Vücudu ısıtmak için gereken veya soğutma sırasında salınan ısı miktarının hesaplanması. Isı miktarı: konsept, hesaplamalar, uygulama

İş yaparak iç enerjideki değişiklik, iş miktarı ile karakterize edilir, yani. iş, belirli bir süreçte iç enerjideki değişimin bir ölçüsüdür. Isı transferi sırasında bir cismin iç enerjisindeki değişim, ısı miktarı adı verilen bir miktar ile karakterize edilir.

iş yapmadan ısı transferi sürecinde vücudun iç enerjisindeki değişimdir. Isı miktarı harf ile gösterilir. Q .

İş, iç enerji ve ısı miktarı aynı birimlerle ölçülür - joule ( J), diğer herhangi bir enerji türü gibi.

Termal ölçümlerde özel bir enerji birimi olan kalori ( dışkı), eşittir 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarı (daha doğrusu 19,5 ila 20,5 ° C). Bu birim özellikle şu anda apartmanlarda ısı (termal enerji) tüketiminin hesaplanmasında kullanılmaktadır. Ampirik olarak, ısının mekanik eşdeğeri belirlendi - kalori ve joule arasındaki oran: 1 kal = 4,2 J.

Bir cisim iş yapmadan belli miktarda ısı verirse iç enerjisi artar, belli miktarda ısı verirse iç enerjisi azalır.

Aynı sıcaklıktaki iki kaba 100 gr, diğerine 400 gr su döküp aynı ocaklara koyarsanız, birinci kaptaki su daha erken kaynar. Bu nedenle, vücudun kütlesi ne kadar büyükse, ısınması için ihtiyaç duyduğu ısı miktarı o kadar fazladır. Aynı şey soğutma için de geçerli.

Bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, cismin yapıldığı maddenin cinsine de bağlıdır. Vücudu ısıtmak için gerekli olan ısı miktarının madde tipine olan bu bağımlılığı, adı verilen fiziksel bir miktar ile karakterize edilir. özgül ısı kapasitesi maddeler.

- bu, 1 kg maddeyi 1 ° C (veya 1 K) ısıtmak için bildirilmesi gereken ısı miktarına eşit fiziksel bir niceliktir. 1 kg madde 1 °C'ye soğutulduğunda aynı miktarda ısı verir.

Özgül ısı kapasitesi harfle gösterilir İle. Özgül ısı kapasitesinin birimi 1 J/kg °C veya 1 J/kg °K.

Maddelerin özgül ısı kapasitesi değerleri deneysel olarak belirlenir. Sıvıların özgül ısı kapasitesi metallerden daha yüksektir; Su en yüksek özgül ısı kapasitesine sahiptir, altın çok küçük bir özgül ısı kapasitesine sahiptir.

Isı miktarı cismin iç enerjisindeki değişime eşit olduğu için özgül ısı kapasitesi iç enerjinin ne kadar değiştiğini gösterir diyebiliriz. 1 kg maddenin sıcaklığı değiştiğinde 1 °C. Özellikle 1 kg kurşunun iç enerjisi 1°C ısıtıldığında 140 J artar, soğutulduğunda ise 140 J azalır.

Q \u003d c ∙ m (t 2 - t 1)

Aynı formüle göre vücudun soğuduğunda verdiği ısı miktarı da hesaplanır. Sadece bu durumda son sıcaklık başlangıç ​​sıcaklığından çıkarılmalıdır, yani; Küçük sıcaklığı büyük sıcaklıktan çıkarın.

Bu, konuyla ilgili bir özettir. "Isı miktarı. Özısı". Sonraki adımları seçin:

• Bir sonraki özete git:

Bu derste, bir cismi ısıtmak veya soğuduğunda salmak için gereken ısı miktarını nasıl hesaplayacağımızı öğreneceğiz. Bunu yapmak için önceki derslerde edindiğimiz bilgileri özetleyeceğiz.

Ayrıca bu formülden kalan nicelikleri ifade etmek için ısı miktarı formülünü nasıl kullanacağımızı öğreneceğiz ve diğer nicelikleri bilerek bunları hesaplayacağız. Isı miktarını hesaplamak için çözümü olan bir problem örneği de ele alınacaktır.

Bu ders, bir cisim ısıtıldığında veya soğutulduğunda salındığında ısı miktarının hesaplanmasına ayrılmıştır.

Gerekli ısı miktarını hesaplayabilme yeteneği çok önemlidir. Bu, örneğin bir odayı ısıtmak için suya verilmesi gereken ısı miktarını hesaplarken gerekli olabilir.

