Specifični toplinski kapacitet: za što je namijenjen i koje je njegovo značenje?
Fizika i termalni fenomeni je prilično opsežan dio koji se temeljito proučava u školskom tečaju. Nije zadnje mjesto u ovoj teoriji dano određenim količinama. Prvi je specifični toplinski kapacitet.
Međutim, tumačenju riječi “specifično” obično se ne posvećuje dovoljno pozornosti. Studenti ga se jednostavno sjećaju kao dan. Što to znači?
Ako pogledate u Ozhegov rječnik, možete pročitati da je takva vrijednost definirana kao omjer. Štoviše, može se izvesti na masu, volumen ili energiju. Sve ove vrijednosti moraju se uzeti kao jednake. Odnos prema onome što je dano u određenoj toplini?
Na proizvod mase i temperature. Štoviše, njihove vrijednosti nužno moraju biti jednake. To znači da će broj 1 biti u razdjelniku, ali će njegova dimenzija kombinirati kilogram i stupanj Celzijusa. To se nužno uzima u obzir pri formuliranju definicije specifične topline, koja je data malo niže. Postoji i formula iz koje se može vidjeti da ove dvije vrijednosti stoje u nazivniku.
Što je to?
Specifična toplina tvari uvodi se u trenutku kada se razmatra situacija s njegovim zagrijavanjem. Bez nje nemoguće je znati koje količina topline (ili energija) morat će potrošiti na taj proces. I također izračunati njegovu vrijednost prilikom hlađenja tijela. Usput, ove dvije količine topline jednake su jedna drugoj u apsolutnoj vrijednosti. Ali oni imaju različite znakove. Dakle, u prvom slučaju, to je pozitivno, jer se energija mora potrošiti i prenositi na tijelo. Druga situacija hlađenja daje negativan broj jer se oslobađa toplina i unutarnja energija tijelo se smanjuje.
Ta fizička veličina označena je latiničnim slovom c. Definirana je kao određena količina topline potrebna za zagrijavanje jednog kilograma tvari za jedan stupanj. Tijekom školske fizike ovaj stupanj je onaj koji se uzima na skali Celzijusa.
Kako to brojiti?
Ako želite znati koji je specifični toplinski kapacitet, formula izgleda ovako:
c = Q / (m * (t 2 - t 1 )), gdje je Q količina topline, m je masa tvari, t 2 je temperatura koju je tijelo steklo kao rezultat izmjene topline, t 1 je početna temperatura tvari. To je formula broj 1.
Na temelju ove formule mjerna jedinica te veličine u međunarodnom sustavu jedinica (SI) je J / (kg * ºS).
Kako pronaći druge vrijednosti iz ove jednadžbe?
Prvo, količina topline. Formula će izgledati ovako: Q = c * m * (t 2 - t 1 ). Samo je potrebno zamijeniti vrijednosti u jedinicama uključenim u SI. To jest, masa u kilogramima, temperatura - u stupnjevima Celzijusa. To je formula broj 2.
Drugo, masa tvari koja hladi ili zagrijava. Formula za to će biti: m = Q / (c * (t 2 - t 1 )). Ovo je formula broj 3.
Treće, promjena temperature Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Znak "Δ" se čita kao "delta" i označava promjenu veličine, u ovom slučaju temperature. Formula broj 4.
Četvrto, početna i završna temperatura tvari. Formule koje vrijede za zagrijavanje tvari izgledaju ovako: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Te formule imaju br. 5 i 6. Ako se problem odnosi na hlađenje tvari, formule su: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m). Te formule su br. 7 i 8.
Koje vrijednosti može imati?
Eksperimentalno je utvrđeno koje vrijednosti ima za svaku određenu tvar. Stoga je stvorena posebna tablica specifične topline. Najčešće daje podatke koji vrijede pod normalnim uvjetima.
| supstanca | Specifična toplina, J / (kg * ºS) |
| aluminijum | 920 |
| voda | 4200 |
| grafit | 750 |
| željezo | 460 |
| zlato | 130 |
| mesing | 400 |
| led | 2100 |
| bakar | 400 |
| lim | 230 |
| voditi | 140 |
| čelik | 500 |
| laboratorijsko staklo | 840 |
| lijevano željezo | 540 |
Što je laboratorijski rad na mjerenju specifične topline?
U školskom tečaju fizike određuje se za solidnu. Štoviše, njegov toplinski kapacitet izračunat je zbog usporedbe s onim što je poznato. To se najlakše radi s vodom.
U procesu rada potrebno je izmjeriti početne temperature vode i zagrijane krute tvari. Zatim ga spustite u tekućinu i pričekajte toplinsku ravnotežu. Cijeli se pokus provodi u kalorimetru, tako da se gubitak energije može zanemariti.
