Spezifische Wärme ist die Energie, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 Gramm einer reinen Substanz um 1 ° zu erhöhen. Der Parameter hängt von seiner chemischen Zusammensetzung und dem Aggregatzustand ab: gasförmig, flüssig oder fest. Nach seiner Entdeckung begann eine neue Runde in der Entwicklung der Thermodynamik, die Wissenschaft der transienten Energieprozesse, die sich auf die Wärme und Funktionsweise des Systems beziehen.
Allgemein, Bei der Herstellung werden spezifische Wärme und die Grundlagen der Thermodynamik verwendet Kühler und Systeme zur Kühlung von Autos sowie in den Bereichen Chemie, Nukleartechnik und Aerodynamik. Wenn Sie wissen möchten, wie die spezifische Wärme berechnet wird, lesen Sie den vorgeschlagenen Artikel.
Formel
Bevor Sie mit der direkten Berechnung des Parameters fortfahren, sollten Sie sich mit der Formel und ihren Komponenten vertraut machen.
Die Formel zur Berechnung der spezifischen Wärme lautet wie folgt:
- c = Q / (m * ∆T)
Die Kenntnis der bei der Berechnung verwendeten Größen und ihrer symbolischen Bezeichnungen ist äußerst wichtig. Es ist jedoch notwendig, nicht nur ihr visuelles Erscheinungsbild zu kennen, sondern auch die Bedeutung jedes einzelnen von ihnen klar zu verstehen. Die Berechnung der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes wird durch folgende Komponenten dargestellt:
ΔT ist ein Symbol, das eine allmähliche Änderung der Temperatur eines Stoffes bedeutet. Das "Δ" -Zeichen wird als Delta ausgesprochen.
ΔT kann mit folgender Formel berechnet werden:
ΔT = t2 - t1, wobei
- t1 - Primärtemperatur;
- t2 ist die Endtemperatur nach der Änderung.
m ist die Masse der zum Erhitzen verwendeten Substanz (gr).
Q - Wärmemenge (J / J)
Auf der Basis von Tsr können andere Gleichungen abgeleitet werden:
- Q = m * cp * ΔT - Wärmemenge;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - die Masse der Substanz;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - Primärtemperatur;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - Endtemperatur.
Definition und Formel der Wärmemenge
Die innere Energie eines thermodynamischen Systems kann auf zwei Arten verändert werden:
- Arbeiten am System ausführen,
- durch thermische Wechselwirkung.
Die Übertragung von Wärme auf den Körper ist nicht mit makroskopischen Arbeiten am Körper verbunden. In diesem Fall wird die Änderung der inneren Energie durch die Tatsache verursacht, dass einzelne Körpermoleküle mit einer höheren Temperatur an einigen Molekülen des Körpers arbeiten, die eine niedrigere Temperatur haben. In diesem Fall wird eine thermische Wechselwirkung aufgrund der Wärmeleitfähigkeit realisiert. Energieübertragung ist auch durch Strahlung möglich. Das System mikroskopischer Prozesse (nicht auf den gesamten Körper, sondern auf einzelne Moleküle bezogen) wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Die Energiemenge, die durch Wärmeübertragung von einem Körper auf einen anderen übertragen wird, wird durch die Wärmemenge bestimmt, die von einem Körper auf einen anderen übertragen wird.
Definition
Wärme
wird die Energie genannt, die der Körper beim Wärmeaustausch mit den umgebenden Körpern (Umwelt) empfängt (oder abgibt). Wärme wird normalerweise durch den Buchstaben Q angezeigt.
Dies ist eine der Grundgrößen in der Thermodynamik. Wärme ist in den mathematischen Ausdrücken des ersten und zweiten Prinzips der Thermodynamik enthalten. Wärme soll Energie in Form von molekularer Bewegung sein.
Wärme kann an das System (Körper) übertragen oder von diesem abgeführt werden. Es wird angenommen, dass Wärme positiv ist, wenn sie dem System verliehen wird.
Anweisungen zur Berechnung des Parameters
Berechnung von
Die Substanz ist recht einfach und dazu müssen Sie die folgenden Schritte ausführen:
- Nehmen Sie die Berechnungsformel: Wärmekapazität = Q / (m * ∆T)
- Schreiben Sie die Anfangsdaten aus.