Pirinç. 1. Odayı ısıtmak için suya iletilmesi gereken ısı miktarı

Veya çeşitli motorlarda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarını hesaplamak için:

Pirinç. 2. Motorda yakıt yandığında açığa çıkan ısı miktarı

Ayrıca, örneğin Güneş tarafından salınan ve Dünya'ya çarpan ısı miktarını belirlemek için bu bilgiye ihtiyaç vardır:

Pirinç. 3. Güneş tarafından salınan ve Dünya'ya düşen ısı miktarı

Isı miktarını hesaplamak için üç şeyi bilmeniz gerekir (Şekil 4):

• vücut ağırlığı (genellikle bir terazi ile ölçülebilir);
• vücudu ısıtmak veya soğutmak için gereken sıcaklık farkı (genellikle bir termometre ile ölçülür);
• vücudun özgül ısı kapasitesi (tablodan belirlenebilir).

Pirinç. 4. Belirlemek için bilmeniz gerekenler

Isı miktarını hesaplamak için formül aşağıdaki gibidir:

Bu formül aşağıdaki miktarları içerir:

Joule (J) cinsinden ölçülen ısı miktarı;

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi;

- sıcaklık farkı, santigrat derece () cinsinden ölçülür.

Isı miktarını hesaplama problemini düşünün.

Görev

Kütlesi gram olan bakır bir bardakta hacmi 1 litre olan su vardır. Bir bardak suya sıcaklığının eşit olması için ne kadar ısı aktarılması gerekir?

Pirinç. 5. Sorunun durumunun gösterimi

İlk önce kısa bir koşul yazıyoruz ( verilen) ve tüm miktarları uluslararası sisteme (SI) dönüştürün.

Çözüm:

İlk olarak, bu sorunu çözmek için başka hangi niceliklere ihtiyacımız olduğunu belirleyin. Özgül ısı kapasitesi tablosuna göre (Tablo 1), (camın bakır olması koşuluyla bakırın özgül ısı kapasitesi), (camın içinde su olması koşuluyla suyun özgül ısı kapasitesi) bulduk. Ek olarak, ısı miktarını hesaplamak için bir su kütlesine ihtiyacımız olduğunu biliyoruz. Koşula göre, bize sadece hacim verilir. Bu nedenle suyun yoğunluğunu tablodan alıyoruz: (Çizelge 2).

Sekme 1. Bazı maddelerin özgül ısı kapasitesi,

Sekme 2. Bazı sıvıların yoğunlukları

Şimdi bu sorunu çözmek için ihtiyacımız olan her şeye sahibiz.

Toplam ısı miktarının, bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarı ile içindeki suyu ısıtmak için gereken ısı miktarının toplamından oluşacağına dikkat edin:

Önce bakır camı ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplıyoruz:

Suyu ısıtmak için gereken ısı miktarını hesaplamadan önce, 7. sınıftan aşina olduğumuz formülü kullanarak suyun kütlesini hesaplıyoruz:

Şimdi hesaplayabiliriz:

O zaman hesaplayabiliriz:

Ne anlama geldiğini hatırlayın: kilojul. "kilo" öneki, yani anlamına gelir.

Cevap:.

Isı miktarını bulma problemlerini (sözde doğrudan problemler) ve bu kavramla ilişkili miktarları çözme kolaylığı için aşağıdaki tabloyu kullanabilirsiniz.

Ocakta ne daha hızlı ısınır - bir su ısıtıcısı mı yoksa bir kova su mu? Cevap açık - bir su ısıtıcısı. O zaman ikinci soru neden?

Cevap daha az açık değil - çünkü su ısıtıcısındaki su kütlesi daha az. Harika. Ve şimdi en gerçek fiziksel deneyimi evde kendiniz yapabilirsiniz. Bunu yapmak için iki özdeş küçük tencereye, eşit miktarda suya ve bitkisel yağa, örneğin her biri yarım litreye ve bir sobaya ihtiyacınız olacak. Tencere yağ ve suyu aynı ateşe koyun. Ve şimdi neyin daha hızlı ısınacağını izleyin. Sıvılar için termometre varsa kullanabilirsiniz, yoksa ara sıra parmağınızla sıcaklığı deneyebilirsiniz, sadece kendinizi yakmamaya dikkat edin. Her durumda, yakında yağın sudan önemli ölçüde daha hızlı ısındığını göreceksiniz. Ve deneyim şeklinde de uygulanabilecek bir soru daha. Hangisi daha hızlı kaynar - ılık su mu yoksa soğuk mu? Her şey yine açık - ilk bitiren sıcak olan olacak. Neden tüm bu garip sorular ve deneyler? "Isı miktarı" olarak adlandırılan fiziksel miktarı belirlemek için.

