OVERFØRT VARME: FORMLER, HVORDAN MAN BEREGNER DET OG LØSTE ØVELSER - FYSISK - 2024

Den overførte varme er overførsel af energi mellem to kroppe ved forskellige temperaturer. Den med en højere temperatur afgiver varme til den med en lavere temperatur. Uanset om et legeme opgiver eller absorberer varme, kan dets temperatur eller fysiske tilstand variere afhængigt af massen og egenskaberne for det materiale, som det er lavet fra.

Et godt eksempel er i en dampende kop kaffe. Den metalske, som sukkeret omrøres med, opvarmes. Hvis det efterlades længe i bægeret, ender kaffe og en metalske med at udjævne deres temperaturer: Kaffen er afkølet, og skeen har givet varme. Der er gået noget varme ind i miljøet, da systemet ikke er isoleret.

Kaffen og skeen kommer efter termisk i termisk ligevægt. Kilde: Pixabay.

Når temperaturerne bliver ens, er termisk ligevægt nået.

Hvis du udførte den samme test med en plastisk teske, vil du helt sikkert bemærke, at den ikke opvarmes så hurtigt som metallet, men den vil også i sidste ende komme i balance med kaffen og alt omkring det.

Dette skyldes, at metal leder varme bedre end plast. På den anden side giver kaffe helt sikkert varme i en anden hastighed end varm chokolade eller anden drik. Så varmen, der gives eller absorberes af hver genstand, afhænger af hvilket materiale eller stof den er lavet af.

Hvad det består af og formler

Varme refererer altid til strømning eller transit af energi mellem en genstand og en anden på grund af forskellen i temperatur.

Derfor taler vi om overført varme eller absorberet varme, da det ved at tilføje eller udvinde varme eller energi på en eller anden måde er det muligt at ændre temperaturen på et element.

Mængden af ​​varme, som den hotteste genstand afgiver, kaldes normalt Q. Denne værdi er proportional med objektets masse. Et legeme med en stor masse er i stand til at opgive mere varme end et andet med en lavere masse.

Temperaturforskel

En anden vigtig faktor i beregningen af ​​varmeoverførsel er forskellen i temperatur, som den genstand, der overfører varme oplever. Det betegnes som Δ T og beregnes som følger:

Endelig afhænger mængden af ​​overført varme også af objektets art og egenskaber, som kvantitativt opsummeres i en konstant kaldet materialets specifikke varme, betegnet som c.

Så til sidst er udtrykket for den overførte varme følgende:

Handlingen med at give efter symboliseres med et negativt tegn.

Stoffets specifikke varme og varmekapacitet

Specifik varme er den mængde varme, der er nødvendig for at hæve temperaturen på 1 g stof med 1 ºC. Det er en iboende egenskab ved materialet. Dens enheder i det internationale system er: Joule / kg. K (Joule mellem kilogram x temperatur i grader Kelvin).

Varmekapaciteten C er et sammenkoblet begreb, men lidt anderledes, da objektets masse er involveret. Varmekapaciteten er defineret som følger:

Dets SI-enheder er Joule / K. Så den frigjorte varme kan også udtrykkes ækvivalent som:

Hvordan beregnes det?

For at beregne den varme, der overføres af et objekt, er det nødvendigt at vide følgende:

- Den specifikke varme af det stof, der giver op varmen.

- Massen af ​​det nævnte stof

- Den endelige temperatur, der skal opnås

Specifikke varmeværdier for mange materialer er bestemt eksperimentelt og er tilgængelige i tabeller.

kalorimetri

Hvis denne værdi ikke er kendt, er det muligt at få den ved hjælp af et termometer og vand i en termisk isoleret beholder: kalorimeteret. Et diagram af denne enhed er vist på figuren, der ledsager øvelse 1.

En prøve af stoffet nedsænkes ved en bestemt temperatur i en mængde vand, der tidligere er blevet målt. Den endelige temperatur måles, og den specifikke varme af materialet bestemmes med de opnåede værdier.

Ved at sammenligne resultatet med de tabulerede værdier kan det vides, hvilket stof det er. Denne procedure kaldes kalorimetri.

Varmebalancen udføres ved at spare energi:

Q _gav + Q _{absorberet = 0}

Løst øvelser

Øvelse 1

Et 0,35 kg stykke kobber indføres ved en temperatur på 150 ºC i 500 ml vand ved en temperatur på 25 ºC. Find:

a) Den endelige ligevægtstemperatur

b) Hvor meget strømme varme i denne proces?

Data

Skematisk et grundlæggende kalorimeter: en isoleret beholder med vand og et termometer til måling af temperaturændringer. l Kilde: Dr. Tilahun Tesfaye

Løsning

a) Kobber giver varme op, mens vand absorberer det. Da systemet betragtes som lukket, griber kun vandet og prøven ind i varmebalancen:

På den anden side er det nødvendigt at beregne massen på 500 ml vand:

Med disse data beregnes vandets masse:

Ligningen for varmen i hvert stof hæves:

Sammenlignende med de resultater, vi har:

Det er en lineær ligning med en ukendt, hvis løsning er:

b) Mængden af ​​varme, der strømmer, er den overførte varme eller den absorberede varme:

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

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

Øvelse 2

Et 100 g stykke kobber opvarmes i en ovn ved en temperatur _TO og anbringes derefter i et 150 g kobberkalorimeter indeholdende 200 g vand ved 16 ° C. Den endelige temperatur en gang i ligevægt er 38 º C. Når kalorimeteret og dets indhold vejes, konstateres det, at 1,2 g vand er fordampet. Hvad var den indledende temperatur T _o ?

Løsning

Denne øvelse adskiller sig fra den foregående, da det skal overvejes, at kalorimeteret også absorberer varme. Varmen frigivet af kobberstykket investeres i alle følgende:

- Opvarm vandet i kalorimeteret (200 g)

- Opvarm det kobber, som kalorimeteret er lavet fra (150 g)

- Fordamp 1,2 gram vand (energi er også nødvendig for en faseændring).

Dermed:

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

Varmen, der var nødvendig for at bringe 1,2 g vand op til 100 ° C, kunne også have været overvejet, men det er en forholdsvis lille mængde til sammenligning.

Referencer

1. Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6 ^th. Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Fysik: Et kig på verden. 6 ^ta Redigering forkortet. Cengage Learning. 156-164.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson. 309-332.
4. Sears, Zemansky. 2016. Universitetsfysik med moderne fysik. 14 ^th. Udgave bind 1. 556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. Fundamentals of Physics. 9 ^na Cengage Learning.