, то је више топлоте способно да апсорбује.

- Карактеристике твари. Постоје супстанце које могу, у зависности од своје молекуларне или атомске структуре, апсорбирати више топлоте од осталих.

- Температура. Додавање више топлоте је потребно за постизање веће температуре.

Количина топлоте, означена К, пропорционална је описаним факторима. Стога се може записати као:

Где је м маса објекта, ц је константа која се назива специфична топлота, својствено својство материје, а Δ Т је промена температуре постигнута апсорпцијом топлоте.

Ова разлика има позитиван предзнак, јер се при апсорпцији топлоте очекује да Т _ф > Т _о. То се догађа уколико супстанца не прође кроз фазне промјене, попут воде која иде из течности у испарење. Када вода кључа, њена температура остаје константна на приближно 100 ° Ц, без обзира на брзину кључања.

Како то израчунати?

Стављањем два објекта на различитим температурама у контакт, након неког времена оба достижу топлотну равнотежу. Температуре се тада изједначавају и престаје пренос топлоте. Исто се дешава ако више од два објекта дође у контакт. Након одређеног времена сви ће бити на истој температури.

Под претпоставком да објекти у контакту формирају затворени систем из кога топлота не може изаћи, примењује се принцип очувања енергије, па се може рећи да:

К _{апсорбирано} = - К _{приноси}

То представља енергетску биланцу, сличну оној у приходима и трошковима особе. Због тога пренесена топлота има негативан предзнак, јер је за објекат који попушта крајња температура нижа од почетне. Тако:

Једнаџба К _{апсорбирана} = - _{добијена} К се користи кад год су два објекта у контакту.

Енергетски биланс

Да бисте извршили енергетску равнотежу, потребно је разликовати објекте који апсорбирају топлоту од оних који дају, а затим:

Σ К _к = 0

Односно, зброј енергетских добитака и губитака у затвореном систему мора бити једнак 0.

Специфична топлота неке супстанце

За израчунавање количине апсорбоване топлоте потребно је знати специфичну топлоту сваке супстанце која учествује. Ово је количина топлоте која је потребна за подизање температуре 1 г материјала за 1ºЦ. Његове јединице у међународном систему су: Јоуле / кг. К.

Постоје табеле са специфичном топлином многих супстанци, која се обично израчунава помоћу калориметра или сличних алата.

Пример како се израчунава специфична топлота материјала

За подизање температуре металног прстена са 20 на 30 ºЦ потребно је 250 калорија. Ако је прстен масе 90 г. Колика је специфична топлота метала у СИ јединицама?

Решење

Јединице се прво претварају:

К = 250 калорија = 1046,5 Ј

м = 90 г = 90 к 10 ^-3 кг

Вежба решена

Алуминијска шоља садржи 225 г воде и бакарну мешалицу од 40 г, и све то на 27 ° Ц. Узорак сребра од 400 г на почетној температури од 87 ° Ц се ставља у воду.

Мешач се користи за мешање смеше све док не постигне своју коначну равнотежну температуру од 32 ° Ц. Израчунајте масу алуминијумске шоље узимајући у обзир да нема топлотних губитака у околини.

Шема калориметра. Извор: Солидсвики.

Приступ

Као што је горе наведено, важно је разликовати објекте који одишу топлину од оних који апсорбују:

- Алуминијумска чаша, бакарна мешалица и вода апсорбују топлоту.

- Узорак сребра даје топлоту.

Подаци

Специфична топлота сваке супстанце се обезбеђује:

Топлина коју апсорбује или преноси свака супстанца израчунава се помоћу једначине:

Решење

Сребро

К _принос = 400 к 10 ^-3 . 234 к (32 - 87) Ј = -5148 Ј

Бакрена мешалица

К _{апсорбирано} = 40 к 10 ^-3 . 387 к (32 - 27) Ј = 77,4 Ј

Вода

К _{апсорбирано} = 225 к 10 ^-3 . 4186 к (32 - 27) Ј = 4709,25 Ј

Алуминијска шоља

К _{апсорбује} = м _{алуминијума} . 900 к (32 - 27) Ј = 4500 мм _{алуминијума}

Коришћење:

Σ К _к = 0

77.4 + 4709.25 + 4500 .м _{алуминијум} = - (-5148)

Коначно, маса алуминијума се уклања:

м _{алуминијум} = 0,0803 кг = 80,3 г

Референце

1. Гианцоли, Д. 2006. Физика: принципи примјене. 6 ^-ог . Ед. Прентице Халл. 400 - 410.
2. Киркпатрицк, Л. 2007. Физика: поглед на свет. 6 ^та Уређивање скраћено. Ценгаге Леарнинг. 156-164.
3. Рек, А. 2011. Основе физике. Пеарсон. 309-332.
4. Сеарс, Земански. 2016. Универзитетска физика са савременом физиком. 14 ^-ог . Том1. 556-553.
5. Серваи, Р., Вулле, Ц. 2011. Основе физике. 9 ^на Ценгаге Леарнинг. 362 - 374