ısı miktarı

Isı miktarı, ısı transferi sırasında vücudun kaybettiği veya kazandığı enerjidir. Adından bu anlaşılıyor. Vücut soğurken belli bir miktarda ısı kaybeder ve ısıtıldığında emer. Ve sorularımızın cevapları bize gösterdi ısı miktarı neye bağlıdır? Birincisi, cismin kütlesi ne kadar büyükse, sıcaklığını bir derece değiştirmek için harcanması gereken ısı miktarı da o kadar fazladır. İkincisi, bir cismi ısıtmak için gereken ısı miktarı, onu oluşturan maddeye, yani maddenin cinsine bağlıdır. Üçüncüsü, ısı transferi öncesi ve sonrası vücut sıcaklığındaki fark da hesaplamalarımız için önemlidir. Yukarıdakilere dayanarak, yapabiliriz ısı miktarını formüle göre belirleyin:

burada Q ısı miktarıdır,
m - vücut ağırlığı,
(t_2-t_1) - ilk ve son vücut sıcaklıkları arasındaki fark,
c - maddenin özgül ısı kapasitesi, ilgili tablolardan bulunur.

Bu formülü kullanarak, herhangi bir cismi ısıtmak için gerekli olan veya bu cismin soğuduğunda salacağı ısı miktarını hesaplayabilirsiniz.

Isı miktarı, diğer herhangi bir enerji türü gibi joule (1 J) cinsinden ölçülür. Ancak, bu değer çok uzun zaman önce tanıtıldı ve insanlar ısı miktarını çok daha önce ölçmeye başladı. Ve zamanımızda yaygın olarak kullanılan bir birim kullandılar - bir kalori (1 cal). 1 kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Bu verilerden yola çıkarak, yedikleri yiyeceklerin kalorilerini saymayı sevenler, gün içinde yiyeceklerle birlikte tükettikleri enerji ile kaç litre suyun kaynatılabileceğini hesaplayabilirler.

Bir cismin iç enerjisi, iş yapıldığında veya ısı transfer edildiğinde değişir. Isı transferi olgusu ile iç enerji, ısı iletimi, konveksiyon veya radyasyon yoluyla aktarılır.

Her vücut ısıtıldığında veya soğutulduğunda (ısı transferi sırasında) bir miktar enerji alır veya kaybeder. Buna dayanarak, bu enerji miktarını ısı miktarı olarak adlandırmak gelenekseldir.

Bu yüzden, ısı miktarı, bir cismin ısı transferi sürecinde verdiği veya aldığı enerjidir.

Suyu ısıtmak için ne kadar ısı gerekir? Basit bir örnek kullanarak, farklı miktarlarda suyu ısıtmak için farklı miktarlarda ısının gerekli olduğu anlaşılabilir. 1 litre su ve 2 litre su içeren iki test tüpü aldığımızı varsayalım. Hangi durumda daha fazla ısı gerekecektir? İkincisinde ise bir test tüpünde 2 litre su vardır. İkinci test tüpünü aynı ateş kaynağıyla ısıtırsak ısınması daha uzun sürer.

Bu nedenle, ısı miktarı vücudun kütlesine bağlıdır. Kütle ne kadar büyükse, ısıtma için gereken ısı miktarı o kadar fazladır ve buna bağlı olarak vücudun soğuması daha fazla zaman alır.

Isı miktarını başka ne belirler? Doğal olarak, vücutların sıcaklık farkından. Ama hepsi bu kadar değil. Sonuçta, suyu veya sütü ısıtmaya çalışırsak, farklı bir zamana ihtiyacımız olacak. Yani, ısı miktarının vücudun oluştuğu maddeye bağlı olduğu ortaya çıktı.

Sonuç olarak, ısınmak için gereken ısı miktarının veya vücut soğuduğunda salınan ısı miktarının kütlesine, sıcaklık değişimlerine ve vücudun oluşturduğu maddenin türüne bağlı olduğu ortaya çıkıyor.

Isı miktarı nasıl ölçülür?

Arka ısı birimi olmasına karar verildi 1 joule. Enerji ölçüm biriminin ortaya çıkmasından önce, bilim adamları ısı miktarını kalori cinsinden değerlendirdiler. Bu ölçü birimini kısaltılmış biçimde yazmak gelenekseldir - “J”

Kalori 1 gram suyun sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Kısaltılmış kalori birimi genellikle yazılır - "cal".

