SILTUMA JAUDA: FORMULAS, VIENĪBAS UN MĒRI - FIZISKĀ - 2025

Siltuma jauda no ķermeņa vai sistēmas, ir koeficients starp nodota minētajai ķermeni siltumenerģijas un temperatūras izmaiņām to pieredzi šajā procesā. Vēl viena precīzāka definīcija ir tā, ka tas attiecas uz to, cik daudz siltuma nepieciešams nodot ķermenim vai sistēmai, lai tā temperatūra paaugstinātos par vienu grādi pēc kelviniem.

Nepārtraukti notiek tā, ka karstākie ķermeņi izdala siltumu aukstākajiem ķermeņiem procesā, kas ilgst tik ilgi, kamēr starp diviem kontaktētajiem ķermeņiem ir atšķirīga temperatūra. Tad siltums ir enerģija, kas tiek pārnesta no vienas sistēmas uz otru ar vienkāršu faktu, ka starp abām ir atšķirīga temperatūra.

Pēc vienošanās pozitīvo siltumu (Q) definē kā siltumu, ko absorbē sistēma, un kā negatīvu siltumu, ko sistēma pārvada.

No visa iepriekš teiktā izriet, ka ne visi priekšmeti absorbē un saglabā siltumu tikpat viegli; tādējādi daži materiāli uzkarst vieglāk nekā citi.

Jāņem vērā, ka galu galā ķermeņa siltuma jauda ir atkarīga no tā rakstura un sastāva.

Formulas, vienības un mēri

Siltuma ietilpību var noteikt, izmantojot šādu izteiksmi:

C = dQ / dT

Ja temperatūras izmaiņas ir pietiekami mazas, iepriekšējo izteiksmi var vienkāršot un aizstāt ar šādu:

C = Q / ΔT

Tātad siltumietilpības mērvienība starptautiskajā sistēmā ir džouls uz kelvinu (J / K).

Siltuma jaudu var izmērīt pie pastāvīga spiediena C _p vai ar nemainīgu tilpumu C _v .

Īpašs karstums

Bieži vien sistēmas siltuma jauda ir atkarīga no vielas daudzuma vai masas. Šajā gadījumā, kad sistēmu veido viena viela ar viendabīgām īpašībām, ir nepieciešams īpatnējais siltums, ko sauc arī par īpatnējo siltuma jaudu (c).

Tādējādi masas īpatnējais siltums ir siltuma daudzums, kas jāpiegādā vielas masai, lai paaugstinātu tās temperatūru par vienu kelvinu grādu, un to var noteikt, izmantojot šādu izteiksmi:

c = Q / m ΔT

Šajā vienādojumā m ir vielas masa. Tāpēc īpatnējā siltuma mērvienība šajā gadījumā ir džoule uz kilogramu uz kelvinu (J / kg K) vai arī džoule uz gramu uz kelvinu (J / g K).

Līdzīgi molārs īpatnējais siltums ir siltuma daudzums, kas jāpiegādā vielas molam, lai paaugstinātu tās temperatūru par vienu kelvinu grādu. Un to var noteikt pēc šādas izteiksmes:

Šajā izteiksmē n ir vielas molu skaits. Tas nozīmē, ka īpatnējā siltuma mērvienība šajā gadījumā ir džouls uz mola uz kelvinu (J / mol K).

Ūdens īpatnējais siltums

Daudzu vielu īpatnējais uzsildījums ir aprēķināts un viegli pieejams tabulās. Ūdens īpatnējā siltuma vērtība šķidrā stāvoklī ir 1000 kalorijas / kg K = 4186 J / kg K. Tieši pretēji, ūdens īpatnējais siltums gāzveida stāvoklī ir 2080 J / kg K un cietā stāvoklī 2050 J / kg K.

Siltuma pārvade

Tādā veidā un ņemot vērā to, ka lielākajai daļai vielu īpašās vērtības jau ir aprēķinātas, ir iespējams noteikt siltuma pārnesi starp diviem ķermeņiem vai sistēmām ar šādiem izteicieniem:

Q = cm ΔT

Vai arī, ja tiek izmantots molārs īpatnējais siltums:

Q = cn ΔT

Jāņem vērā, ka šie izteicieni ļauj noteikt siltuma plūsmas ar nosacījumu, ka nemainās stāvoklis.

Stāvokļa maiņas procesos mēs runājam par latento karstumu (L), kas tiek definēts kā enerģija, kas nepieciešama vielas daudzumam, lai mainītu fāzi vai stāvokli vai nu no cietas uz šķidrumu (saplūšanas siltums, L _f ) vai no šķidruma līdz gāzveida (iztvaikošanas siltums, L _v ).

Jāņem vērā, ka šāda siltumenerģijas enerģija tiek pilnībā patērēta fāzes maiņā un neatceļ temperatūras izmaiņas. Šādos gadījumos siltuma plūsmas aprēķināšanai iztvaikošanas izteiksmē ir šādas izteiksmes:

Q = L _v m

Ja tiek izmantots molārs īpatnējais siltums: Q = L _v n

Kodolsintēzes procesā: Q = L _f m

Ja tiek izmantots molārs īpatnējais siltums: Q = L _f n

Kopumā, tāpat kā īpatnējā siltumā, vairuma vielu latentais uzsildījums jau ir aprēķināts un ir viegli pieejams tabulās. Tā, piemēram, ūdens gadījumā jums:

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

Piemērs

Ūdens gadījumā, ja 1 kg sasaldēta ūdens (ledus) masu karsē no -25 ° C līdz 125 ° C (ūdens tvaiki), procesā patērēto siltumu aprēķina šādi: :

1. posms

Ledus no -25 ºC līdz 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. posms

Stāvokļa maiņa no ledus uz šķidru ūdeni.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

3. posms

Šķidrs ūdens no 0ºC līdz 100ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

4. posms

Stāvokļa maiņa no šķidra ūdens uz ūdens tvaiku.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

5. posms

Ūdens tvaiki no 100ºC līdz 125ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Tādējādi kopējais siltuma plūsma procesā ir summa, kas rodas katrā no pieciem posmiem, un rezultāts ir 31112850 J.

Atsauces

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizikas 1. sējums. Cecsa.
2. Laiders, Keita, J. (1993). Oxford University Press, red. Fizikālās ķīmijas pasaule.Siltuma jauda. (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 20. martā no vietnes en.wikipedia.org.
3. Slēptais karstums. (nd). Vikipēdijā. Iegūts 2018. gada 20. martā no vietnes en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Būtiskā zinātnes vārdnīca. Barnes un dižciltīgās grāmatas.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fizikālā ķīmija, (pirmais izdevums 1978), devītais izdevums, 2010, Oxford University Press, Oxford UK.