- Stecken Sie sie in die Formel.
- Berechnen Sie und erhalten Sie das Ergebnis.
Berechnen wir als Beispiel eine unbekannte Substanz mit einem Gewicht von 480 Gramm und einer Temperatur von 15 ° C, die infolge der Erwärmung (35.000 J) auf 250 ° C anstieg.
Gemäß den oben angegebenen Anweisungen führen wir die folgenden Aktionen aus:
Wir schreiben die Anfangsdaten aus:
- Q = 35 Tausend J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Wir nehmen die Formel, ersetzen die Werte und lösen:
c = Q / (m * ∆T) = 35.000 J / (480 g * 235º) = 35.000 J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Wärmemenge
Die Wärmemenge ist die Energie, die der Körper während der Wärmeübertragung verliert oder gewinnt. Dies geht auch aus dem Namen hervor. Beim Abkühlen verliert der Körper eine bestimmte Wärmemenge und beim Erhitzen nimmt er auf. Und die Antworten auf unsere Fragen haben uns gezeigt Wovon hängt die Wärmemenge ab? Erstens, je größer die Körpermasse ist, desto mehr Wärme muss aufgewendet werden, um die Temperatur um ein Grad zu ändern. Zweitens hängt die Wärmemenge, die zum Erwärmen eines Körpers erforderlich ist, von der Substanz ab, aus der er besteht, dh von der Art der Substanz. Und drittens ist der Unterschied der Körpertemperaturen vor und nach der Wärmeübertragung auch für unsere Berechnungen wichtig. Basierend auf dem oben Gesagten können wir Bestimmen Sie die Wärmemenge nach folgender Formel:
Q = cm (t_2-t_1),
wobei Q die Wärmemenge ist, m die Masse des Körpers ist, (t_2-t_1) die Differenz zwischen der Anfangs- und der Endtemperatur des Körpers ist, c die spezifische Wärmekapazität des Stoffes ist, ergibt sich aus den entsprechenden Tabellen .
Mit dieser Formel können Sie die Wärmemenge berechnen, die zum Erhitzen eines Körpers erforderlich ist oder die dieser Körper beim Abkühlen freisetzt.
Die Wärmemenge wird wie jede Art von Energie in Joule (1 J) gemessen. Dieser Wert wurde jedoch vor nicht allzu langer Zeit eingeführt, und die Menschen begannen viel früher, die Wärmemenge zu messen. Und sie verwendeten eine Einheit, die in unserer Zeit weit verbreitet ist - Kalorien (1 Kal.). 1 Kalorie ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhitzen. Anhand dieser Daten können diejenigen, die die Kalorien in verzehrten Lebensmitteln zählen möchten, aus Gründen des Interesses berechnen, wie viele Liter Wasser mit der Energie gekocht werden können, die sie tagsüber mit Lebensmitteln verbrauchen.
Zahlung
Lassen Sie uns die Berechnung durchführen CP
Wasser und Zinn unter folgenden Bedingungen:
- m = 500 g;
- t1 = 24ºC und t2 = 80ºC - für Wasser;
- t1 = 20ºC und t2 = 180ºC - für Zinn;
- Q = 28 Tausend J.
Zunächst bestimmen wir ΔT für Wasser bzw. Zinn:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56 ° C.
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160 ° C.
Dann finden wir die spezifische Wärme:
- с = Q / (m · ΔТв) = 28 Tausend J / (500 g · 56ºC) = 28 Tausend J / (28 Tausend g · ºC) = 1 J / g · ºC.
- s = Q / (m · ΔTo) = 28 Tausend J / (500 g · 160ºC) = 28 Tausend J / (80 Tausend g · ºC) = 0,35 J / g · ºC.
Somit betrug die spezifische Wärme von Wasser 1 J / g * ºC und die von Zinn 0,35 J / g * ºC. Wir können daher den Schluss ziehen, dass sich Zinn bei einem gleichen Wert der zugeführten Wärme von 28.000 J schneller erwärmt als Wasser, da seine Wärmekapazität geringer ist.
Die Wärmekapazität besitzen nicht nur Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe, sondern auch Lebensmittel.
