- În ce constă și formule
- Diferența de temperatură
- Capacitatea specifică de căldură și căldură a unei substanțe
- Cum să-l calculez?
- Calorimetrie
- Exerciții rezolvate
- Exercitiul 1
- Date
- Soluţie
- Exercițiul 2
- Soluţie
- Referințe
Căldura transferată este transferul de energie între două corpuri la temperaturi diferite. Cel cu o temperatură mai ridicată cedează căldură celui cu o temperatură mai scăzută. Indiferent dacă un corp renunță sau absoarbe căldura, temperatura sau starea sa fizică poate varia în funcție de masa și caracteristicile materialului din care este fabricat.
Un exemplu bun este într-o ceașcă aburitoare de cafea. Se încălzește lingura de metal cu care se agită zahărul. Dacă se lasă în cană suficient de mult, cafeaua și o lingură de metal vor sfârși prin a-și egaliza temperaturile: cafeaua s-a răcit și căldura va fi fost transferată în lingură. O parte din căldură va fi trecut în mediu, deoarece sistemul nu este izolat.
Cafeaua și lingura ajung să fie în echilibru termic după un timp. Sursa: Pixabay.
Pe măsură ce temperaturile devin egale, s-a atins echilibrul termic.
Dacă ai face același test cu o linguriță de plastic, cu siguranță ai observa că acesta nu se încălzește la fel de repede ca cel metalic, dar va ajunge și în cele din urmă în echilibru cu cafeaua și tot ce este în jurul ei.
Acest lucru se datorează faptului că metalul conduce căldura mai bine decât plasticul. Pe de altă parte, cu siguranță cafeaua produce căldură într-un ritm diferit decât ciocolata caldă sau orice altă băutură. Deci, căldura dată sau absorbită de fiecare obiect depinde de ce material sau substanță este făcută.
În ce constă și formule
Căldura se referă întotdeauna la fluxul sau tranzitul de energie între un obiect și altul, datorită diferenței de temperatură.
De aceea, vorbim de căldură transferată sau absorbită de căldură, deoarece prin adăugarea sau extragerea căldurii sau a energiei într-un fel, este posibilă modificarea temperaturii unui element.
Cantitatea de căldură pe care o emană cel mai tare obiect este de obicei numită Q. Această valoare este proporțională cu masa obiectului respectiv. Un corp cu o masă mare este capabil să renunțe la mai multă căldură decât altul cu o masă mai mică.
Diferența de temperatură
Un alt factor important în calculul transferului de căldură este diferența de temperatură experimentată de obiectul care transferă căldura. Se notează ca Δ T și se calculează astfel:
În cele din urmă, cantitatea de căldură transferată depinde și de natura și caracteristicile obiectului, care sunt rezumate cantitativ într-o constantă numită căldură specifică a materialului, notată ca c.
Deci, în sfârșit, expresia pentru căldura transferată este următoarea:
Actul de a da este simbolizat printr-un semn negativ.
Capacitatea specifică de căldură și căldură a unei substanțe
Căldura specifică este cantitatea de căldură necesară pentru a ridica temperatura de 1 g de substanță cu 1 ºC. Este o proprietate intrinsecă a materialului. Unitățile sale din Sistemul internațional sunt: Joule / kg. K (Joule între kilogram x temperatura în grade Kelvin).
Capacitatea de căldură C este un concept legat, dar ușor diferit, deoarece masa obiectului este implicată. Capacitatea de căldură este definită după cum urmează:
Unitățile sale SI sunt Joule / K. Deci, căldura degajată poate fi exprimată în mod echivalent ca:
Cum să-l calculez?
Pentru a calcula căldura transferată de un obiect, este necesar să cunoaștem următoarele:
- Căldura specifică a substanței care cedează.
- Masa substanței menționate
- Temperatura finală care trebuie obținută
Valorile de căldură specifice pentru multe materiale au fost determinate experimental și sunt disponibile în tabele.
Calorimetrie
Acum, dacă această valoare nu este cunoscută, este posibilă obținerea ei cu ajutorul unui termometru și a apei într-un recipient izolat termic: calorimetrul. O diagramă a acestui dispozitiv este prezentată în figura care însoțește exercițiul 1.
Un eșantion de substanță este scufundat la o anumită temperatură într-o cantitate de apă care a fost măsurată anterior. Se măsoară temperatura finală și se determină căldura specifică a materialului cu valorile obținute.
Prin compararea rezultatului cu valorile tabelate, se poate ști ce substanță este. Această procedură se numește calorimetrie.
Echilibrul termic se realizează prin conservarea energiei:
Q a dat + Q absorbit = 0
Exerciții rezolvate
Exercitiul 1
O bucată de cupru de 0,35 kg este introdusă la o temperatură de 150ºC în 500 ml de apă la o temperatură de 25ºC.
a) Temperatura finală de echilibru
b) Câtă căldură curge în acest proces?
Date
Schema unui calorimetru de bază: un recipient izolat de apă și un termometru pentru a măsura schimbările de temperatură. l Sursa: Dr. Tilahun Tesfaye
Soluţie
a) Cuprul cedează căldură în timp ce apa îl absoarbe. Deoarece sistemul este considerat închis, numai apa și proba intervin în echilibrul termic:
Pe de altă parte, este necesar să se calculeze masa de 500 ml de apă:
Cu aceste date se calculează masa apei:
Ecuația pentru căldură în fiecare substanță este ridicată:
Echivalând rezultatele pe care le avem:
Este o ecuație liniară cu o necunoscută, a cărei soluție este:
b) Cantitatea de căldură care curge este căldura transferată sau căldura absorbită:
Q a dat = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J
Q absorbit = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J
Exercițiul 2
O bucată de 100 g de cupru este încălzită într-un cuptor la temperatura T o și apoi este introdusă într-un calorimetru de cupru de 150 g care conține 200 g de apă la 16 ° C. Temperatura finală o dată în echilibru este 38 º C. Când calorimetrul și conținutul acestuia sunt cântărite, se constată că 1,2 g de apă s-au evaporat.Care a fost temperatura inițială T o ?
Soluţie
Acest exercițiu diferă de cel precedent, deoarece trebuie considerat că calorimetrul absoarbe și căldura. Căldura degajată de bucata de cupru este investită în toate:
- Încălziți apa în calorimetru (200 g)
- Încălziți cupru din care este format calorimetrul (150 g)
- Evaporați 1,2 grame de apă (energie este necesară și pentru o schimbare de fază).
Prin urmare:
- 38,5. (38 - T o ) = 22397,3
Ar putea fi avut în vedere și căldura necesară pentru a aduce 1,2 g de apă la 100 ° C, dar este o cantitate destul de mică în comparație.
Referințe
- Giancoli, D. 2006. Fizică: Principii cu aplicații. 6 a . Ed. Sala Prentice. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizica: o privire asupra lumii. 6 ta Editarea prescurtată. Cengage Learning. 156-164.
- Rex, A. 2011. Fundamentele fizicii. Pearson. 309-332.
- Sears, Zemansky. 2016. Universitatea de fizică cu fizică modernă. 14 a . Ed. Volumul 1. 556 - 553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentele fizicii. 9 na Cengage Learning.