ŠILUMOS PERDAVIMAS: FORMULĖS, KAIP JĄ APSKAIČIUOTI, IR IŠSPRĘSTI PRATIMAI - FIZINIS - 2024

Perkelti šilumos yra energijos perdavimo tarp dviejų organų esant skirtingoms temperatūroms. Aukštesnės temperatūros šiluma atiduoda tą, kurios temperatūra žemesnė. Nesvarbu, ar kūnas atiduoda šilumą, ar ją sugeria, jo temperatūra ar fizinė būsena gali skirtis priklausomai nuo medžiagos, iš kurios jis pagamintas, masės ir savybių.

Geras pavyzdys yra garuojantis kavos puodelis. Metalinis šaukštas, su kuriuo maišomas cukrus, įkaista. Jei ji puodelyje paliekama pakankamai ilgai, kava ir metalinis šaukštas išlygins jų temperatūrą: kava bus atvėsusi ir į šaukštą bus pernešta šiluma. Dalis šilumos pateks į aplinką, nes sistema nėra izoliuota.

Kava ir šaukštas po kurio laiko būna šiluminėje pusiausvyroje. Šaltinis: „Pixabay“.

Temperatūrai išlyginant, buvo pasiekta šiluminė pusiausvyra.

Jei atliktumėte tą patį testą su plastikiniu šaukšteliu, tikrai pastebėtumėte, kad jis neįkaista taip greitai kaip metalinis, bet ilgainiui taip pat subalansuos kavą ir viską, kas joje yra.

Taip yra todėl, kad metalas praleidžia šilumą geriau nei plastikas. Kita vertus, neabejotinai kava išskiria šilumą kitokiu greičiu nei karštas šokoladas ar kitas gėrimas. Taigi kiekvieno objekto duota ar sugeriama šiluma priklauso nuo to, kokia medžiaga ar medžiaga yra pagaminta.

Iš ko ji susideda ir formulės

Šiluma visada reiškia energijos srautą ar tranzitą tarp vieno objekto ir kito dėl temperatūros skirtumo.

Štai kodėl mes kalbame apie perduodamą ar sugertą šilumą, nes pridedant ar išgaunant šilumą ar energiją tam tikru būdu galima pakeisti elemento temperatūrą.

Šilumos kiekis, kurį išskiria šilčiausias objektas, paprastai vadinamas Q. Ši vertė yra proporcinga to objekto masei. Kūnas, turintis didelę masę, gali atsisakyti daugiau šilumos nei kitas, kurio masė mažesnė.

Temperatūros skirtumas

Kitas svarbus šilumos perdavimo skaičiavimo veiksnys yra temperatūros skirtumas, kurį patiria objektas, perduodantis šilumą. Jis žymimas kaip Δ T ir apskaičiuojamas taip:

Galiausiai perduodamos šilumos kiekis taip pat priklauso nuo objekto pobūdžio ir savybių, kurios kiekybiškai apibendrinamos konstanta, vadinama savita medžiagos šiluma, žymima kaip c.

Taigi pagaliau perduodamos šilumos išraiška yra tokia:

Atsisakymo aktą simbolizuoja neigiamas ženklas.

Specifinė medžiagos šiluma ir šilumos talpa

Savitoji šiluma yra šilumos kiekis, reikalingas 1 g medžiagos temperatūrai pakelti 1 ºC. Tai yra būdinga medžiagos savybė. Jo vienetai tarptautinėje sistemoje yra: Džauliai / kg. K (džaulis tarp kilogramo x temperatūros, Kelvino laipsniais).

Šilumos talpa C yra susieta sąvoka, tačiau šiek tiek kitokia, nes joje dalyvauja objekto masė. Šilumos talpa apibūdinama taip:

Jo SI vienetai yra Džaulė / K. Taigi skleidžiama šiluma taip pat gali būti išreikšta taip:

Kaip tai apskaičiuoti?

Norint apskaičiuoti objekto perduodamą šilumą, reikia žinoti:

- Specifinė šiluma, kuri atiduoda šilumą.

- minėtos medžiagos masė

- galutinė temperatūra, kurią reikia gauti

Daugelio medžiagų specifinės šilumos vertės buvo nustatytos eksperimentiškai ir pateikiamos lentelėse.

Kalorimetrija

Dabar, jei ši reikšmė nežinoma, ją galima gauti termometro ir vandens pagalba termiškai izoliuotame inde: kalorimetre. Šio prietaiso schema parodyta paveiksle, pridedamame prie 1 pratimo.

Medžiagos bandinys tam tikroje temperatūroje panardinamas į anksčiau išmatuotą vandens kiekį. Išmatuojama galutinė temperatūra ir pagal gautas vertes nustatomas medžiagos savitasis šilumas.

Palyginus rezultatą su lentelių reikšmėmis, galima žinoti, kokia tai medžiaga. Ši procedūra vadinama kalorimetrija.

Šilumos balansas atliekamas taupant energiją:

Q _davė + Q _{absorbuota = 0}

Išspręsta mankšta

1 pratimas

Į 500 ml vandens 25ºC temperatūros 150ºC temperatūros įpilamas 0,35 kg vario gabalas.

a) galutinė pusiausvyros temperatūra

b) Kiek šilumos srautas patenka į šį procesą?

Duomenys

Pagrindinio kalorimetro schema: izoliuotas vandens indas ir termometras temperatūros pokyčiams matuoti. l Šaltinis: Dr. Tilahun Tesfaye

Sprendimas

a) Varis atiduoda šilumą, o vanduo jį sugeria. Kadangi sistema laikoma uždaryta, į šilumos balansą įsiterpia tik vanduo ir mėginys:

Kita vertus, reikia apskaičiuoti 500 ml vandens masę:

Remiantis šiais duomenimis, apskaičiuojama vandens masė:

Iškeliama kiekvienos medžiagos šilumos lygtis:

Prilygsta mūsų turimiems rezultatams:

Tai yra tiesinė lygtis su vienu nežinomu, kurio sprendimas yra:

b) tekančios šilumos kiekis yra perduodama arba sugeriama šiluma:

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

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

2 pratimas

100 g vario gabalo kaitinamas krosnyje temperatūroje T _o , tada įdedamas į 150 g vario kalorimetrą, kuriame yra 200 g vandens, esant 16 ºC. º C. Kai pasveriamas kalorimetras ir jo turinys, nustatyta, kad išgaravo 1,2 g vandens. Kokia buvo pradinė temperatūra _O ?

Sprendimas

Šis pratimas skiriasi nuo ankstesnio, nes reikia manyti, kad kalorimetras sugeria ir šilumą. Vario gabalo skleidžiama šiluma investuojama į visus šiuos dalykus:

- Šildykite vandenį kalorimetre (200 g)

- Šildykite varį, iš kurio pagamintas kalorimetras (150 g)

- Išgarinkite 1,2 gramo vandens (energija taip pat reikalinga fazei pakeisti).

Taigi:

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

Taip pat galėjo būti atsižvelgiama į šilumą, reikalingą 1,2 g vandens pritraukti iki 100ºC, tačiau, palyginti su tuo, tai gana mažai.

Nuorodos

1. Giancoli, D. 2006. Fizika: principai su taikymu. 6 ^-oji . Ed Prentice salė. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: žvilgsnis į pasaulį. 6 ^ta Taisymas sutrumpintas. „Cengage“ mokymasis. 156–164.
3. Rex, A. 2011. Fizikos pagrindai. Pearsonas. 309-332.
4. Searsas, Zemansky. 2016. Universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14 ^-oji . Red. Tomas 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fizikos pagrindai. 9 ^{na „} Cengage“ mokymasis.