Ominaislämpö on energia, joka tarvitaan 1 gramman puhtaan aineen lämpötilan nostamiseen 1 °. Parametri riippuu sen kemiallisesta koostumuksesta ja aggregaatiotilasta: kaasumainen, nestemäinen tai kiinteä. Löytönsä jälkeen alkoi uusi termodynamiikan kehitystiede, tiede väliaikaisista energiaprosesseista, jotka liittyvät lämpöön ja järjestelmän toimintaan.
Yleensä, valmistuksessa käytetään erityislämpöä ja termodynamiikan perusteita patterit ja järjestelmät, jotka on suunniteltu autojen jäähdyttämiseen sekä kemiaan, ydintekniikkaan ja aerodynamiikkaan. Jos haluat tietää, miten ominaislämpö lasketaan, tutustu ehdotettuun artikkeliin.
Kaava
Ennen kuin jatkat parametrin suoraa laskemista, sinun on perehdyttävä kaavaan ja sen komponentteihin.
Ominaislämmön laskentakaava on seuraava:
- c = Q / (m * ∆T)
Laskennassa käytettyjen määrien ja niiden symbolisten nimitysten tuntemus on erittäin tärkeää. On kuitenkin välttämätöntä paitsi tietää heidän visuaalinen ulkonäkö, myös ymmärtää selvästi jokaisen merkitys. Aineen ominaislämpökapasiteetin laskeminen esitetään seuraavilla komponenteilla:
ΔT on symboli, joka tarkoittaa aineen lämpötilan asteittaista muutosta. "A" -merkki lausutaan delta.
ΔT voidaan laskea kaavalla:
ΔT = t2 - t1, missä
- t1 - ensisijainen lämpötila;
- t2 on lopullinen lämpötila muutoksen jälkeen.
m on lämmitykseen käytetyn aineen massa (gr).
Q - lämmön määrä (J / J)
Tsr: n perusteella voidaan johtaa muita yhtälöitä:
- Q = m * cp * ΔT - lämmön määrä;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - aineen massa;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - ensisijainen lämpötila;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - loppulämpötila.
Lämmön määrän määritelmä ja kaava
Termodynaamisen järjestelmän sisäistä energiaa voidaan muuttaa kahdella tavalla:
- tehdä työtä järjestelmän kanssa,
- termisen vuorovaikutuksen kautta.
Lämmön siirtyminen kehoon ei liity makroskooppisen työn suorittamiseen kehossa. Tässä tapauksessa muutos sisäisessä energiassa johtuu siitä, että kehon yksittäiset molekyylit, joiden lämpötila on korkeampi, tekevät työtä joillakin kehon molekyyleillä, joiden lämpötila on alhaisempi. Tässä tapauksessa lämpövuorovaikutus toteutuu lämmönjohtavuuden vuoksi. Energiansiirto on mahdollista myös säteilyn kautta. Mikroskooppisten prosessien järjestelmää (joka ei liity koko kehoon, vaan yksittäisiin molekyyleihin) kutsutaan lämmönsiirroksi. Energian määrä, joka siirtyy kehosta toiseen lämmönsiirron seurauksena, määräytyy lämmön määrästä, joka siirtyy kehosta toiseen.
Määritelmä
Lämpö
kutsutaan energiaksi, jonka keho ottaa vastaan (tai antaa pois) ympäröivien kappaleiden (ympäristön) kanssa tapahtuvassa lämmönvaihdossa. Lämpö ilmaistaan yleensä Q-kirjaimella.
Tämä on yksi termodynamiikan perusmääristä. Lämpö sisältyy termodynamiikan ensimmäisen ja toisen periaatteen matemaattisiin ilmaisuihin. Lämmön sanotaan olevan energiaa molekyyliliikkeen muodossa.
Lämpö voidaan välittää järjestelmälle (keholle) tai se voidaan poistaa siitä. Uskotaan, että jos järjestelmälle annetaan lämpöä, se on positiivista.
