- Nó bao gồm những gì và công thức
- Calo
- Nhiệt lượng bị hấp thụ phụ thuộc vào điều gì?
- Làm thế nào để tính toán nó?
- Cân bằng năng lượng
- Nhiệt dung riêng của một chất
- Ví dụ về cách tính nhiệt dung riêng của vật liệu
- Bài tập đã giải quyết
- Tiếp cận
- Dữ liệu
- Giải pháp
- Bạc
- Máy khuấy đồng
- Nước
- Cốc nhôm
- Người giới thiệu
Các nhiệt hấp thụ được định nghĩa là việc chuyển giao năng lượng giữa hai cơ quan ở nhiệt độ khác nhau. Vật có nhiệt độ thấp hơn thì hấp thụ nhiệt của vật có nhiệt độ cao hơn. Khi điều này xảy ra, nhiệt năng của chất hấp thụ nhiệt tăng lên và các hạt tạo nên nó dao động nhanh hơn, làm tăng động năng của chúng.
Điều này có thể dẫn đến tăng nhiệt độ hoặc thay đổi trạng thái. Ví dụ, chuyển từ thể rắn sang thể lỏng, như đá khi nó tan chảy khi tiếp xúc với nước hoặc soda ở nhiệt độ phòng.
Thìa kim loại hấp thụ nhiệt từ cà phê nóng. Nguồn: Pixabay.
Nhờ nhiệt mà vật có thể thay đổi kích thước của chúng. Sự nở vì nhiệt là một ví dụ điển hình cho hiện tượng này. Khi hầu hết các chất bị nung nóng, chúng có xu hướng tăng kích thước.
Một ngoại lệ cho điều này là nước. Cùng một lượng nước lỏng thì thể tích của nó sẽ tăng lên khi nó lạnh đi dưới 4ºC. Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ cũng có thể làm thay đổi tỷ trọng của nó, một điều cũng rất dễ quan sát trong trường hợp nước.
Nó bao gồm những gì và công thức
Trong trường hợp năng lượng chuyển tiếp, đơn vị của nhiệt hấp thụ là Joules. Tuy nhiên, trong một thời gian dài, nhiệt lượng có đơn vị riêng của nó: calo.
Thậm chí ngày nay, đơn vị này còn được sử dụng để định lượng hàm lượng năng lượng của thực phẩm, mặc dù trong thực tế, một calo trong khẩu phần tương ứng với một kilocalo nhiệt.
Calo
Calo, viết tắt là vôi, là nhiệt lượng cần thiết để tăng nhiệt độ của 1 gam nước thêm 1ºC.
Vào thế kỷ 19, Ngài James Prescott Joule (1818 - 1889) đã thực hiện một thí nghiệm nổi tiếng, trong đó ông đã biến đổi công cơ học thành nhiệt, thu được giá trị tương đương sau:
Theo đơn vị của Anh, đơn vị nhiệt được gọi là Btu (đơn vị nhiệt của Anh), được định nghĩa là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một pound nước thêm 1ºF.
Sự tương đương giữa các đơn vị như sau:
Vấn đề với những đơn vị cũ này là lượng nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ. Có nghĩa là, một yêu cầu để đi từ 70ºC đến 75ºC không giống như yêu cầu để làm nóng nước từ 9ºC đến 10ºC, chẳng hạn.
Đó là lý do tại sao định nghĩa này dựa trên phạm vi được xác định rõ ràng: từ 14,5 đến 15,5 ° C và 63 đến 64 ° F cho calo và Btu tương ứng.
Nhiệt lượng bị hấp thụ phụ thuộc vào điều gì?
Lượng nhiệt hấp thụ mà vật liệu thu nhận phụ thuộc vào một số yếu tố:
- Khối lượng. Khối lượng càng lớn thì khả năng hấp thụ nhiệt càng nhiều.
- Đặc điểm của chất. Có những chất tùy theo cấu tạo phân tử hay nguyên tử mà có khả năng hấp thụ nhiệt nhiều hơn những chất khác.
- Nhiệt độ. Cần thêm nhiều nhiệt để có được nhiệt độ cao hơn.
Lượng nhiệt, ký hiệu là Q, tỷ lệ với các yếu tố được mô tả. Do đó, nó có thể được viết là:
Trong đó m là khối lượng của vật, c là hằng số được gọi là nhiệt dung riêng, tính chất bên trong của chất và Δ T là biến thiên nhiệt độ do hấp thụ nhiệt.
Sự khác biệt này có một dấu hiệu tích cực, vì khi hấp thụ nhiệt, người ta mong đợi rằng T f > T o. Điều này xảy ra trừ khi chất đang trải qua một sự thay đổi pha, chẳng hạn như nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi. Khi nước sôi, nhiệt độ của nó không đổi ở khoảng 100ºC, bất kể nó sôi nhanh đến mức nào.
