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

Den överförda värmen är överföring av energi mellan två kroppar vid olika temperaturer. Den med högre temperatur ger upp värme till den med lägre temperatur. Oavsett om en kropp ger upp eller absorberar värme, kan dess temperatur eller fysiska tillstånd variera beroende på massan och egenskaperna hos materialet från vilket det är tillverkat.

Ett bra exempel är i en ångande kopp kaffe. Metallskeden som sockret rörs om värms upp. Om det lämnas i koppen tillräckligt länge, kommer kaffe och en metallsked att hamna i utjämningen av deras temperaturer: kaffet har svalnat och värmen har överförts till skeden. Viss värme kommer att ha gått in i miljön eftersom systemet inte är isolerat.

Kaffe och sked kommer att vara i termisk jämvikt efter ett tag. Källa: Pixabay.

När temperaturen blir lika har termisk jämvikt uppnåtts.

Om du gjorde samma test med en plasttesk, skulle du säkert märka att den inte värms upp så snabbt som metallen, men den kommer så småningom att komma i balans med kaffet och allt däromkring.

Detta beror på att metall leder värme bättre än plast. Å andra sidan ger kaffe säkert värme i en annan takt än varm choklad eller annan dryck. Så värmen som ges eller absorberas av varje objekt beror på vilket material eller ämne den är gjord av.

Vad det består av och formler

Värme avser alltid flödet eller transiteringen av energi mellan ett objekt och ett annat på grund av skillnaden i temperatur.

Det är därför vi talar om värmeöverförd eller värmeabsorberad, eftersom det genom att lägga till eller utvinna värme eller energi på något sätt är det möjligt att ändra temperaturen på ett element.

Mängden värme som det hetaste objektet avger kallas vanligtvis Q. Detta värde är proportionellt mot objektets massa. En kropp med en stor massa kan ge upp mer värme än en annan med en lägre massa.

Temperaturskillnad

En annan viktig faktor för beräkning av värmeöverföring är skillnaden i temperatur som upplevs av objektet som överför värme. Det betecknas som Δ T och beräknas enligt följande:

Slutligen beror mängden överförd värme också på objektets art och egenskaper, som sammanfattas kvantitativt i en konstant som kallas materialets specifika värme, benämnd c.

Så slutligen är uttrycket för den överförda värmen följande:

Handlingen att ge efter symboliseras av ett negativt tecken.

Speciell värme och värmekapacitet för ett ämne

Speciell värme är den mängd värme som krävs för att höja temperaturen på 1 g ämne med 1 ºC. Det är en egen egenskap hos materialet. Dess enheter i det internationella systemet är: Joule / kg. K (Joule mellan kilogram x temperatur i grader Kelvin).

Värmekapaciteten C är ett länkat koncept, men något annorlunda eftersom objektets massa är involverad. Värmekapaciteten definieras enligt följande:

Dess SI-enheter är Joule / K. Så den frigjorda värmen kan också uttryckas lika mycket som:

Hur beräknar jag det?

För att beräkna värmen som överförs av ett objekt är det nödvändigt att veta följande:

- Den specifika värmen på ämnet som ger upp värme.

- Massan av nämnda ämne

- Den slutliga temperaturen som ska erhållas

Specifika värmevärden för många material har bestämts experimentellt och finns tillgängliga i tabeller.

Calorimetry

Om detta värde inte är känt är det möjligt att få det med hjälp av en termometer och vatten i en värmeisolerad behållare: kalorimetern. Ett diagram över denna enhet visas i figuren som följer med övning 1.

Ett prov av ämnet nedsänks vid en viss temperatur i en mängd vatten som tidigare har uppmättts. Den slutliga temperaturen mäts och materialets specifika värme bestäms med de erhållna värdena.

Genom att jämföra resultatet med de tabellerade värdena kan man veta vilket ämne det är. Denna procedur kallas kalorimetri.

Värmebalansen utförs genom att spara energi:

Q _gav + Q _{absorberat = 0}

Lösta övningar

Övning 1

En koppar 0,35 kg koppar införs vid en temperatur av 150 ° C i 500 ml vatten vid en temperatur av 25 ° C.

a) Den slutliga jämviktstemperaturen

b) Hur mycket värme flödar i denna process?

Data

Schematisk för en baskalorimeter: en isolerad behållare med vatten och en termometer för att mäta temperaturförändringar. l Källa: Dr. Tilahun Tesfaye

Lösning

a) Koppar ger upp värme medan vatten absorberar det. Eftersom systemet betraktas som stängt, ingriper bara vattnet och provet i värmebalansen:

Å andra sidan krävs det att beräkna massan på 500 ml vatten:

Med dessa data beräknas vattnets massa:

Ekvationen för värmen i varje substans höjs:

Jämföra de resultat vi har:

Det är en linjär ekvation med en okänd, vars lösning är:

b) Mängden värme som rinner är den värme som överförs eller den värme som absorberas:

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

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

Övning 2

Ett 100 g kopparvärme upphettas i en ugn vid en temperatur _TO och placeras sedan i en 150 g kopparkalorimeter innehållande 200 g vatten vid 16 ° C. Den slutliga temperaturen en gång i jämvikt är 38 º C. När kalorimetern och dess innehåll vägs, konstaterades att 1,2 g vatten har förångats. Vad var den initiala temperaturen T _o ?

Lösning

Denna övning skiljer sig från den föregående, eftersom det måste beaktas att kalorimetern också tar upp värme. Värmen som frigörs av kopparstycket investeras i alla följande:

- Värm vattnet i kalorimetern (200 g)

- Värm koppar från vilken kalorimetern är gjord (150 g)

- Förånga 1,2 gram vatten (energi behövs också för en fasbyte).

Således:

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

Värmen som behövs för att föra 1,2 g vatten upp till 100 ° C kunde också ha övervägt, men det är en ganska liten mängd i jämförelse.

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} . Utg. Volym 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Cengage Learning.