Zatim morate napisati formulu količine topline koju voda dobiva kada se zagrijava od krutine. Drugi izraz opisuje energiju koju tijelo daje kada se ohladi. Ove dvije vrijednosti su jednake. Matematičkim izračunima ostaje da se odredi specifični toplinski kapacitet tvari koja čini krutinu.
Najčešće se predlaže da se usporedi s tabularnim vrijednostima kako bi se pokušalo pogoditi od koje je tvari izrađeno tijelo.
Problem broj 1
Stanje. Temperatura metala varira od 20 do 24 stupnja Celzija. Istodobno se njegova unutarnja energija povećala za 152 J. Što je specifični toplinski kapacitet metala, ako je njegova masa 100 grama?
Odluka. Da biste pronašli odgovor, trebate koristiti formulu napisanu pod brojem 1. Sve vrijednosti potrebne za izračune su. Samo prvo morate pretvoriti masu u kilograme, inače će odgovor biti pogrešan. Jer sve količine moraju biti takve da su prihvaćene u SI.
U jednom kilogramu od 1000 grama. Dakle, 100 grama treba podijeliti s 1000, ispada 0,1 kg.
Zamjena svih vrijednosti daje sljedeći izraz: c = 152 / (0.1 * (24 - 20)). Izračuni nisu osobito teški. Rezultat svih akcija je broj 380.
Odgovor: c = 380 J / (kg * ºS).
Problem broj 2
Stanje. Odredite konačnu temperaturu do koje će se voda od 5 litara ohladiti ako se uzme na 100 ºS i ispustite 1680 kJ topline u okoliš.
Odluka. Trebamo početi s činjenicom da se energija daje u ne-sustavnoj jedinici. Kilojoule treba prevesti u džul: 1680 kJ = 1680000 J.
Za traženje odgovora potrebno je upotrijebiti formulu broj 8. Međutim, masa se pojavljuje u njoj, ali u problemu je nepoznata. Ali s obzirom na količinu tekućine. Dakle, možete koristiti formulu poznatu kao m = ρ * V. Gustoća vode jednaka 1000 kg / m3. Ali ovdje treba zamijeniti volumen u kubnim metrima. Za prijenos iz litara potrebno je podijeliti ih na 1000. Tako je volumen vode 0,005 m 3 .
Zamjena vrijednosti u masenoj formuli daje sljedeći izraz: 1000 * 0.005 = 5 kg. Specifična toplina će trebati gledati u stol. Sada možete ići na formulu 8: t 2 = 100 + (1680000/4200 * 5).
Prva akcija trebala bi obaviti množenje: 4200 * 5. Rezultat je 21000. Drugi je podjela. 1680000: 21000 = 80. Posljednje je oduzimanje: 100 - 80 = 20.
Odgovor je. t 2 = 20 ºS.
Problem broj 3
Stanje. Čaša je teška 100 g. U nju se ulije 50 g vode. Početna temperatura vode sa staklom je 0 stupnjeva Celzija. Koliko topline je potrebno da bi voda dovela do ključanja?
Odluka. Trebali biste početi unosom odgovarajuće oznake. Neka podaci koji se odnose na staklo budu indeks 1, a voda - indeks 2. Specifične toplinske kapacitete treba naći u tablici. Čaša je izrađena od laboratorijskog stakla pa je njegova vrijednost 1 = 840 J / (kg * ºS). Podaci za vodu su sljedeći: s 2 = 4200 J / (kg * ºS).
Njihove mase su u gramima. Potrebno ih je prevesti u kilograme. Masa tih tvari označit će se kao: m 1 = 0,1 kg, m2 = 0,05 kg.
Početna temperatura je dana: t 1 = 0 ºS. Na kraju se zna da odgovara onoj u kojoj voda kipi. To je t 2 = 100 ºS.
Budući da se staklo zagrijava vodom, potrebna količina topline će se sastojati od dvije. Prvi, koji je potreban za zagrijavanje stakla (Q 1 ), a drugi, za grijanje vode (Q 2 ). Za njihov izraz bit će potrebna druga formula. Mora se zabilježiti dva puta s različitim indeksima, a zatim nadoknaditi njihovu sumu.
Ispada da je Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1 ) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1 ). Zajednički faktor (t 2 - t 1 ) može se izvući iz nosača tako da ga je lakše izračunati. Tada će formula koja će biti potrebna za izračunavanje količine topline izgledati ovako: Q = (s 1 * m 1 + s 2 * m 2 ) * (t 2 - t 1 ). Sada možete zamijeniti vrijednosti poznate u problemu i brojati rezultat.
Q = (840 * 0.1 + 4200 * 0.05) * (100-0) = (84 + 210) x 100 = 294 x 100 = 29400 (J).
Odgovor je. Q = 29400 J = 29,4 kJ.