Die Formel zur Berechnung der Wärme bei Temperaturänderungen
Die elementare Wärmemenge wird mit bezeichnet. Beachten Sie, dass das Wärmeelement, das das System mit einer kleinen Änderung seines Zustands empfängt (aufgibt), kein vollständiges Differential ist. Der Grund dafür ist, dass Wärme eine Funktion des Prozesses der Änderung des Systemzustands ist.
Die elementare Wärmemenge, die dem System zugeführt wird und deren Temperatur sich von T zu T + dT ändert, ist gleich:
Dabei ist C die Wärmekapazität des Körpers. Wenn der betrachtete Körper homogen ist, kann die Formel (1) für die Wärmemenge wie folgt dargestellt werden:
Wo ist die spezifische Wärme des Körpers, m ist die Masse des Körpers, ist die molare Wärme, ist die Molmasse einer Substanz und ist die Anzahl der Mol der Substanz.
Wenn der Körper homogen ist und die Wärmekapazität als temperaturunabhängig betrachtet wird, kann die Wärmemenge (), die der Körper mit einer Erhöhung seiner Temperatur um eine Menge erhält, wie folgt berechnet werden:
wobei t2, t1 Körpertemperatur vor und nach dem Erhitzen.Bitte beachten Sie, dass die Temperaturen beim Ermitteln der Differenz () in den Berechnungen sowohl in Celsius als auch in Kelvin ersetzt werden können.
Wie berechnet man die Wärmekapazität von Lebensmitteln?
Bei der Berechnung der Leistungskapazität Die Gleichung hat die folgende Form:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), wobei:
- w ist die Wassermenge im Produkt;
- p ist die Menge an Proteinen im Produkt;
- f ist der Prozentsatz an Fett;
- c ist der Prozentsatz an Kohlenhydraten;
- a ist der Prozentsatz anorganischer Komponenten.
Bestimmen Sie die Wärmekapazität von Viola-Frischkäse... Dazu schreiben wir die erforderlichen Werte aus der Zusammensetzung des Produkts (Gewicht 140 Gramm) aus:
- Wasser - 35 g;
- Proteine - 12,9 g;
- Fette - 25,8 g;
- Kohlenhydrate - 6,96 g;
- anorganische Bestandteile - 21 g.
Dann finden wir mit:
- 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.
Was bestimmt die Wärmemenge?
Die innere Energie des Körpers ändert sich bei der Arbeit oder bei der Wärmeübertragung. Beim Phänomen der Wärmeübertragung wird die innere Energie durch Wärmeleitung, Konvektion oder Strahlung übertragen.
Jeder Körper erhält oder verliert etwas Energie, wenn er erwärmt oder gekühlt wird (während der Wärmeübertragung). Auf dieser Grundlage ist es üblich, diese Energiemenge als Wärmemenge zu bezeichnen.
So, Die Wärmemenge ist die Energie, die der Körper bei der Wärmeübertragung abgibt oder empfängt.
Wie viel Wärme wird zum Erhitzen von Wasser benötigt? Anhand eines einfachen Beispiels können Sie verstehen, dass unterschiedliche Wärmemengen erforderlich sind, um unterschiedliche Wassermengen zu erwärmen. Nehmen wir an, wir nehmen zwei Reagenzgläser mit 1 Liter Wasser und 2 Litern Wasser. In welchem Fall wird mehr Wärme benötigt? Im zweiten Fall befinden sich 2 Liter Wasser im Reagenzglas. Das zweite Rohr braucht länger zum Aufheizen, wenn wir es mit derselben Feuerquelle erhitzen.
Die Wärmemenge hängt also vom Körpergewicht ab. Je größer die Masse ist, desto mehr Wärme wird zum Erhitzen benötigt und dementsprechend benötigt der Körper mehr Zeit zum Abkühlen.
Wovon hängt die Wärmemenge noch ab? Natürlich aus dem Temperaturunterschied zwischen Körpern. Aber das ist nicht alles. Wenn wir versuchen, Wasser oder Milch zu erhitzen, brauchen wir schließlich eine andere Zeit. Das heißt, es stellt sich heraus, dass die Wärmemenge von der Substanz abhängt, aus der der Körper besteht.