1 kal = 4,19 J.

Lütfen bu enerji birimlerinde, yiyeceğin besin değerini kJ ve kcal cinsinden not etmenin geleneksel olduğunu unutmayın.

1 kcal = 1000 cal.

1 kJ = 1000J

1 kcal = 4190 J = 4,19 kJ

özgül ısı kapasitesi nedir

Doğadaki her maddenin kendine has özellikleri vardır ve her bir maddenin ısıtılması farklı miktarda enerji gerektirir, yani. ısı miktarı.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi Kütlesi 1 kilogram olan bir cismi 1 °C sıcaklığa ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına eşit bir miktardır. 0C

Özgül ısı kapasitesi c harfi ile gösterilir ve J / kg * ölçüm değerine sahiptir.

Örneğin, suyun özgül ısı kapasitesi 4200 J/kg'dır* 0 C. Yani 1 kg suya 1 kat ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarıdır. 0C

Farklı agregasyon durumlarındaki maddelerin özgül ısı kapasitelerinin farklı olduğu unutulmamalıdır. Yani buzu 1 kat ısıtmak 0 C farklı miktarda ısı gerektirecektir.

Vücudu ısıtmak için ısı miktarı nasıl hesaplanır

Örneğin 3 kg suyu 15°C sıcaklıktan ısıtmak için harcanması gereken ısı miktarını hesaplamak gerekir. 0 C ila 85 0 C. Suyun özgül ısı kapasitesini, yani 1 kg suyu 1 derece ısıtmak için gereken enerji miktarını biliyoruz. Yani bizim durumumuzda ısı miktarını bulmak için suyun özgül ısı kapasitesini 3 ile ve suyun sıcaklığını arttırmanız gereken derece sayısı ile çarpmanız gerekir. Yani bu 4200*3*(85-15) = 882.000.

Parantez içinde, gerekli son sonuçtan ilk sonucu çıkararak tam derece sayısını hesaplıyoruz.

Yani, 3 kg suyu 15'ten 85'e ısıtmak için 0 C, 882.000 J ısıya ihtiyacımız var.

Isı miktarı Q harfi ile gösterilir, hesaplanması için formül aşağıdaki gibidir:

Q \u003d c * m * (t 2 -t 1).

Çözümleme ve problem çözme

Görev 1. 0,5 kg suyu 20'den 50'ye ısıtmak için ne kadar ısı gerekir? 0 С

verilen:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 4200 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 20 0 C,

t 2 \u003d 50 0 C.

Özgül ısı kapasitesinin değerini tablodan belirledik.

Çözüm:

2 -t 1 ).

Değerleri değiştirin:

Q \u003d 4200 * 0,5 * (50-20) \u003d 63.000 J \u003d 63 kJ.

Cevap: Q=63 kJ.

Görev 2. 0,5 kg'lık bir alüminyum çubuğu 85°C ısıtmak için ne kadar ısı gerekir? 0 C?

verilen:

m = 0,5 kg.,

c \u003d 920 J / kg * 0 C,

t 1 \u003d 0 0 С,

t 2 \u003d 85 0 C

Çözüm:

ısı miktarı Q=c*m*(t 2 -t 1 ).

Değerleri değiştirin:

Q \u003d 920 * 0,5 * (85-0) \u003d 39 100 J \u003d 39,1 kJ.

Cevap: S= 39,1 kJ.

ISI DEĞİŞİMİ.

1. Isı transferi.

Isı değişimi veya ısı transferi bir cismin iç enerjisini iş yapmadan diğerine aktarma işlemidir.

Üç tip ısı transferi vardır.

1) Termal iletkenlik doğrudan temas halindeki cisimler arasındaki ısı alışverişidir.

2) Konveksiyonısının gaz veya sıvı akışları ile aktarıldığı ısı transferidir.

3) Radyasyon elektromanyetik radyasyon yoluyla ısı transferidir.

2. Isı miktarı.

Isı miktarı, ısı alışverişi sırasında bir cismin iç enerjisindeki değişimin bir ölçüsüdür. Harf ile gösterilir Q.

Isı miktarının ölçü birimi = 1 J.

Isı transferi sonucunda bir vücut tarafından başka bir vücuttan alınan ısı miktarı, sıcaklığı artırmak (moleküllerin kinetik enerjisini artırmak) veya agregasyon durumunu değiştirmek (potansiyel enerjiyi artırmak) için harcanabilir.