Làm thế nào để tính toán nó?
Khi cho hai vật ở nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau thì sau một thời gian cả hai đều đạt trạng thái cân bằng nhiệt. Sau đó nhiệt độ cân bằng và quá trình truyền nhiệt chấm dứt. Điều tương tự cũng xảy ra nếu có nhiều hơn hai đối tượng tiếp xúc. Sau một thời gian nhất định, tất cả chúng sẽ ở cùng một nhiệt độ.
Giả sử các vật tiếp xúc với nhau tạo thành một hệ kín, nhiệt không thoát ra được thì áp dụng nguyên tắc bảo toàn cơ năng, do đó có thể phát biểu rằng:
Q hấp thụ = - Q mang lại
Điều này thể hiện sự cân bằng năng lượng, tương tự như thu nhập và chi phí của một người. Vì lý do này, nhiệt lượng được truyền có dấu âm, vì đối với vật sinh ra, nhiệt độ cuối cùng thấp hơn nhiệt độ ban đầu. Như vậy:
Phương trình Q hấp thụ = - Q nhường suất được sử dụng khi hai vật tiếp xúc.
Cân bằng năng lượng
Để thực hiện cân bằng năng lượng, cần phân biệt vật hấp thụ nhiệt với vật nhường năng lượng, sau đó:
Σ Q k = 0
Tức là tổng năng lượng thu được và tổn thất trong một hệ thống kín phải bằng 0.
Nhiệt dung riêng của một chất
Để tính nhiệt lượng bị hấp thụ cần biết nhiệt dung riêng của từng chất tham gia. Đây là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ của 1 g vật liệu thêm 1ºC. Đơn vị của nó trong Hệ thống quốc tế là: Joule / kg. K
Có các bảng với nhiệt dung riêng của nhiều chất, thường được tính bằng nhiệt lượng kế hoặc các dụng cụ tương tự.
Ví dụ về cách tính nhiệt dung riêng của vật liệu
Cần 250 calo để tăng nhiệt độ của vòng kim loại từ 20 đến 30 ºC. Nếu chiếc nhẫn có khối lượng 90 g. Nhiệt dung riêng của kim loại tính theo đơn vị SI là bao nhiêu?
Giải pháp
Các đơn vị được chuyển đổi đầu tiên:
Q = 250 calo = 1046,5 J
m = 90 g = 90 x 10 -3 kg
Bài tập đã giải quyết
Một cốc nhôm chứa 225 g nước và một que khuấy bằng đồng nặng 40 g, tất cả đều ở 27 ° C. Cho 400 g mẫu bạc ở nhiệt độ ban đầu 87 ° C vào nước.
Máy khuấy được sử dụng để khuấy hỗn hợp cho đến khi nó đạt đến nhiệt độ cân bằng cuối cùng là 32 ° C. Tính khối lượng của cốc nhôm, coi rằng không có tổn thất nhiệt ra môi trường.
Sơ đồ của một nhiệt lượng kế. Nguồn: Solidswiki.
Tiếp cận
Như đã nêu ở trên, điều quan trọng là phải phân biệt giữa các vật toả nhiệt với những vật hấp thụ:
- Chén nhôm, cánh khuấy bằng đồng và nước hấp thụ nhiệt.
- Mẫu bạc sinh nhiệt.
Dữ liệu
Các nhiệt cụ thể của từng chất được cung cấp:
Nhiệt lượng mà mỗi chất hấp thụ hoặc truyền đi được tính theo công thức:
Giải pháp
Bạc
Q thu được = 400 x 10 -3 . 234 x (32 - 87) J = -5148 J
Máy khuấy đồng
Q bị hấp thụ = 40 x 10 -3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J
Nước
Q bị hấp thụ = 225 x 10 -3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J
Cốc nhôm
Q bị hấp thụ = m nhôm . 900 x (32 - 27) J = 4500 .m nhôm
Sử dụng:
Σ Q k = 0
77,4 + 4709,25 + 4500 .m nhôm = - (-5148)
Cuối cùng khối lượng của nhôm được xóa:
m nhôm = 0,0803 kg = 80,3 g
Người giới thiệu
- Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 ngày . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Vật lý: Cái nhìn về thế giới. 6 ta Viết tắt Chỉnh sửa. Học tập Cengage. 156-164.
- Rex, A. 2011. Cơ bản của Vật lý. Lề. 309-332.
- Sears, Zemansky. 2016. Vật lý Đại học với Vật lý hiện đại. 14 thứ . Khối lượng 1. 556-553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Cơ bản về Vật lý. 9 na Cengage Learning. 362 - 374