Specifieke warmte is de energie die nodig is om de temperatuur van 1 gram van een zuivere stof met 1 ° te verhogen. De parameter hangt af van de chemische samenstelling en aggregatietoestand: gasvormig, vloeibaar of vast. Na zijn ontdekking begon een nieuwe ronde in de ontwikkeling van thermodynamica, de wetenschap van voorbijgaande energieprocessen, die betrekking hebben op de warmte en het functioneren van het systeem.
Meestal soortelijke warmte en de basisprincipes van thermodynamica worden gebruikt bij de vervaardiging radiatoren en systemen voor het koelen van auto's, maar ook voor chemie, nucleaire engineering en aerodynamica. Als je wilt weten hoe de soortelijke warmte wordt berekend, bekijk dan het voorgestelde artikel.
Formule
Voordat u doorgaat met de directe berekening van de parameter, moet u zich vertrouwd maken met de formule en de componenten ervan.
De formule voor het berekenen van de soortelijke warmte is als volgt:
- c = Q / (m * ∆T)
Kennis van de grootheden en hun symbolische aanduidingen die bij de berekening worden gebruikt, is buitengewoon belangrijk. Het is echter niet alleen nodig om hun visuele uiterlijk te kennen, maar ook om de betekenis van elk van hen duidelijk te begrijpen. De berekening van de specifieke warmtecapaciteit van een stof wordt weergegeven door de volgende componenten:
ΔT is een symbool dat een geleidelijke verandering in de temperatuur van een stof betekent. Het teken "Δ" wordt uitgesproken als delta.
ΔT kan worden berekend met behulp van de formule:
ΔT = t2 - t1, waar
- t1 - primaire temperatuur;
- t2 is de eindtemperatuur na de wijziging.
m is de massa van de stof die wordt gebruikt voor verwarming (gr).
Q - hoeveelheid warmte (J / J)
Op basis van Tsr kunnen andere vergelijkingen worden afgeleid:
- Q = m * cp * ΔT - hoeveelheid warmte;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - de massa van de stof;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - primaire temperatuur;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - eindtemperatuur.
Definitie en formule van de hoeveelheid warmte
De interne energie van een thermodynamisch systeem kan op twee manieren worden veranderd:
- werk aan het systeem doen,
- door thermische interactie.
De overdracht van warmte naar het lichaam wordt niet geassocieerd met macroscopisch werk aan het lichaam. In dit geval wordt de verandering in interne energie veroorzaakt door het feit dat individuele moleculen van het lichaam met een hogere temperatuur werk doen aan sommige moleculen van het lichaam, dat een lagere temperatuur heeft. In dit geval wordt thermische interactie gerealiseerd vanwege thermische geleidbaarheid. Energieoverdracht is ook mogelijk door straling. Het systeem van microscopische processen (niet gerelateerd aan het hele lichaam, maar aan individuele moleculen) wordt warmteoverdracht genoemd. De hoeveelheid energie die door warmteoverdracht van het ene lichaam naar het andere wordt overgedragen, wordt bepaald door de hoeveelheid warmte die van het ene lichaam naar het andere wordt overgedragen.
Definitie
Warmte
wordt de energie genoemd die door het lichaam wordt ontvangen (of weggegeven) tijdens het proces van warmte-uitwisseling met de omringende lichamen (omgeving). Warmte wordt aangegeven, meestal door de letter Q.
Dit is een van de basishoeveelheden in de thermodynamica. Warmte is inbegrepen in de wiskundige uitdrukkingen van de eerste en tweede principes van de thermodynamica. Warmte is energie in de vorm van moleculaire beweging.
Warmte kan worden doorgegeven aan het systeem (lichaam), of het kan ervan worden afgevoerd. Aangenomen wordt dat als er warmte aan het systeem wordt gegeven, dit positief is.
