ŠILUMOS TALPA: FORMULĖS, VIENETAI IR MATAI - FIZINIS - 2024

Šiluminė talpa nuo kūno ar sistemos yra tarp perduota šiai įstaigai šilumos energijos ir temperatūros pokyčių jis patiria tame procese dalmuo. Kitas tikslesnis apibrėžimas yra tas, kad jis nurodo, kiek šilumos reikia perduoti kūnui ar sistemai, kad jo temperatūra padidėtų vienu kelvino laipsniu.

Visada atsitinka taip, kad šilčiausi kūnai atiduoda šilumą šaltesniems kūnams proceso metu, trunkančio tol, kol skiriasi dviejų liečiamų kūnų temperatūra. Tada šiluma yra energija, kuri perduodama iš vienos sistemos į kitą paprastu faktu, kad tarp dviejų yra skirtinga temperatūra.

Pagal susitarimą teigiama šiluma (Q) yra apibrėžiama kaip ta, kurią sugeria sistema, ir kaip neigiama šiluma, kurią perduoda sistema.

Iš to, kas pasakyta, matyti, kad ne visi daiktai sugeria ir sulaiko šilumą vienodai lengvai; taigi kai kurios medžiagos įkaista labiau nei kitos.

Reikėtų atsižvelgti į tai, kad kūno šiluminė galia priklauso nuo jo pobūdžio ir sudėties.

Formulės, vienetai ir matai

Šilumos talpą galima nustatyti pradedant šia išraiška:

C = dQ / dT

Jei temperatūros pokytis yra pakankamai mažas, ankstesnę išraišką galima supaprastinti ir pakeisti taip:

C = Q / ΔT

Taigi, šiluminės galios matavimo vienetas tarptautinėje sistemoje yra džaulis kelvinui (J / K).

Šilumos talpa gali būti matuojama esant pastoviam slėgiui C _p arba pastoviam tūriui C _v .

Savitoji šiluma

Dažnai sistemos šilumos talpa priklauso nuo jos medžiagos kiekio ar masės. Tokiu atveju, kai sistemą sudaro vieninga medžiaga, pasižyminti homogeninėmis savybėmis, reikalinga savitoji šiluma, dar vadinama savitąja šilumos talpa (c).

Taigi, savitoji masės šiluma yra šilumos kiekis, kuris turi būti tiekiamas medžiagos vieneto masei, kad jos temperatūra padidėtų vienu kelvino laipsniu, ir kurią galima nustatyti pagal šią išraišką:

c = Q / m ΔT

Šioje lygtyje m yra medžiagos masė. Todėl specifinės šilumos matavimo vienetas šiuo atveju yra džaulis kilogramui kelvino (J / kg K) arba taip pat džaulis vienam gramui vienam kelvinui (J / g K).

Panašiai molinė savitoji šiluma yra šilumos kiekis, kuris turi būti tiekiamas medžiagos moliui, kad jos temperatūra padidėtų vienu kelvino laipsniu. Tai galima nustatyti pagal šią išraišką:

Šioje išraiškoje n yra medžiagos molių skaičius. Tai reiškia, kad savitosios šilumos matavimo vienetas šiuo atveju yra džaulis moliui / kelvinui (J / mol K).

Savitoji vandens šiluma

Specifinis daugelio medžiagų kaitinimas yra apskaičiuojamas ir lengvai prieinamas lentelėse. Skystosios vandens savitosios šilumos vertė yra 1000 kalorijų / kg K = 4186 J / kg K. Atvirkščiai, vandens savitoji šiluma dujinėje būsenoje yra 2080 J / kg K, o kietoje būsenoje - 2050 J /. kg K.

Šilumos perdavimas

Tokiu būdu ir atsižvelgiant į tai, kad didžiosios daugumos medžiagų specifinės vertės jau buvo apskaičiuotos, galima nustatyti šilumos perdavimą tarp dviejų kūnų ar sistemų, naudojant šias išraiškas:

Q = cm ΔT

Arba, jei naudojama molinė savitoji šiluma:

Q = cn ΔT

Reikėtų atsižvelgti į tai, kad šios išraiškos leidžia nustatyti šilumos srautus, jei nepakinta būsena.

Būsenos kaitos procesuose mes kalbame apie latentinę šilumą (L), kuri yra apibrėžiama kaip energija, reikalinga medžiagos kiekiui, norint pakeisti fazę ar būseną iš kietos į skystą (lydymosi šiluma, L _f ). arba nuo skysto iki dujinio (garinimo šiluma, L _v ).

Reikia atsižvelgti į tai, kad tokia šilumos energija sunaudojama keičiantis fazei ir nekeičia temperatūros pokyčių. Tokiais atvejais apskaičiuojami šilumos srautai garinimo proceso metu:

Q = L _v m

Jei naudojama savitoji molinė šiluma: Q = L _v n

Lydymosi procese: Q = L _f m

Jei naudojama molinė savitoji šiluma: Q = L _f n

Apskritai, kaip ir specifinės šilumos atveju, daugumos medžiagų latentinis įkaitimas jau yra apskaičiuotas ir lengvai prieinamas lentelėse. Taigi, pavyzdžiui, vandens atveju jūs turite:

L _f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) 0 ° C temperatūroje; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) 100 ° C temperatūroje.

Pavyzdys

Vandeniui, jei 1 kg masės užšaldytas vanduo (ledas) kaitinamas nuo -25 ºC iki 125 ºC (vandens garų), proceso metu sunaudota šiluma būtų apskaičiuojama taip: :

1 etapas

Ledas nuo -25 ºC iki 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2 etapas

Būsenos pasikeitimas iš ledo į skystą vandenį.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

3 etapas

Skystas vanduo nuo 0ºC iki 100ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

4 etapas

Būsenos pasikeitimas iš skysto vandens į vandens garus.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

5 etapas

Vandens garai nuo 100ºC iki 125ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Taigi, bendras šilumos srautas procese yra kiekviename iš penkių etapų susidarančio šilumos suma ir gaunama 31112850 J.

Nuorodos

1. „Resnik“, „Halliday & Krane“ (2002). Fizikos 1 tomas. Cecsa.
2. Laideris, Keith, J. (1993). „Oxford University Press“, red. Fizikinės chemijos pasaulis.Šilumos talpa. (nd). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Kovo 20 d. Iš en.wikipedia.org.
3. Latentinis karštis. (nd). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Kovo 20 d. Iš en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Esminis mokslo žodynas. „Barnes & Noble Books“.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fizinė chemija (pirmasis leidimas 1978 m.), Devintasis leidimas, 2010 m., „Oxford University Press“, Oksfordas, JK.