Ohjeet parametrin laskemiseksi
Laskea alkaen
aine on melko yksinkertainen ja sinun on tehtävä tämä seuraavasti:
- Ota laskentakaava: Lämpöteho = Q / (m * ∆T)
- Kirjoita lähtötiedot.
- Liitä ne kaavaan.
- Laske ja hanki tulos.
Lasketaan esimerkiksi tuntematon aine, joka painaa 480 grammaa ja jonka lämpötila on 15 ºC ja joka kuumenemisen (35 tuhatta J) seurauksena nousi 250 asteeseen.
Edellä annettujen ohjeiden mukaisesti suoritamme seuraavat toimet:
Kirjoitamme lähtötiedot:
- Q = 35 tuhatta J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Otamme kaavan, korvataan arvot ja ratkaistaan:
c = Q / (m * ∆T) = 35 tuhatta J / (480 g * 235º) = 35 tuhatta J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Lämmön määrä
Lämmön määrä on energiaa, jonka keho menettää tai saa lämmönsiirron aikana. Tämä käy selvästi ilmi myös nimestä. Jäähtyessään keho menettää tietyn määrän lämpöä, ja kuumennettuna se imeytyy. Ja vastaukset kysymyksiimme osoittivat meille mistä lämmön määrä riippuu? Ensinnäkin, mitä suurempi ruumiin massa, sitä enemmän lämpöä on käytettävä lämpötilan muuttamiseen yhdellä asteella. Toiseksi kehon lämmittämiseen tarvittava lämmön määrä riippuu aineesta, josta se koostuu, eli aineen tyypistä. Kolmanneksi kehon lämpötilaero ennen lämmönsiirtoa ja sen jälkeen on myös tärkeä laskelmissamme. Edellä esitetyn perusteella voimme määritä lämmön määrä kaavalla:
Q = cm (t_2-t_1),
missä Q on lämmön määrä, m on ruumiin massa, (t_2-t_1) on ruumiin alku- ja loppulämpötilan ero, c on aineen ominaislämpökapasiteetti, löytyy vastaavista taulukoista .
Tämän kaavan avulla voit laskea minkä tahansa kehon lämmittämiseen tarvittavan lämmön määrän tai jonka tämä keho vapauttaa jäähtyessään.
Lämmön määrä mitataan jouleina (1 J), kuten minkä tahansa tyyppinen energia. Tämä arvo otettiin käyttöön ei niin kauan sitten, ja ihmiset alkoivat mitata lämmön määrää paljon aikaisemmin. Ja he käyttivät yksikköä, jota käytetään laajalti aikamme - kaloria (1 cal). 1 kalori on lämpömäärä, joka tarvitaan 1 gramman veden lämmittämiseen 1 celsiusastetta kohti. Näiden tietojen perusteella ne, jotka haluavat laskea syötyjen ruokien kalorit, voivat mielenkiinnon vuoksi laskea, kuinka monta litraa vettä voidaan keittää energialla, jota he kuluttavat ruoan kanssa päivän aikana.
Maksu
Suoritetaan laskenta CP
vettä ja tinaa seuraavissa olosuhteissa:
- m = 500 grammaa;
- t1 = 24ºC ja t2 = 80ºC - vedelle;
- t1 = 20 ºC ja t2 = 180 ºC - tinalle;
- Q = 28 tuhatta J.
Aluksi määritetään ΔT vedelle ja tinalle:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Sitten löydämme ominaislämmön:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 tuhatta J / (500 g * 56 ºC) = 28 tuhatta J / (28 tuhatta g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 tuhatta J / (500 g * 160ºC) = 28 tuhatta J / (80 tuhatta g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Siten veden ominaislämpö oli 1 J / g * ºC ja tinan lämpö oli 0,35 J / g * ºC. Siksi voimme päätellä, että kun syötetyn lämmön arvo on 28 000 J, tina lämpenee nopeammin kuin vesi, koska sen lämpökapasiteetti on pienempi.