Infolgedessen stellt sich heraus, dass die Wärmemenge, die zum Erhitzen benötigt wird, oder die Wärmemenge, die beim Abkühlen des Körpers freigesetzt wird, von seiner Masse, von Temperaturänderungen und von der Art der Substanz abhängt, aus der der Körper besteht.
Hilfreiche Ratschläge
Denken Sie immer daran:
- Der Prozess des Erhitzens des Metalls ist schneller als der von Wasser, da dies der Fall ist CP
2,5 mal weniger; - Wenn möglich, konvertieren Sie die Ergebnisse in eine höhere Ordnung, wenn die Bedingungen dies zulassen.
- Um die Ergebnisse zu überprüfen, können Sie das Internet nutzen und nach dem berechneten Stoff suchen.
- Unter den gleichen Versuchsbedingungen werden bei Materialien mit geringer spezifischer Wärme signifikantere Temperaturänderungen beobachtet.
Formel für die Wärmemenge bei Phasenübergängen
Der Übergang von einer Phase einer Substanz zu einer anderen geht mit der Absorption oder Freisetzung einer bestimmten Wärmemenge einher, die als Phasenübergangswärme bezeichnet wird.
Um ein Element der Materie aus dem Zustand eines Feststoffs in eine Flüssigkeit zu übertragen, sollte eine Wärmemenge () angegeben werden, die gleich ist:
Wo ist die spezifische Schmelzwärme, dm ist das Body-Mass-Element. Es ist zu berücksichtigen, dass der Körper eine Temperatur haben muss, die der Schmelztemperatur des betreffenden Stoffes entspricht. Während der Kristallisation wird Wärme gleich (4) freigesetzt.
Die Wärmemenge (Verdampfungswärme), die benötigt wird, um eine Flüssigkeit in Dampf umzuwandeln, kann wie folgt ermittelt werden:
wobei r die spezifische Verdampfungswärme ist. Wenn Dampf kondensiert, wird Wärme freigesetzt. Die Verdampfungswärme ist gleich der Kondensationswärme gleicher Materiemassen.
Wie berechnet man die Wärmemenge, um den Körper zu erwärmen?
Beispielsweise muss die Wärmemenge berechnet werden, die aufgewendet werden muss, um 3 kg Wasser von einer Temperatur von 15 ° C auf eine Temperatur von 85 ° C zu erwärmen. Wir kennen die spezifische Wärme von Wasser, dh die Energiemenge, die benötigt wird, um 1 kg Wasser um 1 Grad zu erwärmen. Das heißt, um die Wärmemenge in unserem Fall herauszufinden, müssen Sie die spezifische Wärmekapazität von Wasser mit 3 und mit der Anzahl der Grad multiplizieren, um die Sie die Wassertemperatur erhöhen müssen. Das ist also 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
In Klammern berechnen wir die genaue Anzahl der Grad und subtrahieren die Initiale
Um 3 kg Wasser von 15 auf 85 ° C zu erwärmen, benötigen wir 882.000 J der Wärmemenge.
Die Wärmemenge wird durch den Buchstaben Q angegeben, die Formel zur Berechnung lautet wie folgt:
Q = c * m * (t2-t1).
Was ist spezifische Wärme?
Jede Substanz in der Natur hat ihre eigenen Eigenschaften, und das Erhitzen jeder einzelnen Substanz erfordert eine andere Energiemenge, d.h. die Wärmemenge.
Spezifische Wärme eines Stoffes Ist ein Wert, der der Wärmemenge entspricht, die auf einen Körper mit einer Masse von 1 Kilogramm übertragen werden muss, um ihn auf eine Temperatur von 1 0 ° C zu erwärmen
Die spezifische Wärme wird mit dem Buchstaben c bezeichnet und hat einen Messwert von J / kg *
Beispielsweise beträgt die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4200 J / kg * 0 ° C. Das heißt, dies ist die Wärmemenge, die auf 1 kg Wasser übertragen werden muss, um es um 1 0C zu erwärmen
Es ist zu beachten, dass die spezifische Wärmekapazität von Substanzen in verschiedenen Aggregatzuständen unterschiedlich ist. Das heißt, eine andere Wärmemenge ist erforderlich, um das Eis um 1 ° C zu erhitzen.