Instructies voor het berekenen van de parameter
Berekenen van
de stof is vrij eenvoudig en om dit te doen, moet u deze stappen volgen:
- Neem de berekeningsformule: Warmtecapaciteit = Q / (m * ∆T)
- Schrijf de eerste gegevens op.
- Sluit ze aan op de formule.
- Bereken en krijg het resultaat.
Laten we als voorbeeld een onbekende stof berekenen met een gewicht van 480 gram en een temperatuur van 15 ° C, die door verhitting (35 duizend J) opliep tot 250 ° C.
Volgens de bovenstaande instructies voeren we de volgende acties uit:
We schrijven de eerste gegevens uit:
- Q = 35 duizend J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
We nemen de formule, vervangen de waarden en lossen op:
c = Q / (m * ∆T) = 35 duizend J / (480 g * 235º) = 35 duizend J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Hoeveelheid warmte
De hoeveelheid warmte is de energie die het lichaam verliest of wint tijdens warmteoverdracht. Dit blijkt ook uit de naam. Bij afkoeling verliest het lichaam een bepaalde hoeveelheid warmte en bij verhitting absorbeert het. En de antwoorden op onze vragen lieten het ons zien waar hangt de hoeveelheid warmte van af? Ten eerste, hoe groter het lichaamsgewicht, hoe meer warmte er moet worden besteed aan het veranderen van de temperatuur met één graad. Ten tweede hangt de hoeveelheid warmte die nodig is om een lichaam te verwarmen, af van de substantie waaruit het bestaat, dat wil zeggen van het soort substantie. En ten derde is het verschil in lichaamstemperatuur voor en na warmteoverdracht ook belangrijk voor onze berekeningen. Op basis van het bovenstaande kunnen we bepaal de hoeveelheid warmte met de formule:
Q = cm (t_2-t_1),
waarbij Q de hoeveelheid warmte is, m de massa van het lichaam, (t_2-t_1) het verschil is tussen de begin- en eindtemperatuur van het lichaam, c de soortelijke warmtecapaciteit van de stof, wordt gevonden in de overeenkomstige tabellen .
Met behulp van deze formule kun je de hoeveelheid warmte berekenen die nodig is om een lichaam te verwarmen of die dit lichaam zal afgeven als het afkoelt.
De hoeveelheid warmte wordt gemeten in joules (1 J), zoals elk type energie. Deze waarde is echter nog niet zo lang geleden geïntroduceerd en mensen begonnen de hoeveelheid warmte veel eerder te meten. En ze gebruikten een eenheid die in onze tijd veel wordt gebruikt - een calorie (1 cal). 1 calorie is de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 gram water per graad Celsius te verwarmen. Aan de hand van deze gegevens kunnen degenen die graag de calorieën in het gegeten voedsel tellen, omwille van de belangstelling berekenen hoeveel liter water kan worden gekookt met de energie die ze gedurende de dag met voedsel consumeren.
Betaling
Laten we de berekening uitvoeren CP
water en tin onder de volgende voorwaarden:
- m = 500 gram;
- t1 = 24ºC en t2 = 80ºC - voor water;
- t1 = 20ºC en t2 = 180ºC - voor tin;
- Q = 28 duizend J.
Om te beginnen bepalen we ΔT voor respectievelijk water en tin:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56 ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160 ºC
Dan vinden we de soortelijke warmte:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 duizend J / (500 g * 56 ºC) = 28 duizend J / (28 duizend g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- с = Q / (m * ΔTo) = 28 duizend J / (500 g * 160 ºC) = 28 duizend J / (80 duizend g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
De soortelijke warmte van water was dus 1 J / g * ºC en die van tin 0,35 J / g * ºC. Daarom kunnen we concluderen dat bij een gelijke waarde van de geleverde warmte van 28 duizend J, tin sneller zal opwarmen dan water, omdat de warmtecapaciteit minder is.
Warmtecapaciteit wordt niet alleen ingenomen door gassen, vloeistoffen en vaste stoffen, maar ook door voedsel.