Lämpökapasiteettia hallitsevat paitsi kaasut, nesteet ja kiinteät aineet myös ruoka.
Kaava lämmön laskemiseksi lämpötilan muuttuessa
Alkuainemäärä lämpöä merkitään. Huomaa, että lämpöelementti, jonka järjestelmä vastaanottaa (luovuttaa) pienellä tilan muutoksella, ei ole täydellinen ero. Syynä tähän on se, että lämpö on järjestelmän tilan muutosprosessin funktio.
Järjestelmälle annettava elementaarinen lämmön määrä ja lämpötilan muutos T: stä T + dT: hen on yhtä suuri kuin:
missä C on kehon lämpökapasiteetti. Jos tarkasteltava runko on homogeeninen, kaavan (1) lämpömäärää voidaan esittää seuraavasti:
missä on kehon ominaislämpö, m on ruumiin massa, on molaarinen lämpö, on aineen moolimassa, on aineen moolimäärä.
Jos keho on homogeeninen ja lämpökapasiteetin katsotaan olevan riippumaton lämpötilasta, niin lämmön määrä (), jonka keho saa lämpötilan nousulla määrällä, voidaan laskea
missä t2, t1 on ruumiinlämpö ennen lämmitystä ja sen jälkeen.Huomaa, että lämpötilat, kun laskettaessa ero () voidaan laskea, voidaan korvata sekä Celsius- että Kelvin-asteikolla.
Kuinka lasketaan ruoan lämpökapasiteetti
Tehokapasiteettia laskettaessa yhtälö on seuraavassa muodossa:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), jossa:
- w on veden määrä tuotteessa;
- p on proteiinien määrä tuotteessa;
- f on rasvaprosentti;
- c on hiilihydraattien prosenttiosuus;
- a on epäorgaanisten komponenttien prosenttiosuus.
Määritä Viola-sulatetun tuorejuuston lämpökapasiteetti... Tätä varten kirjoitamme vaaditut arvot tuotteen koostumuksesta (paino 140 grammaa):
- vesi - 35 g;
- proteiinit - 12,9 g;
- rasvat - 25,8 g;
- hiilihydraatit - 6,96 g;
- epäorgaaniset komponentit - 21 g.
Sitten löydämme:
- 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.
Mikä määrää lämmön määrän
Kehon sisäinen energia muuttuu töitä tai lämmönsiirtoa tehtäessä. Lämmönsiirron ilmiön myötä sisäinen energia siirtyy lämmön johtumisella, konvektiolla tai säteilyllä.
Jokainen kappale kuumennettuna tai jäähdytettynä (lämmönsiirron aikana) saa tai menettää jonkin verran energiaa. Tämän perusteella on tapana kutsua tätä energiamäärää lämmön määräksi.
Niin, lämmön määrä on energiaa, jonka keho antaa tai saa lämmönsiirtoprosessin aikana.
Kuinka paljon lämpöä tarvitaan veden lämmittämiseen? Yksinkertaisen esimerkin avulla voit ymmärtää, että eri määrän vettä tarvitaan erilaisten lämpömäärien lämmittämiseen. Otetaan kaksi koeputkea, joissa on 1 litra vettä ja 2 litraa vettä. Missä tapauksessa tarvitaan enemmän lämpöä? Toisessa, jossa koeputkessa on 2 litraa vettä. Toisen putken lämpeneminen kestää kauemmin, jos kuumennamme niitä samalla palolähteellä.
Siten lämmön määrä riippuu ruumiinpainosta. Mitä suurempi massa, sitä enemmän lämpöä tarvitaan lämmitykseen ja vastaavasti keho tarvitsee enemmän aikaa jäähtyä.
Mistä muusta lämmön määrä riippuu? Luonnollisesti kappaleiden välisestä lämpötilaerosta. Mutta se ei ole kaikki. Loppujen lopuksi, jos yritämme lämmittää vettä tai maitoa, tarvitsemme toisen määrän aikaa. Toisin sanoen käy ilmi, että lämmön määrä riippuu aineesta, josta keho koostuu.
