Однією з найвизначніших і найважливіших тем калориметрії є тема Питома теплоємність, але перед тим, як говорити про питому теплоту, нам потрібно знати про Чутливе тепло та Приховане тепло, нарешті, зрозумівши ці терміни, ми зможемо розв’язувати вправи або задачі з даної теми, і додатково ми вирішимо більше запропонованих вправ.
🔥 Що таке розумне тепло і приховане тепло?
Коли тіло отримує або віддає певну кількість теплової енергії, ми можемо спостерігати, як наслідок, зміну температури або зміну фізичного стану.
Коливання температури відповідає зміні стану збудження частинок тіла. У цьому випадку називається передана теплова енергія відчутне тепло. Зміна фізичного стану відповідає зміні агрегатного стану частинок тіла, в результаті чого тверда речовина, наприклад, перетворюється на рідину. Теплова енергія, що відповідає за зміни стану, називається приховане тепло.
Також дуже важливо, щоб різниця між теплом і температурою була дуже чіткою. Тепло - це назва, яку ми називаємо тепловою енергією, коли вона переходить між двома місцями різної температури. Температура - це термодинамічний стан тіла, який ми пов’язуємо із середнім рівнем збудження його частинок.
Якщо ми побачимо малюнок, то помітимо наступне. Теплова енергія, яку подає полум'я печі, спочатку використовувалась для нагрівання чайника та води. Коли відбувається закипання, ми спостерігаємо, як водяна пара виходить із сопла котла. Ця пара є частиною води, яка перетворилася в газоподібний стан.
🤔 Що таке питоме тепло?
Щоб зрозуміти Питома теплоємність, важливо проаналізувати багато випадків та ситуацій. Для цього ми проаналізуємо це потроху.
Найбільш чіткий ефект для розуміння цього явища полягає в наступному, він виникає, коли коливання температури об’єкта подається або відводиться теплова енергія, тобто коли ми його нагріваємо або охолоджуємо. Якщо ми ставимо каструлю з водою на палаючу піч, її температура зростає. Якщо ми помістимо його всередину холодильника або холодильника, його температура знижується. Але від чого залежать ці коливання температури? Саме про це ми поговоримо у цій статті.
Уявіть такі ситуації:
Випадок 1:
У нас є два горщики, один із заліза, а другий зі скла, що містить однакову кількість води, підтримуваний двома різними пальниками. Як ви думаєте, чи буде різниця в температурах через той самий інтервал часу?
Випадок 2:
Два однакові горщики, що містять однакову кількість води, одночасно ставлять на різні пальники печі, один з полум’ям, а другий з полум’ям. Як ви думаєте, чи буде різниця у часі закипання води?
Випадок 3:
Знову ж таки, у нас є дві каструлі, і обидві однакові, одна містить 1 літр води, а інша 1/2 літра, вони розміщені на різних пальниках. Думаєте, один із них закипить першим за інший?
Порівняння попередніх випадків показують, що підвищення температури тіла залежить від матеріалу, з якого воно зроблене (Випадок 1), це також залежить від кількості поданого тепла (Випадок 2) і кількість речовини в організмі (Випадок 3). Те саме відбулося б у разі охолодження.
Характеристика, яка залежить від матеріалу або речовини, з якого виготовлений предмет, називається питоме тепло.
Що стосується питомого тепла, це дає нам зрозуміти, коли матеріал складніше нагрівати або охолоджувати, тобто чим менша його варіація температури, коли він отримує або втрачає однакову кількість тепла або теплової енергії. Ми можемо думати про нього питома теплоємність як міра "стійкості" речовини до зміни температури коли я міняю тепло.
У першій ситуації залізний казан досягає вищої температури, ніж скляний, оскільки залізо має нижчу питому теплоємність, ніж скло.
Питома теплота (ce) визначається як кількість теплоти, необхідна граму речовини для підвищення температури до одного градуса за Цельсієм. Найбільш часто використовуваною одиницею виміру для питомої температури є кал/г ° С.
📈 Таблиця питомих тепла
З цієї таблиці можна зробити висновок, що коливання температури тіла при обміні певною кількістю теплової енергії залежить від матеріалу, з якого складається тіло (питома теплоємність), та його маси.
Ми бачимо, що вода має більш питоме тепло, що ускладнює нагрівання.