De formule voor het berekenen van de warmte wanneer de temperatuur verandert
De elementaire hoeveelheid warmte wordt aangeduid als. Merk op dat het warmte-element dat het systeem ontvangt (opgeeft) met een kleine verandering in zijn toestand geen volledig verschil is. De reden hiervoor is dat warmte een functie is van het proces waarbij de toestand van het systeem verandert.
De elementaire hoeveelheid warmte die aan het systeem wordt afgegeven, en de temperatuur verandert van T naar T + dT, is gelijk aan:
waarbij C de warmtecapaciteit van het lichaam is. Als het betreffende lichaam homogeen is, kan formule (1) voor de hoeveelheid warmte worden weergegeven als:
waar is de soortelijke warmte van het lichaam, m is de massa van het lichaam, is de molaire warmte, is de molaire massa van een stof, en is het aantal mol van de stof.
Als het lichaam homogeen is, en de warmtecapaciteit wordt beschouwd als onafhankelijk van de temperatuur, dan kan de hoeveelheid warmte () die het lichaam ontvangt bij een verhoging van de temperatuur met een hoeveelheid worden berekend als:
waarbij t2, t1 de lichaamstemperatuur voor en na verwarming is.Houd er rekening mee dat de temperaturen bij het vinden van het verschil () in de berekeningen kunnen worden vervangen door zowel Celsius als Kelvin.
Hoe de warmtecapaciteit van voedsel te berekenen
Bij het berekenen van het vermogen de vergelijking heeft de volgende vorm:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), waarbij:
- w is de hoeveelheid water in het product;
- p is de hoeveelheid eiwitten in het product;
- f is het percentage vet;
- c is het percentage koolhydraten;
- a is het percentage anorganische componenten.
Bepaal de warmtecapaciteit van Viola smeltkaas... Om dit te doen, schrijven we de vereiste waarden uit de samenstelling van het product (gewicht 140 gram):
- water - 35 g;
- eiwitten - 12,9 g;
- vetten - 25,8 g;
- koolhydraten - 6,96 g;
- anorganische componenten - 21 g.
Dan vinden we met:
- 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.
Wat bepaalt de hoeveelheid warmte
De interne energie van het lichaam verandert tijdens het werk of tijdens warmteoverdracht. Bij het fenomeen warmteoverdracht wordt interne energie overgedragen door warmtegeleiding, convectie of straling.
Elk lichaam ontvangt of verliest een bepaalde hoeveelheid energie wanneer het wordt verwarmd of gekoeld (tijdens warmteoverdracht). Op basis hiervan is het gebruikelijk om deze hoeveelheid energie de hoeveelheid warmte te noemen.
Zo, de hoeveelheid warmte is de energie die het lichaam geeft of ontvangt tijdens het proces van warmteoverdracht.
Hoeveel warmte is er nodig om water te verwarmen? Aan de hand van een eenvoudig voorbeeld kunt u begrijpen dat verschillende hoeveelheden warmte nodig zijn om verschillende hoeveelheden water te verwarmen. Laten we zeggen dat we twee reageerbuizen nemen met 1 liter water en 2 liter water. In welk geval is er meer warmte nodig? In de tweede, waar er 2 liter water in de reageerbuis zit. De tweede buis heeft meer tijd nodig om op te warmen als we ze verwarmen met dezelfde vuurbron.
De hoeveelheid warmte is dus afhankelijk van het lichaamsgewicht. Hoe groter de massa, hoe meer warmte er nodig is om te verwarmen en daarom heeft het lichaam meer tijd nodig om af te koelen.
Waar hangt de hoeveelheid warmte nog meer van af? Uiteraard door het temperatuurverschil tussen de lichamen. Maar dat is niet alles. Als we water of melk proberen te verwarmen, hebben we immers een andere hoeveelheid tijd nodig. Dat wil zeggen, het blijkt dat de hoeveelheid warmte afhangt van de substantie waaruit het lichaam is samengesteld.
