ОСЕТЉИВА ТОПЛОТА: КОНЦЕПТ, ФОРМУЛЕ И РЕШЕНЕ ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Разуман топлота је топлотна енергија испоручује на објекат својим температура порасте. То је супротно од латентне топлоте, код које топлотна енергија не повећава температуру, већ подстиче промену фаза, на пример из чврсте у течну.

Пример појашњава концепт. Претпоставимо да имамо лонац воде на собној температури од 20 ° Ц. Када је поставимо на штедњак, испоручена топлота полако повећава температуру воде док не достигне 100 ° Ц (температура кључања воде на нивоу мора). Доведена топлота назива се разумна топлота.

Топлина која загрева руке је осетљива топлота. Извор: Пикабаи

Једном када вода достигне тачку кључања, топлота коју пламеник испоручује више не подиже температуру воде која остаје на 100 ° Ц. У овом случају се испоручена топлотна енергија улаже у испаравање воде. Доведена топлота је латентна јер није повисила температуру, већ је променила из течне у гасну фазу.

Експериментална је чињеница да је осећајна топлота неопходна за постизање одређене варијације температуре директно пропорционална тој варијацији и маси предмета.

Концепт и формуле

Примећено је да, осим масе и температурне разлике, осетљива топлота зависи и од материјала. Из тог разлога, константа пропорционалности између осећајне топлоте и продукта разлике масе и температуре назива се специфична топлота.

Количина осетљиве топлоте такође зависи од начина спровођења процеса. На пример, другачије је ако се процес изводи при константној запремини него при константном притиску.

Формула за осетљиву топлоту у изобарском процесу, то јест при константном притиску, јесте следећа:

К = цп м (Т ф - Т и)

У горњој једнаџби К је осетљива топлота која се доводи до објекта масе м, која је потакнула своју почетну температуру Т _и на крајњу вредност Тф. У претходној једнаџби такође се појављује цп, што је специфична топлота материјала при константном притиску, јер је поступак изведен на овај начин.

Имајте на уму и да је осећајна топлота позитивна када је апсорбује објект и проузрокује пораст температуре.

У случају да се топлота доводи до плина затвореног у чврстом контејнеру, процес ће бити изохорски, то јест у константној запремини; и разумна формула топлоте биће написана овако:

К = ц в. м. (Т ф - Т и)

Адијабатски коефицијент γ

Квоцијент између специфичне топлоте при константном притиску и специфичне топлоте у константном волумену за исти материјал или супстанцу назива се адијабатски коефицијент, који се углавном означава грчким словом гама γ.

Адијабатски коефицијент већи је од јединства. Топлина потребна да се температура једног грама подигне за један степен већа је у изобаричном процесу него у изохоријском.

То је зато што се у првом случају део топлоте користи за обављање механичких радова.

Поред специфичне топлоте обично се дефинише и топлотни капацитет тела. Ово је количина топлоте неопходна за подизање температуре тог тела за један степен Целзијуса.

Капацитет топлоте Ц

Капацитет топлоте означава се великим словом Ц, а специфична топлота малом ц. Однос између обе количине је:

Ц = ц⋅ м

Где је маса тела.

Такође се користи моларна специфична топлота која се дефинише као количина осећајне топлоте која је потребна за подизање температуре једног мола материје за један степен Целзијуса или Келвина.

Специфична топлота у чврстим материјама, течностима и гасовима

Моларна специфична топлота већине чврстих материја има вредност која је близу 3 пута Р, где је Р универзална константа гаса. Р = 8,314472 Ј / (мол *).

На пример, алуминијум има моларну специфичну топлоту 24,2 Ј / (мол ℃), бакар 24,5 Ј / (мол ℃), злато 25,4 Ј / (мол ℃) и меко гвожђе 25,1 Ј / (мол ℃). Имајте на уму да су ове вредности близу 3Р = 24,9 Ј / (мол ℃).

Супротно томе, за већину гасова моларна специфична топлота је близу н (Р / 2), где је н цео број, а Р је универзална константа гаса. Цели број н повезан је са бројем степени слободе молекула који чини гас.

На пример, у монатомном идеалном гасу, чији молекул има само три транслациона степена слободе, моларна специфична топлота при константном волумену је 3 (Р / 2). Али ако се ради о дијатомском идеалном гасу, постоје додатна два степена ротације, па је цв = 5 (Р / 2).

У идеалним гасовима држи се следећи однос између моларне специфичне топлоте при константном притиску и константне запремине: цп = цв + Р.

