ПРЕНОС ТОПЛОТЕ: ФОРМУЛЕ, КАКО ТО ИЗРАЧУНАТИ И РЕШЕНЕ ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Пренесена топлота је пренос енергије између два тела на различитим температурама. Онај са вишом температуром даје топлоту оном са нижом. Било да се тело одрекне или апсорбује топлоту, његова температура или физичко стање могу варирати овисно о маси и карактеристикама материјала од којег је направљено.

Добар пример је у испијању шољице кафе. Метална кашика којом се меша шећер греје. Ако остане у шалици довољно дуго, кафа и метална кашика завршит ће изједначавајући њихове температуре: кафа ће се охладити и топлота ће се пренети у кашику. Нешто топлоте ће проћи у околину, јер систем није изолован.

Кафа и кашика после неког времена буду у топлотној равнотежи. Извор: Пикабаи.

Како температуре постају једнаке, постигнута је и термичка равнотежа.

Ако сте направили исти тест с пластичном кашичицом, сигурно бисте примијетили да се она не загријава тако брзо као метална, али ће се на крају успоставити равнотежа с кафом и свиме око ње.

То је зато што метал проводи топлину боље од пластике. Са друге стране, кафа сигурно даје топлоту другачијом брзином од вруће чоколаде или другог напитка. Дакле, топлота коју сваки предмет даје или апсорбује зависи од материјала или супстанце од којих је направљена.

Од чега се састоји и формуле

Топлина се увек односи на проток или транзит енергије између једног и другог објекта, због разлике у температури.

Зато говоримо о топлоти која се преноси или апсорбује топлоту, јер додавањем или екстракцијом топлоте или енергије на неки начин могуће је изменити температуру неког елемента.

Количина топлоте коју најтоплији објекат одаје обично се назива К. Ова вредност је пропорционална маси тог објекта. Тело са великом масом може да одаје више топлоте од другог са нижом масом.

Температурна разлика

Други важан фактор у прорачуну преноса топлоте је разлика у температури коју доживљава објект који преноси топлину. Означен је као Δ Т и израчунава се на следећи начин:

Коначно, количина пренесене топлоте такође зависи од природе и карактеристика објекта, које се квантитативно сажимају у константу која се назива специфична топлота материјала, која се означава са ц.

На крају, израз за пренесену топлоту је следећи:

Чин предаје симболизован је негативним предзнаком.

Специфична топлота и топлотни капацитет неке супстанце

Специфична топлота је количина топлоте која је потребна за повећање температуре 1 г материје за 1 ° Ц. То је својствено својство материјала. Његове јединице у међународном систему су: Јоуле / кг. К (Јоуле између килограма к температуре у степени Келвина).

Капацитет топлотне енергије Ц је повезан концепт, али нешто другачији, будући да је маса предмета укључена. Топлотни капацитет је дефинисан на следећи начин:

Његове јединице СИ су Јоуле / К. Дакле, ослобођена топлота се такође може изразити еквивалентно као:

Како то израчунати?

Да би се израчунала топлота коју преноси неки предмет, потребно је знати следеће:

- Специфичну топлину материје која одаје топлоту.

- Маса поменуте материје

- Коначна температура коју треба да се добије

Специфичне топлотне вриједности за многе материјале одређене су експериментално и доступне су у табелама.

Калориметрија

Ако та вредност није позната, могуће је добити је помоћу термометра и воде у термички изолованој посуди: калориметру. Дијаграм овог уређаја приказан је на слици која прати вежбу 1.

Узорак материје је уроњен на одређену температуру у количини воде која је претходно измерена. Измерава се крајња температура и одређује се специфична топлота материјала са добијеним вредностима.

Упоређивањем резултата са табеларним вредностима може се знати која је супстанца. Овај поступак се назива калориметрија.

Топлотна равнотежа се врши очувањем енергије:

К _даје + К _{апсорбује = 0}

Решене вежбе

Вежба 1

Комад бакра од 0,35 кг уноси се на температури од 150 ° Ц у 500 мл воде при температури од 25 ° Ц.

а) Коначна температура равнотеже

б) Колико топлоте тече у овом процесу?

Подаци

Схема основног калориметра: изолована посуда са водом и термометар за мерење промена у температури. л Извор: Др Тилахун Тесфаие

Решење

а) Бакар одустаје од топлоте док га вода апсорбује. Како се систем сматра затвореним, само вода и узорак интервенишу у топлотном балансу:

С друге стране, потребно је израчунати масу од 500 мл воде:

Помоћу ових података израчунава се маса воде:

Повећана је једнаџба топлоте сваке супстанце:

Изједначавање резултата имамо:

То је линеарна једначина са једном непознатом, чије је решење:

б) Количина топлоте која тече је пренесена топлота или апсорбована топлота:

К _дало = - 134.75 (32.56 - 150) Ј = 15823 Ј

К _{апсорбује} = 2093 (32,56 - 25) Ј = 15823 Ј

Вежба 2

Комад бакра од 100 г загрева се у пећи на температури Т _°, а затим се смешта у калориметар од 150 г бакра који садржи 200 г воде на 16 ° Ц. Коначна равнотежа једном у равнотежи је 38 ° Ц. Када се одмери калориметар и његов садржај, установи се да је испаравало 1,2 г воде. Која је била почетна температура Т _о ?

Решење

Ова вежба се разликује од претходне, јер мора да се узме у обзир да калориметар такође апсорбује топлоту. Топлина коју ослобађа комад бакра улаже се у све следеће:

- загрејте воду у калориметру (200 г)

- Загрејати бакар од кога се прави калориметар (150 г)

- Испаравајте 1,2 грама воде (енергија је такође потребна за промену фаза).

Тако:

- 38.5. (38 - Т _о ) = 22397.3

Топлота која је потребна да би се 1,2 г воде подигло на 100 ° Ц такође се може узети у обзир, али то је прилично мала количина у поређењу.

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 . Ед. Свезак 1. 556 - 553.
5. Серваи, Р., Вулле, Ц. 2011. Основе физике. 9 ^на Ценгаге Леарнинг.