Savitoji šiluma yra energija, reikalinga 1 gramo grynos medžiagos temperatūrai padidinti 1 °. Parametras priklauso nuo jo cheminės sudėties ir agregacijos būsenos: dujinio, skysto ar kieto. Po jo atradimo prasidėjo naujas termodinamikos raidos mokslas apie trumpalaikius energijos procesus, susijusius su sistemos šiluma ir veikimu.
Paprastai gaminant naudojama specifinė šiluma ir termodinamikos pagrindai radiatoriai ir sistemos, skirti aušinti automobilius, taip pat chemijos, branduolinės inžinerijos ir aerodinamikos srityse. Jei norite sužinoti, kaip apskaičiuojama specifinė šiluma, peržiūrėkite siūlomą straipsnį.
Formulė
Prieš pradėdami tiesiogiai apskaičiuoti parametrą, turėtumėte susipažinti su formule ir jos komponentais.
Savitos šilumos skaičiavimo formulė yra tokia:
- c = Q / (m * ∆T)
Nepaprastai svarbu žinoti skaičiavimuose naudojamus kiekius ir jų simbolinius žymėjimus. Tačiau būtina ne tik žinoti jų vizualinę išvaizdą, bet ir aiškiai suprasti kiekvieno iš jų prasmę. Apskaičiuojant medžiagos savitąją šiluminę galią pateikiami šie komponentai:
ΔT yra simbolis, reiškiantis laipsnišką medžiagos temperatūros pokytį. "Δ" simbolis yra tariamas delta.
ΔT galima apskaičiuoti pagal formulę:
ΔT = t2 - t1, kur
- t1 - pirminė temperatūra;
- t2 yra galutinė temperatūra pasikeitus.
m yra medžiagos, naudojamos šildymui, masė (gr).
Q - šilumos kiekis (J / J)
Remiantis Tsr, galima gauti kitas lygtis:
- Q = m * cp * ΔT - šilumos kiekis;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - medžiagos masė;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - pirminė temperatūra;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - galutinė temperatūra.
Šilumos kiekio apibrėžimas ir formulė
Termodinaminės sistemos vidinę energiją galima pakeisti dviem būdais:
- dirbdamas sistemoje,
- per šiluminę sąveiką.
Šilumos perdavimas kūnui nėra susijęs su makroskopinio kūno atlikimo darbu. Šiuo atveju vidinės energijos pokytį lemia tai, kad atskiros kūno temperatūros, turinčios aukštesnę temperatūrą, dirba su kai kuriomis kūno molekulėmis, kurių temperatūra yra žemesnė. Šiuo atveju šiluminė sąveika realizuojama dėl šilumos laidumo. Energija gali būti perduodama ir radiacijos būdu. Mikroskopinių procesų sistema (susijusi ne su visu kūnu, o su atskiromis molekulėmis) vadinama šilumos perdavimu. Energijos kiekį, kuris perduodamas iš vieno kūno į kitą dėl šilumos perdavimo, lemia šilumos kiekis, kuris perduodamas iš vieno kūno į kitą.
Apibrėžimas
Šiluma
vadinama energija, kurią organizmas gauna (arba atiduoda) šilumos mainų su aplinkiniais kūnais (aplinka) procese. Šiluma nurodoma paprastai Q raide.
Tai yra vienas iš pagrindinių termodinamikos dydžių. Šiluma įtraukiama į pirmojo ir antrojo termodinamikos principų matematines išraiškas. Sakoma, kad šiluma yra energija molekulinio judėjimo pavidalu.
Šiluma gali būti perduodama sistemai (kūnui) arba gali būti atimta iš jos. Manoma, kad jei sistemai suteikiama šiluma, tai ji yra teigiama.
Parametro apskaičiavimo instrukcijos
Apskaičiuoti nuo
medžiaga yra gana paprasta ir norint tai padaryti, turite atlikti šiuos veiksmus:
- Paimkite skaičiavimo formulę: Šilumos talpa = Q / (m * ∆T)
- Parašykite pradinius duomenis.
