Specifična toplina je energija potrebna za povećanje temperature od 1 grama čiste tvari za 1 °. Parametar ovisi o kemijskom sastavu i agregacijskom stanju: plinoviti, tekući ili čvrsti. Nakon njegovog otkrića započeo je novi krug u razvoju termodinamike, znanost o prolaznim energetskim procesima koji se odnose na toplinu i funkcioniranje sustava.
Obično, u proizvodnji se koriste specifična toplina i osnove termodinamike radijatori i sustavi dizajnirani za hlađenje automobila, kao i u kemiji, nuklearnom inženjerstvu i aerodinamici. Ako želite znati kako se izračunava specifična toplina, pogledajte predloženi članak.
Formula
Prije nastavka izravnog izračuna parametra, trebali biste se upoznati s formulom i njezinim komponentama.
Formula za izračunavanje specifične topline je sljedeća:
- c = Q / (m * ∆T)
Poznavanje veličina i njihovih simboličkih oznaka koje se koriste u izračunu izuzetno je važno. Međutim, potrebno je ne samo znati njihov vizualni izgled, već i jasno razumjeti značenje svakog od njih. Izračun specifičnog toplinskog kapaciteta tvari predstavljen je sljedećim komponentama:
ΔT je simbol koji znači postupnu promjenu temperature tvari. Znak "Δ" izgovara se delta.
ΔT se može izračunati pomoću formule:
ΔT = t2 - t1, gdje
- t1 - primarna temperatura;
- t2 je konačna temperatura nakon promjene.
m je masa tvari koja se koristi za zagrijavanje (gr).
Q - količina topline (J / J)
Na temelju Tsr mogu se izvesti druge jednadžbe:
- Q = m * cp * ΔT - količina topline;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - masa tvari;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - primarna temperatura;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - konačna temperatura.
Definicija i formula količine topline
Unutarnja energija termodinamičkog sustava može se mijenjati na dva načina:
- rad na sustavu,
- kroz toplinsku interakciju.
Prijenos topline na tijelo nije povezan s obavljanjem makroskopskog rada na tijelu. U ovom je slučaju promjena unutarnje energije uzrokovana činjenicom da pojedine molekule tijela s višom temperaturom rade na nekim molekulama tijela koje ima nižu temperaturu. U ovom se slučaju toplinska interakcija ostvaruje zbog toplinske vodljivosti. Prijenos energije je također moguć zračenjem. Sustav mikroskopskih procesa (koji nisu povezani s cijelim tijelom, već s pojedinačnim molekulama) naziva se prijenos topline. Količina energije koja se prenosi s jednog tijela na drugo kao rezultat prijenosa topline određuje se količinom topline koja se prenosi s jednog tijela na drugo.
Definicija
Toplina
naziva se energijom koju tijelo prima (ili odaje) u procesu izmjene topline s okolnim tijelima (okolinom). Toplina se označava, obično slovom Q.
To je jedna od osnovnih veličina u termodinamici. Toplina je uključena u matematičke izraze prvog i drugog principa termodinamike. Za toplinu se kaže da je energija u obliku molekularnog gibanja.
Toplina se može priopćiti sustavu (tijelu), ili se može oduzeti od njega. Vjeruje se da ako je toplina predana sustavu, tada je pozitivna.
Upute za izračunavanje parametra
Izračunati iz
tvar je vrlo jednostavna i da biste to učinili, morate slijediti ove korake:
- Uzmite formulu za izračun: Toplinski kapacitet = Q / (m * ∆T)
- Zapišite početne podatke.
- Uključite ih u formulu.
- Izračunajte i dobijte rezultat.
Kao primjer, izračunajmo nepoznatu tvar tešku 480 grama i temperaturu od 15 ° C, koja se kao rezultat zagrijavanja (35 tisuća J) povećala na 250 °.
Prema gore navedenim uputama izvršavamo sljedeće radnje:
Zapisujemo početne podatke:
- Q = 35 tisuća J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
Uzimamo formulu, zamjenjujemo vrijednosti i rješavamo:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tisuća J / (480 g * 235º) = 35 tisuća J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Količina topline
Količina topline je energija koju tijelo gubi ili dobiva tijekom prijenosa topline. To je jasno i iz naziva. Pri hlađenju tijelo će izgubiti određenu količinu topline, a zagrijavanjem će apsorbirati. I odgovori na naša pitanja pokazali su nam o čemu ovisi količina topline? Prvo, što je tjelesna masa veća, to se više toplote mora potrošiti na promjenu temperature za jedan stupanj. Drugo, količina topline potrebna za zagrijavanje tijela ovisi o tvari od koje se sastoji, odnosno o vrsti tvari. I treće, razlika u tjelesnim temperaturama prije i nakon prijenosa topline također je važna za naše proračune. Na temelju gore navedenog možemo odrediti količinu topline po formuli:
Q = cm (t_2-t_1),
gdje je Q količina topline, m masa tijela, (t_2-t_1) je razlika između početne i konačne temperature tijela, c je specifični toplinski kapacitet tvari, nalazi se iz odgovarajućih tablica .