Вода заслужује посебну помену. У течном стању на 25 ℃, вода има цп = 4.1813 Ј / (г ℃), водена пара на 100 степени Целзијуса има цп = 2.080 Ј / (г ℃), а водени лед на нула степени Целзијуса има цп = 2.050 Ј / (г *).

Разлика са латентном топлином

Материја може бити у три стања: чврста, течна и гасна. За промену стања потребна је енергија, али свака супстанца на њу реагује на различит начин у складу са својим молекуларним и атомским карактеристикама.

Када се чврста твар топи или течност испарава, температура објекта остаје константна све док све честице не промене своје стање.

Из тог разлога, могуће је да је супстанца у равнотежи у две фазе: на пример, чврста - течна или течна - пара. Количина материје се може пребацити из једног у друго стање додавањем или уклањањем мало топлоте, а температура остаје фиксна.

Топлина која се испоручује материјалу узрокује да његове честице брже вибрирају и повећавају њихову кинетичку енергију. То се претвара у пораст температуре.

Могуће је да енергија коју стекну толико велика да се више не враћају у равнотежни положај и раздвајање међу њима се повећава. Када се то догоди температура се не повећава, али супстанца прелази из круте у течну или из течне у гасну.

Топлина потребна да се то догоди позната је као латентна топлота. Према томе, латентна топлота је топлота којом супстанца може да промени фазу.

Ево разлике у осетљивој топлоти. Супстанца која апсорбује осетљиву топлоту повећава температуру и остаје у истом стању.

Како израчунати латентну топлоту?

Латентна топлота се израчунава једначином:

Где Л може да буде специфична топлота испаравања или топлина фузије. Јединице Л су енергија / маса.

Научници су дали многобројна имена, зависно од врсте реакције у којој учествује. На пример, постоји топлота реакције, топлота сагоревања, топлота скрућивања, топлота раствора, топлота сублимације и многи други.

Вриједности многих ових врста топлоте за различите супстанце су табелиране.

Решене вежбе

Пример 1

Претпоставимо да има комад алуминијума масе 3 кг. У почетку је на 20 ° Ц и желите да повисите температуру на 100 ° Ц. Израчунајте потребну топлотну топлину.

Решење

Прво морамо знати специфичну топлоту алуминијума

цп = 0,897 Ј / (г ° Ц)

Тада ће бити потребна количина топлоте за загревање комада алуминијума

К = цпм (Тф - Ти) = 0,897 * 3000 * (100 - 20) Ј

К = 215 280 Ј

Пример 2

Израчунајте количину топлоте потребне за загревање 1 литра воде од 25 ° Ц до 100 ° Ц на нивоу мора. Резултат изразите и у килокалоријама.

Решење

Прво што треба запамтити је да 1 литар воде тежи 1 кг, односно 1000 грама.

К = цпм (Тф - Ти) = 4.1813 Ј / (г ℃) * 1000 г * (100 ℃ - 25 ℃) = 313597.5 Ј

Калорија је јединица енергије која се дефинише као осетљива топлота неопходна за подизање грама воде за један степен Целзијуса. Стога је 1 калорија једнака 4,1813 Јоуле.

К = 313597,5 Ј * (1 цал / 4.1813 Ј) = 75000 цал = 75 кцал.

Пример 3

Комад материјала од 360,16 грама се загрева са 37 140 на 140 ℃. Термичка енергија која се испоручује износи 1150 калорија.

Загревање узорка. Извор: селф маде.

Пронађите специфичну топлину материјала.

Решење

Специфичну топлоту можемо написати као функцију осетљиве топлоте, масе и варијације температуре према формули:

цп = К / (м ΔТ)

Замјеном података имамо сљедеће:

цп = 1150 цал / (360,16 г * (140 ℃ - 37 ℃)) = 0,0310 цал / (г ℃)

Али пошто је једна калорија једнака 4,1813 Ј, резултат се такође може изразити као

цп = 0,130 Ј / (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. Типпенс, П. 2011. Физика: појмови и апликације. 7тх. Ревидирано издање. МцГрав Хилл. 350 - 368.
4. Рек, А. 2011. Основе физике. Пеарсон. 309-332.
5. Сеарс, Земански. 2016. Универзитетска физика са савременом физиком. 14 ^-ог . Том1. 556-553.
6. Серваи, Р., Вулле, Ц. 2011. Основе физике. 9 ^на Ценгаге Леарнинг. 362-374.