- Prijunkite juos prie formulės.
- Apskaičiuokite ir gaukite rezultatą.
Apskaičiuokime nežinomą medžiagą, sveriančią 480 gramų ir turinčią 15ºC temperatūrą, kuri dėl kaitinimo (35 tūkst. J) padidėjo iki 250º.
Pagal aukščiau pateiktas instrukcijas atliekame šiuos veiksmus:
Mes išrašome pradinius duomenis:
- Q = 35 tūkstančiai J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Mes paimame formulę, pakeičiame reikšmes ir išsprendžiame:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tūkstančiai J / (480 g * 235º) = 35 tūkstančiai J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Šilumos kiekis
Šilumos kiekis yra energija, kurią kūnas praranda arba įgyja perduodamas šilumą. Tai aišku ir iš pavadinimo. Vėsindamas kūnas neteks tam tikro šilumos kiekio, o kaitinamas sugers. Ir atsakymai į mūsų klausimus mums parodė nuo ko priklauso šilumos kiekis? Pirma, kuo didesnė kūno masė, tuo daugiau šilumos reikia išleisti keičiant jos temperatūrą vienu laipsniu. Antra, šilumos kiekis, reikalingas kūnui pašildyti, priklauso nuo jo sudarytos medžiagos, tai yra nuo medžiagos rūšies. Trečia, mūsų skaičiavimams taip pat svarbus kūno temperatūrų skirtumas prieš ir po šilumos perdavimo. Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, galime šilumos kiekį nustatykite pagal formulę:
Q = cm (t_2-t_1),
kur Q yra šilumos kiekis, m yra kūno masė, (t_2-t_1) yra skirtumas tarp pradinės ir galutinės kūno temperatūros, c yra savitasis medžiagos šiluminis pajėgumas, nustatoma iš atitinkamų lentelių .
Naudodami šią formulę galite apskaičiuoti šilumos kiekį, kurio reikia bet kuriam kūnui pašildyti arba kurį šis kūnas išleis atvėsęs.
Šilumos kiekis matuojamas džauliais (1 J), kaip ir bet kurios rūšies energija. Tačiau ši vertė buvo įvesta ne taip seniai, o žmonės šilumos kiekį pradėjo matuoti daug anksčiau. Ir jie naudojo mūsų laikais plačiai naudojamą vienetą - kaloriją (1 kal.). 1 kalorija - tai šilumos kiekis, reikalingas 1 gramo vandens 1 laipsniui Celsijaus įkaitinti. Remdamiesi šiais duomenimis, tie, kurie mėgsta skaičiuoti suvalgyto maisto kalorijas, norėdami domėtis, gali suskaičiuoti, kiek litrų vandens galima išvirti su energija, kurią jie suvartoja su maistu per dieną.
Apmokėjimas
Atlikime skaičiavimą CP
vandens ir alavo šiomis sąlygomis:
- m = 500 gramų;
- t1 = 24ºC ir t2 = 80ºC - vandeniui;
- t1 = 20ºC ir t2 = 180ºC - alavo;
- Q = 28 tūkstančiai J
Pirmiausia nustatome atitinkamai vandens ir alavo ΔT:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Tada randame specifinę šilumą:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 tūkst. J / (500 g * 56 ° C) = 28 tūkst. J / (28 tūkst. g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- с = Q / (m * ΔTo) = 28 tūkst. J / (500 g * 160ºC) = 28 tūkst. J / (80 tūkst. g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Taigi savitoji vandens šiluma buvo 1 J / g * ºC, o alavo - 0,35 J / g * ºC. Taigi galime daryti išvadą, kad esant vienodai 28 tūkst. J tiekiamos šilumos vertei, alavas įkais greičiau nei vanduo, nes jo šiluminė talpa yra mažesnė.
