PĀRNESTAIS SILTUMS: FORMULAS, KĀ TO APRĒĶINĀT, UN ATRISINĀTIE VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Pārnestais siltums ir enerģijas pārnešana starp diviem ķermeņiem dažādās temperatūrās. Tas, kura temperatūra ir augstāka, izsniedz siltumu tam, kam ir zemāka temperatūra. Neatkarīgi no tā, vai ķermenis atsakās vai absorbē siltumu, tā temperatūra vai fiziskais stāvoklis var mainīties atkarībā no tā materiāla masas un īpašībām, no kura tas ir izgatavots.

Labs piemērs ir tvaicējošā kafijas tasē. Metāla karote, ar kuru maisa cukuru, uzsilst. Ja tas tiek atstāts krūzē pietiekami ilgi, kafija un metāla karote galu galā izlīdzinās to temperatūru: kafija būs atdzisusi un karstumam būs pārnesta karote. Neliels siltums būs nokļuvis vidē, jo sistēma nav izolēta.

Pēc brīža kafija un karote nonāk termiskā līdzsvarā. Avots: Pixabay.

Temperatūrai kļūstot vienlīdzīgai, ir sasniegts termiskais līdzsvars.

Ja jūs izdarījāt to pašu pārbaudi ar plastmasas tējkaroti, tad noteikti pamanīsit, ka tā nesasilda tikpat ātri kā metāla, bet galu galā arī sabalansēs kafiju un visu ap to.

Tas ir tāpēc, ka metāls siltumu vada labāk nekā plastmasa. No otras puses, protams, kafija dod siltumu citādā tempā nekā karstā šokolāde vai cits dzēriens. Tātad katra objekta dotais vai absorbētais siltums ir atkarīgs no tā, no kāda materiāla vai vielas tas ir izgatavots.

Ko tas sastāv un formulas

Siltums vienmēr attiecas uz enerģijas plūsmu vai tranzītu starp vienu objektu un otru temperatūras atšķirību dēļ.

Tāpēc mēs runājam par nodoto vai absorbēto siltumu, jo, kaut kādā veidā pievienojot vai ekstrahējot siltumu vai enerģiju, ir iespējams mainīt elementa temperatūru.

Siltuma daudzumu, ko izdala karstākais objekts, parasti sauc par Q. Šī vērtība ir proporcionāla šī objekta masai. Ķermenis ar lielu masu spēj atdot vairāk siltuma nekā cits ar mazāku masu.

Temperatūras starpība

Vēl viens svarīgs faktors siltuma pārneses aprēķināšanā ir temperatūras starpība, ko piedzīvo objekts, kas nodod siltumu. To apzīmē ar Δ T un aprēķina šādi:

Visbeidzot, nodotā ​​siltuma daudzums ir atkarīgs arī no objekta rakstura un īpašībām, kas kvantitatīvi tiek apkopoti konstanti, ko sauc par materiāla īpatnējo siltumu, kas apzīmēts ar c.

Tātad visbeidzot pārnestā siltuma izteiksme ir šāda:

Padevību simbolizē negatīva zīme.

Vielas īpatnējā siltums un siltuma jauda

Īpatnējais siltums ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu 1 g vielas temperatūru par 1 ºC. Tas ir būtisks materiāla īpašums. Tās vienības Starptautiskajā sistēmā ir: Džouls / kg. K (džouls starp kilogramu x temperatūru Kelvina grādos).

Siltuma jauda C ir saistīts jēdziens, taču nedaudz atšķirīgs, jo tajā ir iesaistīta objekta masa. Siltuma ietilpību nosaka šādi:

Tās SI vienības ir Džouls / K. Tātad izdalīto siltumu var izteikt arī līdzvērtīgi kā:

Kā to aprēķināt?

Lai aprēķinātu objekta nodoto siltumu, jāzina:

- Vielas īpatnējais siltums, kas izdalās no karstuma.

- minētās vielas masa

- gala temperatūra, kas jāiegūst

Daudziem materiāliem noteiktās īpašās siltuma vērtības tika noteiktas eksperimentāli un ir pieejamas tabulās.

Kalorimetrija

Tagad, ja šī vērtība nav zināma, to ir iespējams iegūt ar termometra un ūdens palīdzību termiski izolētā traukā: kalorimetru. Šīs ierīces shēma ir parādīta attēlā, kas pievienots 1. vingrinājumam.

Vielas paraugu noteiktā temperatūrā iegremdē iepriekš izmērītā ūdens daudzumā. Mēra galīgo temperatūru un ar iegūtajām vērtībām nosaka materiāla īpatnējo siltumu.

Salīdzinot rezultātu ar tabulētajām vērtībām, var zināt, kāda tā ir viela. Šo procedūru sauc par kalorimetriju.

Siltuma bilanci veic, taupot enerģiju:

Q _ieguva + Q _{absorbēts = 0}

Atrisināti vingrinājumi

1. vingrinājums

0,35 kg vara gabals tiek ievests 150ºC temperatūrā 500 ml ūdens 25ºC temperatūrā.

a) galīgā līdzsvara temperatūra

b) Cik daudz siltuma plūst šajā procesā?

Dati

Pamata kalorimetra shēma: izolēts ūdens trauks un termometrs temperatūras izmaiņu mērīšanai. l Avots: Dr. Tilahun Tesfaye

Risinājums

a) Varš atsakās no siltuma, kamēr ūdens to absorbē. Tā kā sistēmu uzskata par slēgtu, siltuma bilancē iejaucas tikai ūdens un paraugs:

No otras puses, ir jāaprēķina 500 ml ūdens masa:

Ar šiem datiem tiek aprēķināta ūdens masa:

Tiek paaugstināts katras vielas siltuma vienādojums:

Rezultāts, kas mums ir:

Tas ir lineārs vienādojums ar vienu nezināmo, kura risinājums ir:

b) Plūstošais siltuma daudzums ir nodotais vai absorbētais siltums:

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

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

2. vingrinājums

100 g vara gabalu karsē krāsnī temperatūrā T _° un pēc tam ievieto 150 g vara kalorimetrā, kas satur 200 g ūdens 16 ° C temperatūrā. Vienreizējā līdzsvara stāvoklī temperatūra ir 38 ° C. º C. Nosverot kalorimetru un tā saturu, atklājas, ka iztvaikojuši 1,2 g ūdens.Cik bija sākotnējā temperatūra T _o ?

Risinājums

Šis vingrinājums atšķiras no iepriekšējā, jo jāņem vērā, ka kalorimetrs arī absorbē siltumu. Vara gabala izdalītais siltums tiek ieguldīts šādos apstākļos:

- Sildiet ūdeni kalorimetrā (200 g)

- Karsē varu, no kura izgatavots kalorimetrs (150 g)

- Iztvaicējiet 1,2 gramus ūdens (enerģija ir nepieciešama arī fāzes maiņai).

Tādējādi:

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

Varētu apsvērt arī siltumu, kas vajadzīgs, lai 1,2 g ūdens nonāktu līdz 100ºC, bet tas ir diezgan mazs daudzums, salīdzinot.

Atsauces

1. Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6 ^th . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fizika: skats uz pasauli. 6 ^ta Rediģēšana ir saīsināta. Cengage mācīšanās. 156.-164.
3. Rekss, A. 2011. Fizikas pamati. Pīrsons. 309-332.
4. Sīrs, Zemanskis. 2016. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14 ^th . Ed. 1. sējums. 556 - 553.
5. Servejs, R., Vulle, C. 2011. Fizikas pamati. 9 ^na Cengage mācīšanās.