Теплоємність
Теплоємність це здатність матеріалу поглинати тепло, не відображаючи все це безпосередньо як підвищення температури. Вам слід прочитати розділи про тепло і температуру як тло, і розділ про воду теж допоможе.
Оскільки тепло додається рівномірно до подібних кількостей різних речовин, їх температура може зростати з різною швидкістю. Наприклад, метали,
добре провідники тепла, показують швидке підвищення температури при нагріванні. Нагріти метал порівняно легко, поки він не світиться червоним. З іншого боку, вода може поглинати багато тепла при відносно невеликому підвищенні температури. Ізоляційні матеріали (ізолятори) є дуже поганими провідниками тепла і використовуються для ізоляції матеріалів, які потрібно зберігати при різних температурах - наприклад, всередині вашого будинку ззовні.
Речовини, що поглинають однакову кількість тепла, можуть мати різне підвищення температури.
Цей графік показує підвищення температури, оскільки тепло додається з однаковою швидкістю до рівних мас алюмінію (Al) та води (H2O). Температура води підвищується набагато повільніше, ніж температура Al.
У металі атоми Al мають лише поступальну кінетичну енергію (хоча цей рух сильно пов'язаний із сусідніми атомами). Вода, навпаки, може також обертатися і вібрувати. Ці ступені свободи рух може поглинати кінетичну енергію, не відображаючи її як підвищення температури речовини.
Розподіл енергії
Більшість речовин підкоряються закону Росії рівноділ енергії в широкому діапазоні температур. Закон говорить, що енергія, як правило, розподіляється рівномірно між усіма ступенями свободи молекули — перенесення, обертання та вібрації. Це має наслідки для речовин з більшою чи меншою кількістю атомів. На діаграмі нижче кожен контейнер відображає ступінь свободи. Ситуації для 3-атомного та 10-атомного
показано молекулу. Якщо до кожної молекули додати однакову загальну кількість теплової енергії, 3-атомна молекула отримує більше енергії в поступальних ступенях свободи. Оскільки 10-атомна молекула має більше коливальних режимів, в яких зберігається кінетична енергія, менше доступно для переходу в поступальні режими, і в основному ми вимірюємо поступальну енергію температури.
Питома теплоємність
Залишилось ще одне вдосконалення теплової потужності. Очевидно, що кількість тепла, необхідне для підвищення температури великої кількості речовини, перевищує кількість, необхідну для невеликої кількості тієї ж речовини.
Для контролю кількості, як правило, ми вимірюємо та повідомляємо теплову потужність як питоме тепло, теплоємність на одиницю маси.
Конкретні нагрівання великої кількості речовин вимірювались у різних умовах. Вони записані в онлайнових книгах.
Зазвичай ми вибираємо одиниці Дж/грам або КДж/кг. Питома теплоємність рідкої води становить 4,184 Дж/г, що також становить 4,184 КДж/кг. Калорія - це одиниця тепла, яка визначається як кількість тепла, необхідна для підвищення температури 1 см 3 води на 1ЛљС.
Питома теплоємність
Питома теплоємність - теплоємність на одиницю маси.
Питома теплоємність води становить 1 кал/гЛљC = 4,184J/гЛљC
Розрахунок змін тепла та температури
Спека, q, необхідний для підвищення температури маси, м, речовини за кількістю ΔT є
$$ q = mC \ Delta T = mC (T_f - T_i) $$
де C. - питома теплоємність і Tf і Ti - це кінцева та початкова температури.
Нахил графіку температури проти тепла, доданого до одиниці маси, становить лише 1/C.
Використовуючи цю формулу, порівняно легко розрахувати додану теплоту, кінцеву або початкову температуру або саме питоме тепло (саме так воно вимірюється), якщо відомі інші змінні.
Тепло додається для досягнення зміни температури
Спека q додають або еволюціонують для зміни температури маси м речовини з питомою теплоємністю C. є
$$ q = mC \ Delta T = mC (T_f - T_i) $$
Одиниці питомої теплоємності зазвичай складають Дж/моль · K (J · · моль -1 K -1) або J/g · K (J · · g -1 · K -1). Пам’ятайте, що можна sC поміняти на K, оскільки розмір градусів Цельсія та Кельвіна однакові.
Приклад 1
Розрахуйте кількість тепла (в джоулях), необхідну для зміни температури 1 літра води (1 л = 1 кг) від 20ЛљС до 37ЛљС.
Питома теплоємність (С) води становить 4,184 Дж/гЛљC (або Дж/г · К - якщо ми працюємо з градусами Цельсія або Кельвінами, ΔT буде однаковим, оскільки розмір двох однаковий. Це Фаренгейт, що є меншим за ступенем). Нам потрібно рівняння:
Підключивши 1000 г до маси 1 л води (грам визначається як маса 1 мл води) і зміни температури (37 ° C - 20 ° C), отримуємо:
$$ = (1000 \, г) \ ліворуч (4.185 \ frac \ right) (37 - 20) ЛљC $$
$$ = 71128 \; J = \ bf 71 \; KJ $$
Коли кількість Джоулів енергії перевищує 1000, ми, як правило, виражаємо кількість в КілоДжоулях (КДж), щоб спростити число.
Попрактикувати проблеми
(Використовуйте таблицю нижче, щоб знайти відсутні специфічні теплоти.)
| 1. | Скільки тепла (в джоулях) потрібно для підвищення температури 100 г H2O з 22ЛљС до 98ЛљС? | Рішення |
| 2. | Якщо для підвищення температури 100 г речовини на 25ЛљС (без зміни фази) потрібно 640 Дж теплової енергії, розрахуйте питому теплоту речовини. | Рішення |
| 3. | Якщо до 100 мл етанолу [щільність (ρ) = 789 кг · м -3] спочатку при 10 ° C додати 80 Дж тепла, розрахуйте кінцеву температуру зразка. | Рішення |
Рішення завдання 1
Розв’язання задачі 2
Переставте рівняння теплоти, щоб розв’язати для C:
$$ q = mC \ Delta T \; \ longrightarrow \; C = \ frac $$
Примітка: під час обчислення ΔT, 'OK' використовувати градуси Цельсія або Кельвіни, оскільки розмір, а отже і будь-яка різниця, будуть однаковими. Однак все це розпадається з Фаренгейтом.
Розв’язання задачі 3
Спочатку переставте рівняння теплоти, щоб визначити остаточну температуру.
$$ \ begin q = mC \ Delta T \; & \ longrightarrow \; T_f - T_i = \ frac \\ & \ longrightarrow T_f = \ frac + T_i \ end $$
Тепер обчисліть кількість грамів етанолу, використовуючи щільність, і обережно стежте за одиницями вимірювання.
Тепло (ентальпія) зміни фази
. або, що, якщо ми нагріваємо або охолоджуємо через температуру зі зміною фази
Фазові зміни є великим джерелом або стоком тепла. Ось, наприклад, крива нагріву води.
Він показує підвищення температури, оскільки тепло додається до води з постійною швидкістю. Ось що відбувається в регіонах A-E:
A. До твердої води (льоду) при температурі нижче 0ЛљС додається тепло, і температура її зростає з постійною швидкістю.
B. Твердий лід розтоплюють до рідкої води. Під час додавання прихованої теплоти плавлення (ΔHf), підвищення температури не спостерігається, але водневі зв’язки, що утримують лід, розриваються.