Специфічна формула тепла
Математично ми виражаємо питому теплоту таким чином:
ΔQ = Збільшення тепла (вимірюється в калоріях)
ΔT = Підвищення температури (вимірюється в ° C)
m = Маса (вимірюється в грамах)
Іноді ми можемо знайти формулу Теплоємність звідки походить формула питомого тепла.
C = Теплоємність (кал/° С)
ΔQ = Збільшення тепла (вимірюється в калоріях)
ΔT = Підвищення температури (вимірюється в ° C)
🔸 Вирішені вправи на певну теплоту
Щоб набагато краще зрозуміти тему Специфічного тепла, давайте подивимося рішення наступних проблем.
Завдання 1.- 600 грам заліза знаходиться при температурі 19 ° С. Якою буде його остаточна температура, якщо її годувати 1300 калоріями?
Рішення:
Вправу дуже легко вирішити, оскільки є 600 грам заліза, яке спочатку має температуру 19 ° C і яке постачається з кількістю калорій 1300, нарешті воно просить нас розрахувати кінцеву температуру, але не забуваємо що це Він має справу з питомою теплотою заліза. Отже, беручи до уваги дані, які ми маємо.
Дані:
а) Отримати температуру остаточний
У нас є формула для питомого тепла:
Розв'язування для температури:
Коливання температури можна записати наступним чином:
Розв'язування для кінцевої температури "Tf"
Тепер, якщо ми можемо підставити наші дані у формулу, таким чином:
Здійснюючи множення знаменника, отримуємо.
Отже, результат кінцевої температури є 38,17 ° С
Завдання 2.- Скільки тепла потрібно прикласти до 24 кг срібла для підвищення температури з 31 ° C до 95 ° C?
Рішення:
На відміну від першої проблеми, ми бачимо, що в цій задачі нам пропонується знайти кількість тепла, необхідне для підвищення температури 24 кг срібла з 31 ° C до 95 ° C, але ми також повинні мати на увазі, що це злиток срібла. Не забудьте перевести масу в грами.
Дані:
а) Отримання кількості тепла для срібного злитка
З формули питомої теплоти ми маємо:
Оскільки проблема просить нас знайти кількість тепла, ми збираємось її вирішити.
Ми також можемо записати температуру таким чином:
Тепер, якщо ми можемо підставити наші дані у формулу:
Виконання віднімання температури:
Помноживши одиниці, отримуємо:
Це дає нам загальну 106176 калорій так що весь процес, який проблема просить нас пройти.
Завдання 3.- Визначте кількість тепла, яке 5200 грамовий срібний злиток віддає навколишньому середовищу при охолодженні від 130 ° C до 10 ° C?
Рішення:
Як і попередня проблема, у цій задачі вона просить нас розрахувати кількість тепла, лише те, що це тепло не подається, а є теплом, яке передається в навколишнє середовище, оскільки температура падає від 130 ° C до 10 ° C. Матеріал, який піддається впливу, є сріблом, тому його питома теплоємність повинна враховуватися.
а) Отримати кількість переданого тепла
Ми застосовуємо формулу для питомої теплоємності, але пам’ятаємо, що в попередній задачі ми вже вирішили змінну ΔQ, тобто:
Що ми також можемо написати так:
Підставивши дані у формулу:
Рішення щодо різниці температур:
Множачись, ми нарешті отримуємо:
Що таке цінність -34 944 калорій
Примітка: Негативний знак (-), який ми отримали в результаті, вказує на зниження температури, оскільки тіло почало віддавати тепло навколишньому середовищу.
Вправи для відпрацювання специфічного тепла
Зараз саме час потренуватися на деяких прикладах та проблемах. Кожен має своє рішення перевірити, чи досягли вони правильного результату. 😊👇
Завдання 4.- Скільки тепла потрібно подати на 600 грам води, щоб підвищити її температуру з 25 ° С до 100 ° С?
Завдання 5.- Скільки калорій потрібно подати на шматок металевого заліза 3,5 кг, щоб підвищити його температуру з 26 ° C до 140 ° C?
Завдання 6.- Визначте питому теплоємність шматка вагою 720,325 грам, якому для підвищення температури з 37 ° С до 140 ° С потрібно 2300 калорій. Зверніться до таблиці конкретних температур, щоб визначити, про який вид речовини йде мова.