Hierdoor blijkt dat de hoeveelheid warmte die nodig is voor verwarming of de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij het afkoelen van het lichaam afhangt van de massa, temperatuurveranderingen en van het soort stof waaruit het lichaam is opgebouwd.
Bruikbare tips
Onthoud dat altijd:
- het proces van het verwarmen van het metaal is sneller dan dat van water, aangezien dat zo is CP
2,5 keer minder; - converteer de resultaten indien mogelijk naar een hogere volgorde, als de omstandigheden dit toelaten;
- om de resultaten te controleren, kunt u internet gebruiken en kijken voor de berekende stof;
- onder dezelfde experimentele omstandigheden zullen meer significante temperatuurveranderingen worden waargenomen voor materialen met een lage soortelijke warmte.
Formule voor de hoeveelheid warmte tijdens faseovergangen
De overgang van de ene fase van een stof naar de andere gaat gepaard met de opname of afgifte van een bepaalde hoeveelheid warmte, de zogenaamde fase-overgangswarmte.
Dus om een element van materie van de toestand van een vaste stof naar een vloeistof over te brengen, moet de hoeveelheid warmte () worden verteld die gelijk is aan:
waar is de soortelijke smeltwarmte, dm is het lichaamsmassa-element. Houd er rekening mee dat het lichaam een temperatuur moet hebben die gelijk is aan de smelttemperatuur van de betreffende stof. Tijdens kristallisatie komt warmte gelijk aan (4) vrij.
De hoeveelheid warmte (verdampingswarmte) die nodig is om een vloeistof in damp om te zetten, is te vinden als:
waarbij r de soortelijke verdampingswarmte is. Als stoom condenseert, komt er warmte vrij. De verdampingswarmte is gelijk aan de condensatiewarmte van gelijke massa's materie.
Hoe de hoeveelheid warmte te berekenen om het lichaam te verwarmen
Zo is het nodig om de hoeveelheid warmte te berekenen die nodig is om 3 kg water te verwarmen van een temperatuur van 15 ° C naar een temperatuur van 85 ° C. We kennen de soortelijke warmte van water, dat wil zeggen de hoeveelheid energie die nodig is om 1 kg water met 1 graad te verwarmen. Dat wil zeggen, om de hoeveelheid warmte in ons geval te achterhalen, moet u de specifieke warmtecapaciteit van water vermenigvuldigen met 3 en met het aantal graden waarmee u de temperatuur van het water moet verhogen. Dit is dus 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
Tussen haakjes berekenen we het exacte aantal graden, waarbij we de initiaal aftrekken
Dus om 3 kg water van 15 naar 85 ° C te verwarmen, hebben we 882.000 joule warmte nodig.
De hoeveelheid warmte wordt aangegeven door de letter Q, de formule om deze te berekenen is als volgt:
Q = c * m * (t2-t1).
Wat is soortelijke warmte
Elke stof in de natuur heeft zijn eigen eigenschappen en het verwarmen van elke afzonderlijke stof vereist een andere hoeveelheid energie, d.w.z. de hoeveelheid warmte.
Specifieke warmte van een stof Is een waarde die gelijk is aan de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen aan een lichaam met een massa van 1 kilogram om het te verwarmen tot een temperatuur van 10C
Soortelijke warmte wordt aangeduid met de letter c en heeft een meetwaarde van J / kg *
De specifieke warmtecapaciteit van water is bijvoorbeeld 4200 J / kg * 0C. Dat wil zeggen, dit is de hoeveelheid warmte die moet worden overgedragen aan 1 kg water om het met 1 0C te verwarmen
Er moet aan worden herinnerd dat de specifieke warmtecapaciteit van stoffen in verschillende aggregatietoestanden verschillend is. Dat wil zeggen, er is een andere hoeveelheid warmte nodig om ijs met 1 ° C te verwarmen.