Šiluminę galią turi ne tik dujos, skysčiai ir kietosios medžiagos, bet ir maistas.
Šilumos skaičiavimo formulė, kai temperatūra keičiasi
Elementarus šilumos kiekis bus žymimas kaip. Atkreipkite dėmesį, kad šilumos elementas, kurį sistema gauna (atsisako), šiek tiek pasikeitus jo būklei, nėra visiškas skirtumas. To priežastis yra ta, kad šiluma yra sistemos būsenos keitimo proceso funkcija.
Elementariai sistemai suteikiamas šilumos kiekis ir temperatūra pasikeičia iš T į T + dT yra lygi:
kur C yra kūno šiluminė talpa. Jei nagrinėjamas kūnas yra vienalytis, šilumos kiekio (1) formulę galima pateikti kaip:
kur yra savitoji kūno šiluma, m - kūno masė, molinė šiluma, medžiagos molinė masė ir medžiagos molių skaičius.
Jei kūnas yra vienalytis ir laikoma, kad šilumos talpa nepriklauso nuo temperatūros, šilumos kiekį (), kurį kūnas gauna padidinus jo temperatūrą tokiu kiekiu, galima apskaičiuoti taip:
kur t2, t1 yra kūno temperatūra prieš kaitinimą ir po jo.Atkreipkite dėmesį, kad apskaičiuojant skirtumą () temperatūras galima pakeisti Celsijaus ir Kelvino laipsniais.
Kaip apskaičiuoti maisto šiluminę galią
Skaičiuojant galingumą lygtis įgyja tokią formą:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), kur:
- w yra vandens kiekis produkte;
- p yra baltymų kiekis produkte;
- f yra riebalų procentinė dalis;
- c yra angliavandenių procentinė dalis;
- a yra neorganinių komponentų procentinė dalis.
Nustatykite „Viola“ lydyto kreminio sūrio šiluminę galią... Norėdami tai padaryti, iš produkto sudėties (svoris 140 gramų) išrašome reikiamas vertes:
- vanduo - 35 g;
- baltymai - 12,9 g;
- riebalai - 25,8 g;
- angliavandeniai - 6,96 g;
- neorganiniai komponentai - 21 g.
Tada randame su:
- 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.
Kas lemia šilumos kiekį
Vidinė kūno energija keičiasi dirbant ar perduodant šilumą. Esant šilumos perdavimo reiškiniui, vidinė energija perduodama šilumos laidumu, konvekcija ar radiacija.
Kiekvienas kūnas, kaitinamas arba atvėsinamas (perduodant šilumą), gauna arba praranda tam tikrą energijos kiekį. Remiantis tuo, įprasta šį energijos kiekį vadinti šilumos kiekiu.
Taigi, šilumos kiekis yra energija, kurią kūnas suteikia arba gauna šilumos perdavimo procese.
Kiek šilumos reikia vandeniui pašildyti? Naudodamiesi paprastu pavyzdžiu, galite suprasti, kad skirtingam vandens kiekiui pašildyti reikia skirtingo šilumos kiekio. Tarkime, paimame du mėgintuvėlius su 1 litru vandens ir 2 litrais vandens. Kuriuo atveju reikia daugiau šilumos? Antrame, kur mėgintuvėlyje yra 2 litrai vandens. Antrasis vamzdelis užtruks ilgiau, jei juos pašildysime tuo pačiu ugnies šaltiniu.
Taigi šilumos kiekis priklauso nuo kūno svorio. Kuo didesnė masė, tuo daugiau šilumos reikia šildymui ir, atitinkamai, kūnui reikia daugiau laiko atvėsti.
Nuo ko dar priklauso šilumos kiekis? Natūralu, kad nuo kūnų temperatūrų skirtumo. Bet tai dar ne viskas. Galų gale, jei bandysime šildyti vandenį ar pieną, tada mums reikės kitokio laiko. Tai yra, pasirodo, kad šilumos kiekis priklauso nuo medžiagos, iš kurios susideda kūnas.