Pomoću ove formule možete izračunati količinu topline koja je potrebna za zagrijavanje bilo kojeg tijela ili koju će to tijelo osloboditi kad se ohladi.
Količina topline mjeri se u džulima (1 J), kao i svaka vrsta energije. Međutim, ta je vrijednost uvedena ne tako davno, a ljudi su počeli mjeriti količinu topline mnogo ranije. I oni su koristili jedinicu koja se naširoko koristi u naše vrijeme - kaloriju (1 kal). 1 kalorija je količina topline potrebna za zagrijavanje 1 grama vode na 1 Celzijev stupanj. Vođeni tim podacima, oni koji vole brojati kalorije u pojedenoj hrani mogu, radi interesa, izračunati koliko litara vode može prokuhati s energijom koju tijekom dana konzumiraju s hranom.
Plaćanje
Izvršimo izračun CP
voda i kositar pod sljedećim uvjetima:
- m = 500 grama;
- t1 = 24 ° C i t2 = 80 ° C - za vodu;
- t1 = 20 ° C i t2 = 180 ° C - za kositar;
- Q = 28 tisuća J.
Za početak određujemo ΔT za vodu, odnosno kositar:
- ΔTv = t2 - t1 = 80–24 = 56 ° C
- ΔTo = t2 - t1 = 180-20 = 160ºC
Tada pronalazimo specifičnu toplinu:
- s = Q / (m * ΔTv) = 28 tisuća J / (500 g * 56 ° C) = 28 tisuća J / (28 tisuća g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 tisuća J / (500 g * 160 ° C) = 28 tisuća J / (80 tisuća g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Tako je specifična toplina vode bila 1 J / g * ºC, a kositra 0,35 J / g * ºC. Stoga možemo zaključiti da će se s jednakom vrijednošću isporučene topline od 28 tisuća J kositar zagrijavati brže od vode, budući da je njegov toplinski kapacitet manji.
Toplinski kapacitet ne posjeduju samo plinovi, tekućine i krute tvari, već i hrana.
Formula za izračunavanje topline pri promjeni temperature
Elementarna količina topline označit će se kao. Imajte na umu da toplinski element koji sustav prima (odustaje) s malom promjenom svog stanja nije potpuna razlika. Razlog tome je što je toplina funkcija procesa promjene stanja sustava.
Elementarna količina topline koja se prenosi u sustav, a temperatura se mijenja od T do T + dT, jednaka je:
gdje je C toplinski kapacitet tijela. Ako je razmatrano tijelo homogeno, tada se formula (1) za količinu topline može predstaviti kao:
gdje je specifična toplina tijela, m masa tijela, molarna toplina, molarna masa tvari i broj molova tvari.
Ako je tijelo homogeno, a toplinski kapacitet smatra se neovisnim o temperaturi, tada se količina topline () koju tijelo prima s povećanjem temperature za iznos može izračunati kao:
gdje je t2, t1 tjelesna temperatura prije i nakon zagrijavanja.Napominjemo da se temperature pri pronalaženju razlike () u izračunima mogu zamijeniti i u Celzijusu i u Kelvinima.
Kako izračunati toplinski kapacitet hrane
Prilikom izračunavanja energetskog kapaciteta jednadžba ima sljedeći oblik:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), pri čemu:
- w je količina vode u proizvodu;
- p je količina bjelančevina u proizvodu;
- f je postotak masti;
- c postotak ugljikohidrata;
- a postotak anorganskih komponenata.
Odredite toplinski kapacitet prerađenog krem sira Viola... Da bismo to učinili, iz sastava proizvoda (težina 140 grama) ispisujemo potrebne vrijednosti:
- voda - 35 g;
- proteini - 12,9 g;
- masti - 25,8 g;
- ugljikohidrati - 6,96 g;
- anorganske komponente - 21 g.
Tada nalazimo sa:
- c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8 ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
Što određuje količinu topline
Unutarnja energija tijela mijenja se prilikom obavljanja posla ili prijenosa topline. S pojavom prijenosa topline, unutarnja se energija prenosi provođenjem topline, konvekcijom ili zračenjem.