Tämän seurauksena käy ilmi, että lämmitykseen tarvittava lämmön määrä tai kehon jäähtyessä vapautuva lämmön määrä riippuu sen massasta, lämpötilan muutoksista ja kehon muodostavan aineen tyypistä.
Hyödyllisiä vinkkejä
Muista aina se:
- metallin lämmitysprosessi on nopeampi kuin veden, koska se on CP
2,5 kertaa vähemmän; - jos mahdollista, muunna tulokset korkeammaksi, jos olosuhteet sallivat;
- tulosten tarkistamiseksi voit käyttää Internetiä ja etsiä laskettua ainetta;
- samoissa koeolosuhteissa havaitaan merkittävämpiä lämpötilamuutoksia materiaaleille, joilla on alhainen ominaislämpö.
Kaava lämmön määrälle vaihesiirtymien aikana
Siirtymiseen aineen yhdestä vaiheesta toiseen seuraa tietyn määrän lämmön imeytyminen tai vapautuminen, jota kutsutaan vaihesiirtymälämmöksi.
Joten aineen siirtämiseksi kiinteän aineen tilasta nesteeseen tulisi kertoa lämmön määrä (), joka on yhtä suuri kuin:
missä on ominaisfuusiolämpö, dm on kehon massaelementti. On otettava huomioon, että ruumiin lämpötilan on oltava sama kuin tarkasteltavan aineen sulamislämpötila. Kiteytymisen aikana lämpöä vapautuu yhtä suuri kuin (4).
Lämmön määrä (höyrystymislämpö), joka tarvitaan nesteen muuttamiseksi höyryksi, löytyy seuraavasti:
missä r on ominaishöyrystyslämpö. Kun höyry tiivistyy, lämpö vapautuu. Höyrystymislämpö on yhtä suuri kuin saman massamassan kondensaatiolämpö.
Kuinka lasketaan lämmön määrä kehon lämmittämiseksi
Esimerkiksi on tarpeen laskea kulutettavan lämmön määrä 3 kg veden lämmittämiseksi 15 ° C: n lämpötilasta 85 ° C: seen. Tiedämme veden ominaislämmön, eli energiamäärän, joka tarvitaan 1 kg veden lämmittämiseen 1 asteella. Toisin sanoen, jotta voimme selvittää tapauksessamme olevan lämpömäärän, sinun on kerrottava veden ominaislämpökapasiteetti kolmella ja asteiden lukumäärällä, jolla sinun on nostettava veden lämpötilaa. Joten tämä on 4200 * 3 * (85-15) = 882 000.
Suluissa laskemme tarkan astemäärän vähentämällä alkuosan
Joten 3 kg veden lämmittämiseksi 15 ° C: sta 85 ° C: seen tarvitsemme 882 000 joulea lämpöä.
Lämmön määrä ilmoitetaan kirjaimella Q, jonka laskentakaava on seuraava:
Q = c * m * (t2-t1).
Mikä on ominaislämpö
Jokaisella luonnossa olevalla aineella on omat ominaisuutensa, ja jokaisen aineen lämmittäminen vaatii eri energiamäärän, ts. lämmön määrä.
Aineen ominaislämpö Onko arvo yhtä suuri kuin lämmön määrä, joka on siirrettävä ruumiin, jonka massa on 1 kg, lämmittämiseksi 1 0C: n lämpötilaan
Ominaislämpö on merkitty kirjaimella c ja sen mittausarvo on J / kg *
Esimerkiksi veden ominaislämpökapasiteetti on 4200 J / kg * 0C. Toisin sanoen tämä on lämpömäärä, joka on siirrettävä 1 kg: aan vettä, jotta se voidaan lämmittää 10 ° C: lla
On syytä muistaa, että aineiden erityinen lämpökapasiteetti eri aggregaatiotiloissa on erilainen. Toisin sanoen jään lämmittämiseksi 1 ° C: lla tarvitaan erilainen lämpömäärä.