Dėl to paaiškėja, kad šilumos kiekis, reikalingas šildymui, arba šilumos kiekis, kuris išsiskiria, kai kūnas atvėsta, priklauso nuo jo masės, nuo temperatūros pokyčių ir nuo medžiagos, kuri sudaro kūną.
Naudingi patarimai
Visada prisiminkite:
- metalo kaitinimo procesas yra greitesnis nei vandens, nes jis taip yra CP
2,5 karto mažiau; - jei įmanoma, konvertuokite rezultatus į aukštesnę eilę, jei sąlygos leidžia;
- norint patikrinti rezultatus, galite naudotis internetu ir ieškoti apskaičiuotos medžiagos;
- tomis pačiomis eksperimento sąlygomis reikšmingesni temperatūros pokyčiai bus pastebimi medžiagoms su maža savita šiluma.
Šilumos kiekio fazių perėjimų metu formulė
Perėjimą iš vienos medžiagos fazės į kitą lydi arba išleidžia tam tikras šilumos kiekis, kuris vadinamas fazės perėjimo šiluma.
Taigi, norint perkelti medžiagos elementą iš kietos būsenos į skystį, reikia pasakyti šilumos kiekį (), lygų:
kur yra specifinė susiliejimo šiluma, dm yra kūno masės elementas. Reikėtų atsižvelgti į tai, kad kūno temperatūra turi būti lygi nagrinėjamos medžiagos lydymosi temperatūrai. Kristalizacijos metu išsiskiria šiluma, lygi (4).
Šilumos kiekį (garavimo šilumą), reikalingą skysčiui paversti garais, galima rasti kaip:
kur r yra savitoji garavimo šiluma. Kondensuojantis garams, išsiskiria šiluma. Garavimo šiluma lygi vienodų medžiagų masių kondensacijos šilumai.
Kaip apskaičiuoti šilumos kiekį kūnui šildyti
Pavyzdžiui, būtina apskaičiuoti šilumos kiekį, kurį reikia išleisti, norint 3 kg vandens pašildyti nuo 15 ° C iki 85 ° C temperatūros. Mes žinome specifinę vandens šilumą, tai yra energijos kiekį, kurio reikia 1 kg vandens 1 laipsniu įkaitinti. Tai yra, norint sužinoti šilumos kiekį mūsų atveju, reikia padauginti savitąjį vandens šiluminį pajėgumą iš 3 ir iš laipsnių skaičiaus, kuriuo reikia padidinti vandens temperatūrą. Taigi tai yra 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
Skliausteliuose apskaičiuojame tikslų laipsnių skaičių, atimdami pradinį
Taigi, norint 3 kg vandens pašildyti nuo 15 iki 85 ° C, mums reikia 882 000 džaulių šilumos.
Šilumos kiekis nurodomas raide Q, jos apskaičiavimo formulė yra tokia:
Q = c * m * (t2-t1).
Kas yra specifinė šiluma
Kiekviena gamtoje esanti medžiaga turi savų savybių, o kaitinant kiekvieną atskirą medžiagą reikia skirtingo energijos kiekio, t. šilumos kiekio.
Specifinė medžiagos šiluma Ar vertė lygi šilumos kiekiui, kurį reikia perduoti 1 kg masės kūnui, kad jis sušiltų iki 1 0C temperatūros
Savitoji šiluma žymima raide c, o jos matavimo vertė yra J / kg *
Pavyzdžiui, savitoji vandens šiluminė talpa yra 4200 J / kg * 0C. Tai yra, toks šilumos kiekis, kurį reikia perduoti 1 kg vandens, kad jis sušiltų 1 0C
Reikėtų prisiminti, kad medžiagų savitoji šiluminė talpa skirtingose agregacijos būsenose yra skirtinga. Tai yra, norint pašildyti ledą 1 ° C, reikia kitokio šilumos kiekio.