Svako tijelo, kada se zagrije ili ohladi (tijekom prijenosa topline), prima ili gubi određenu količinu energije. Na temelju toga uobičajeno je ovu količinu energije nazivati količinom topline.
Tako, količina topline je energija koju tijelo daje ili prima u procesu prijenosa topline.
Koliko je topline potrebno za zagrijavanje vode? Pomoću jednostavnog primjera možete shvatiti da su za zagrijavanje različitih količina vode potrebne različite količine topline. Recimo da uzmemo dvije epruvete s 1 litrom vode i 2 litre vode. U kojem je slučaju potrebno više topline? U drugom, gdje se u epruveti nalaze 2 litre vode. Za zagrijavanje druge cijevi trebat će više vremena ako ih zagrijemo istim izvorom vatre.
Dakle, količina topline ovisi o tjelesnoj težini. Što je masa veća, za zagrijavanje je potrebno više topline i, sukladno tome, tijelu treba više vremena da se ohladi.
O čemu još ovisi količina topline? Prirodno, iz temperaturne razlike između tijela. Ali to nije sve. Napokon, ako pokušamo zagrijati vodu ili mlijeko, trebat će nam različito vrijeme. Odnosno, ispada da količina topline ovisi o tvari od koje je tijelo sastavljeno.
Kao rezultat, ispada da količina topline koja je potrebna za zagrijavanje ili količina topline koja se oslobađa kada se tijelo ohladi ovisi o njegovoj masi, o promjenama temperature i o vrsti tvari koja čini tijelo.
Korisni savjeti
Uvijek zapamtite da:
- postupak zagrijavanja metala brži je od procesa vode, budući da jest CP
2,5 puta manje; - ako je moguće, pretvorite rezultate u viši poredak, ako to dopuštaju uvjeti;
- da biste provjerili rezultate, možete se poslužiti Internetom i potražiti izračunatu tvar;
- pod istim eksperimentalnim uvjetima uočit će se značajnije promjene temperature za materijale s niskom specifičnom toplinom.
Formula za količinu topline tijekom faznih prijelaza
Prijelaz iz jedne faze tvari u drugu prati apsorpcija ili oslobađanje određene količine topline, što se naziva toplinom faznog prijelaza.
Dakle, da bi element tvari prešao iz stanja krutine u tekućinu, treba mu reći količina topline () jednaka:
gdje je specifična toplina fuzije, dm je element tjelesne mase. Treba uzeti u obzir da tijelo mora imati temperaturu jednaku temperaturi taljenja razmatrane tvari. Tijekom kristalizacije oslobađa se toplina jednaka (4).
Količina topline (topline isparavanja) koja je potrebna za pretvaranje tekućine u paru može se naći kao:
gdje je r specifična toplina isparavanja. Kad se para kondenzira, toplina se oslobađa. Toplina isparavanja jednaka je toplini kondenzacije jednakih masa materije.
Kako izračunati količinu topline za zagrijavanje tijela
Primjerice, potrebno je izračunati količinu topline koju treba potrošiti kako bi se 3 kg vode zagrijalo s temperature od 15 ° C na temperaturu od 85 ° C. Znamo specifičnu toplinu vode, odnosno količinu energije koja je potrebna za zagrijavanje 1 kg vode za 1 stupanj. Odnosno, da biste saznali količinu topline u našem slučaju, morate pomnožiti specifični toplinski kapacitet vode s 3 i s brojem stupnjeva za koji trebate povećati temperaturu vode. Dakle, ovo je 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
U zagradi izračunavamo točan broj stupnjeva oduzimajući početno
Dakle, da bismo zagrijali 3 kg vode od 15 do 85 ° C, potrebno nam je 882 000 J količine topline.
Količina topline označena je slovom Q, formula za izračunavanje je sljedeća:
Q = c * m * (t2-t1).
Što je specifična toplina
Svaka tvar u prirodi ima svoja svojstva, a zagrijavanje svake pojedine tvari zahtijeva različitu količinu energije, t.j. količina topline.
Specifična toplina tvari Je li vrijednost jednaka količini topline koju treba prenijeti u tijelo mase 1 kilogram da bi se zagrijalo na temperaturu od 1 0C
Specifična toplina označena je slovom c i ima mjernu vrijednost J / kg *
Na primjer, specifični toplinski kapacitet vode je 4200 J / kg * 0C. Odnosno, ovo je količina topline koju treba prenijeti na 1 kg vode kako bi se zagrijala za 1 0C
Treba imati na umu da je specifični toplinski kapacitet tvari u različitim agregacijskim stanjima različit. Odnosno, za zagrijavanje leda za 1 ° C potrebna je drugačija količina topline
