- Od čega se sastoji i formula
- Temperaturna razlika
- Specifični toplinski i toplinski kapacitet tvari
- Kako to izračunati?
- Kalorimetrija
- Riješene vježbe
- Vježba 1
- Podaci
- Riješenje
- Vježba 2
- Riješenje
- Reference
Toplina prenesena je prijenos energije između dva tijela na različitim temperaturama. Onaj s višom temperaturom daje toplinu, a onaj s nižom temperaturom. Bilo da se tijelo odrekne ili apsorbira toplinu, njegova temperatura ili fizičko stanje mogu varirati ovisno o masi i karakteristikama materijala od kojeg je izrađeno.
Dobar primjer je šalica kave na pari. Metalna žlica s kojom se miješa šećer zagrijava. Ako u šalici ostane dovoljno dugo, kava i metalna žlica završit će izjednačavanjem njihovih temperatura: kava će se ohladiti i žlica će dati toplinu. Nešto topline će proći u okoliš jer sustav nije izoliran.
Kava i kašika nakon nekog vremena dolaze u toplinsku ravnotežu. Izvor: Pixabay.
Kako temperature postaju jednake, postignuta je toplinska ravnoteža.
Ako ste isti test napravili s plastičnom žličicom, sigurno biste primijetili da se ona ne zagrijava tako brzo kao metalna, ali da će s vremenom također doći u ravnotežu s kavom i svime oko nje.
To je zato što metal provodi toplinu bolje od plastike. S druge strane, zasigurno kava daje toplinu drugačijom brzinom od vruće čokolade ili drugog napitka. Dakle, toplina koju svaki predmet daje ili apsorbira ovisi od materijala ili tvari od kojih je načinjena.
Od čega se sastoji i formula
Toplina se uvijek odnosi na protok ili tranzit energije između jednog objekta i drugog, zbog razlike u temperaturi.
Zato govorimo o prenesenoj toplini ili apsorbiranoj toplini, jer dodavanjem ili ekstrahiranjem topline ili energije na neki način moguće je mijenjati temperaturu nekog elementa.
Količina topline koju najtopliji predmet odaje obično se naziva Q. Ta je vrijednost proporcionalna masi tog predmeta. Tijelo s velikom masom može se odavati više topline od onog drugog s nižom masom.
Temperaturna razlika
Drugi važan čimbenik izračunavanja prijenosa topline je razlika u temperaturi koju doživljava objekt koji prenosi toplinu. Označen je kao Δ T i izračunava se na sljedeći način:
Konačno, količina prenesene topline ovisi i o prirodi i karakteristikama objekta, koje se kvantitativno sažimaju u konstantu koja se naziva specifična toplina materijala, označena kao c.
Na kraju, izraz za prenesenu toplinu je sljedeći:
Čin predaje simboliziran je negativnim predznakom.
Specifični toplinski i toplinski kapacitet tvari
Specifična toplina je količina topline koja je potrebna za povećanje temperature 1 g tvari za 1 ° C. To je unutarnje svojstvo materijala. Njegove jedinice u Međunarodnom sustavu su: Joule / kg. K (Joule između kilograma x temperature u stupnjevima Kelvina).
Kapacitet topline C povezan je pojam, ali nešto drugačije, budući da se radi o masi objekta. Toplinski kapacitet je definiran na sljedeći način:
Njegove jedinice SI su Joule / K. Dakle, oslobođena toplina može se izraziti jednako:
Kako to izračunati?
Za proračun topline koju neki objekt prenosi, potrebno je znati sljedeće:
- Specifičnu toplinu tvari koja daje toplinu.
- Masa navedene tvari
- Konačna temperatura koju treba dobiti
Specifične toplinske vrijednosti za mnoge materijale određene su eksperimentalno i dostupne su u tablicama.
Kalorimetrija
Ako ta vrijednost nije poznata, moguće ju je dobiti uz pomoć termometra i vode u termički izoliranom spremniku: kalorimetru. Dijagram ovog uređaja prikazan je na slici koja prati vježbu 1.
Uzorak tvari je uronjen na određenu temperaturu u količini vode koja je prethodno izmjerena. Izmjerava se krajnja temperatura i određuje se specifična toplina materijala s dobivenim vrijednostima.
Usporedbom rezultata s tabličnim vrijednostima može se znati koja je tvar. Taj se postupak naziva kalorimetrija.
Ravnoteža topline provodi se očuvanjem energije:
Q daje + Q apsorbirao = 0
Riješene vježbe
Vježba 1
Komad bakra od 0,35 kg unosi se pri temperaturi od 150 ° C u 500 ml vode pri temperaturi od 25 ° C.
a) Konačna temperatura ravnoteže
b) Koliko topline teče u tom procesu?
Podaci
Shema osnovnog kalorimetra: izolirana posuda za vodu i termometar za mjerenje promjena temperature. l Izvor: Dr Tilahun Tesfaye
Riješenje
a) Bakar odustaje od topline dok ga voda apsorbira. Budući da se sustav smatra zatvorenim, samo voda i uzorak interveniraju u toplinskoj ravnoteži:
S druge strane, potrebno je izračunati masu od 500 ml vode:
S ovim podacima izračunava se masa vode:
Povećana je jednadžba topline u svakoj tvari:
Izjednačavanje rezultata imamo:
To je linearna jednadžba s jednom nepoznanicom, čije je rješenje:
b) Količina topline koja teče je prenesena toplina ili apsorbirana toplina:
Q daje = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J
Q apsorbirano = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J
Vježba 2
Komad bakra od 100 g zagrijava se u peći na temperaturi T °, a zatim se stavi u kalorimetar od 150 g bakra koji sadrži 200 g vode pri 16 ° C. Konačna ravnoteža jednom u ravnoteži je 38 º C. Kada se kalorimetar i njegov sadržaj izvaže, ustanovljeno je da je isparilo 1,2 g vode. Koja je bila početna temperatura T o ?
Riješenje
Ova se vježba razlikuje od prethodne jer treba uzeti u obzir da kalorimetar također apsorbira toplinu. Toplina koju ispušta komad bakra ulaže se u sve sljedeće:
- Zagrijte vodu u kalorimetru (200 g)
- Zagrijte bakar od kojeg se izrađuje kalorimetar (150 g)
- Isparavajte 1,2 grama vode (potrebna je i energija za promjenu faza).
Tako:
- 38.5. (38 - T o) = 22397,3
Toplina koja je potrebna da se 1,2 g vode dovede do 100 ° C također se može uzeti u obzir, ali to je prilično mala količina u usporedbi.
Reference
- Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela s primjenama. 6. st. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: pogled na svijet. 6 ta Uređivanje skraćeno. Cengage Learning. 156-164.
- Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 309-332.
- Sears, Zemanski. 2016. Sveučilišna fizika s modernom fizikom. 14. st. Ed. Svezak 1. 556 - 553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Osnove fizike. 9 na Cengage Learning.