VÄRMEABSORBERAD: FORMLER, HUR MAN BERÄKNAR DET OCH LÖSTE ÖVNINGAR - FYSISK - 2025

Den absorberade värmen definieras som överföring av energi mellan två kroppar vid olika temperaturer. Den med en lägre temperatur absorberar värmen från den med en högre temperatur. När detta händer ökar den termiska energin i ämnet som absorberar värme, och partiklarna som komponerar det vibrerar snabbare, vilket höjer sin kinetiska energi.

Detta kan leda till en ökning av temperaturen eller en förändring av tillståndet. Gå till exempel från fast till vätska, som is när det smälter i kontakt med vatten eller läsk vid rumstemperatur.

Metallskeden absorberar värme från det varma kaffet. Källa: Pixabay.

Tack vare värmen är det också möjligt för föremål att ändra sina dimensioner. Termisk expansion är ett bra exempel på detta fenomen. När de flesta ämnen värms upp tenderar de att öka i storlek.

Ett undantag från detta är vatten. Samma mängd flytande vatten ökar volymen när den kyls under 4 ° C. Dessutom kan förändringar i temperatur också uppleva förändringar i densiteten, något också mycket observerbart i fallet med vatten.

Vad det består av och formler

När det gäller energi i transit är enheterna med absorberad värme Joules. Men under lång tid hade värme sina egna enheter: kalorin.

Även i dag används denna enhet för att kvantifiera energiinnehållet i livsmedel, även om en dietkalori i verkligheten motsvarar en kilokalori värme.

kalorier

Kalorin, förkortad som kalk, är den mängd värme som krävs för att höja temperaturen på 1 gram vatten med 1 ° C.

På 1800-talet genomförde Sir James Prescott Joule (1818 - 1889) ett berömt experiment där han lyckades förvandla mekaniskt arbete till värme, vilket fick följande ekvivalens:

I brittiska enheter kallas värmeenheten Btu (brittisk termisk enhet), som definieras som den mängd värme som behövs för att höja temperaturen på ett kilo vatten med 1 ºF.

Ekvivalensen mellan enheter är följande:

Problemet med dessa äldre enheter är att mängden värme beror på temperaturen. Det vill säga den som krävs för att gå från 70 ºC till 75 ºC är inte densamma som den som behövs för att värma vattnet från 9 ºC till 10 ºC, till exempel.

Därför överväger definitionen väl definierade intervall: från 14,5 till 15,5 ° C och 63 till 64 ° F för kalori respektive Btu.

Vad beror på mängden absorberad värme?

Mängden absorberat värme som ett material tar upp beror på flera faktorer:

- Mass. Ju större massa, desto mer värme kan den absorbera.

- Egenskaper för ämnet. Det finns ämnen som, beroende på deras molekylära eller atomära struktur, kan absorbera mer värme än andra.

- Temperatur. Att lägga till mer värme krävs för att få en högre temperatur.

Mängden värme, betecknad Q, är proportionell mot de beskrivna faktorerna. Därför kan det skrivas som:

Där m är föremålets massa, är c ​​en konstant som kallas specifik värme, substansens inre egenskap, och is T är den temperaturförändring som uppnås genom att absorbera värme.

Denna skillnad har ett positivt tecken, eftersom det vid upptagande av värme förväntas att T _f > T _o. Detta inträffar såvida inte ämnet genomgår en fasändring, till exempel vatten som går från vätska till ånga. När vatten kokar förblir temperaturen konstant vid ungefär 100 ° C, oavsett hur snabbt det kokar.

Hur beräknar jag det?

Genom att sätta två föremål vid olika temperaturer i kontakt når de båda efter en stund termisk jämvikt. Därefter utjämnas temperaturen och värmeöverföringen upphör. Samma sak händer om mer än två objekt kommer i kontakt. Efter en viss tid kommer de alla att ha samma temperatur.

Antagande att föremålen i kontakt bildar ett slutet system, från vilket värme inte kan undkomma, gäller principen om energibesparing, så det kan sägas att

Q _absorberad = - Q _gav

Detta representerar en energibalans, liknande den för en persons inkomster och utgifter. Av denna anledning har den överförda värmen ett negativt tecken, eftersom den slutliga temperaturen för objektet som ger sig är lägre än den initiala. Således:

Ekvationen Q _absorberad = - Q som _erhålls används när två objekt är i kontakt.

Energi balans

För att utföra energibalansen är det nödvändigt att skilja objekt som absorberar värme från de som ger, sedan:

Σ Q _k = 0

Det vill säga summan av energivinst och förluster i ett slutet system måste vara lika med 0.

Ett ämnes specifika värme

För att beräkna mängden absorberad värme är det nödvändigt att veta den specifika värmen för varje deltagande ämne. Detta är den mängd värme som krävs för att höja temperaturen på 1 g material med 1 ° C. Dess enheter i det internationella systemet är: Joule / kg. K.

Det finns tabeller med den specifika värmen för många ämnen, i allmänhet beräknade med hjälp av en kalorimeter eller liknande verktyg.

Ett exempel på hur man beräknar materialets specifika värme

250 kalorier krävs för att höja temperaturen på en metallring från 20 till 30 ºC. Om ringen har en massa på 90 g. Vad är den specifika värmen för metallen i SI-enheter?

Lösning

Enheter konverteras först:

Q = 250 kalorier = 1046,5 J

m = 90 g = 90 x ^10-3 kg

Träningen löst

En aluminiumkopp innehåller 225 g vatten och en 40 g kopparrörare, alla vid 27 ° C. Ett 400 g silverprov vid en initial temperatur på 87 ° C placeras i vattnet.

Omröraren används för att omröra blandningen tills den når sin slutliga jämviktstemperatur på 32 ° C. Beräkna massan på aluminiumkoppen med tanke på att det inte finns några värmeförluster för miljön.

Schematisk av en kalorimeter. Källa: Solidswiki.

Närma sig

Som nämnts ovan är det viktigt att skilja mellan föremål som avger värme från de som absorberar:

- Aluminiumkoppen, kopparröraren och vattnet absorberar värme.

- Silverprovet ger värme.

Data

De specifika värmarna för varje ämne tillhandahålls:

Den värme som absorberas eller överförts av varje substans beräknas med ekvationen:

Lösning

Silver

Q _gav = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32 - 87) J = -5148 J

Kopparrörare

Q _absorberad = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J

Vatten

Q _absorberad = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J

Aluminiummugg

Q _absorberad = m _aluminium . 900 x (32 - 27) J = 4500 m _aluminium

Användar:

Σ Q _k = 0

77,4 + 4709,25 + 4500 m _aluminium = - (-5148)

Slutligen rensas massan på aluminium:

m _aluminium = 0,0803 kg = 80,3 g

referenser

1. Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^{: e} . Ed Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: En titt på världen. 6 ^ta Redigering förkortad. Cengage Learning. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med modern fysik. 14 ^{: e} . Volym 1. 556-553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Cengage Learning. 362 - 374