3. Bir maddenin özgül ısı kapasitesi.

Deneyimler, m kütleli bir cismi T 1 sıcaklığından T 2 sıcaklığına ısıtmak için gereken ısı miktarının vücut kütlesi m ve sıcaklık farkı (T 2 - T 1) ile orantılı olduğunu göstermektedir, yani.

Q = santimetre(T 2 - T 1 ) = ileMΔ T,

İleısıtılan cismin maddesinin özgül ısı kapasitesi denir.

Bir maddenin özgül ısı kapasitesi, 1 kg maddeyi 1 K ısıtmak için verilmesi gereken ısı miktarına eşittir.

Özgül ısı kapasitesi birimi =.

Çeşitli maddelerin ısı kapasitesi değerleri fiziksel tablolarda bulunabilir.

Vücut ΔT ile soğutulduğunda tam olarak aynı miktarda Q ısısı açığa çıkacaktır.

4. Spesifik buharlaşma ısısı.

Deneyimler, bir sıvıyı buhara dönüştürmek için gereken ısı miktarının sıvının kütlesi ile orantılı olduğunu, yani

Q = lm,

orantılılık katsayısı nerede L buharlaşmanın özgül ısısı denir.

Özgül buharlaşma ısısı, kaynama noktasındaki 1 kg sıvıyı buhara dönüştürmek için gerekli olan ısı miktarına eşittir.

Spesifik buharlaşma ısısı için ölçü birimi.

Tersine işlemde, buharın yoğuşması, buharlaşmaya harcanan miktarda ısı açığa çıkar.

5. Spesifik füzyon ısısı.

Deneyimler, bir katıyı sıvıya dönüştürmek için gereken ısı miktarının cismin kütlesi ile orantılı olduğunu, yani

Q = λ M,

burada orantılılık katsayısı λ, özgül füzyon ısısı olarak adlandırılır.

Erime özgül ısısı, 1 kg ağırlığındaki katı bir cismi erime noktasında sıvı hale getirmek için gerekli olan ısı miktarına eşittir.

Spesifik füzyon ısısı için ölçü birimi.

Tersine işlemde, bir sıvının kristalleştirilmesinde, erimeye harcanan miktarda ısı açığa çıkar.

6. Özgül yanma ısısı.

Deneyimler, yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarının yakıtın kütlesi ile orantılı olduğunu, yani;

Q = QM,

Burada orantılılık faktörü q yanmanın özgül ısısı olarak adlandırılır.

Özgül yanma ısısı, 1 kg yakıtın tamamen yanması sırasında açığa çıkan ısı miktarına eşittir.

Yanma özgül ısısı için ölçü birimi.

7. Isı dengesi denklemi.

Isı alışverişinde iki veya daha fazla cisim yer alır. Bazı cisimler ısı verirken diğerleri ısıyı alır. Isı transferi, cisimlerin sıcaklıkları eşitlenene kadar gerçekleşir. Enerjinin korunumu yasasına göre, verilen ısı miktarı alınan ısı miktarına eşittir. Bu temelde, ısı dengesi denklemi yazılır.

Bir örnek düşünün.

Isı kapasitesi c1 olan m1 kütleli bir cismin sıcaklığı T1'dir ve ısı kapasitesi c2 olan m2 kütleli bir cismin sıcaklığı T2'dir. Ayrıca, T 1, T 2'den büyüktür. Bu bedenler temas ettirilir. Deneyimler, soğuk bir cismin (m2) ısınmaya başladığını ve sıcak bir cismin (m1) soğumaya başladığını göstermektedir. Bu, sıcak bir cismin iç enerjisinin bir kısmının soğuk olana aktarıldığını ve sıcaklıkların eşitlendiğini gösterir. Nihai toplam sıcaklığı θ ile gösterelim.

Sıcak bir cisimden soğuk bir cisme aktarılan ısı miktarı

Q aktarıldı. = C 1 M 1 (T 1 – θ )

Soğuk cismin sıcak cisimden aldığı ısı miktarı

Q kabul edilmiş. = C 2 M 2 (θ – T 2 )

Enerjinin korunumu yasasına göre Q aktarıldı. = Q kabul edilmiş., yani

C 1 M 1 (T 1 – θ )= C 2 M 2 (θ – T 2 )

Parantezleri açalım ve toplam sabit durum sıcaklığı θ değerini ifade edelim.

Bu durumda sıcaklık değeri θ kelvin cinsinden elde edilecektir.

Ancak ifadelerde Q geçtiğinden beri. ve Q alınır. iki sıcaklık arasında bir fark varsa ve hem kelvin hem de Santigrat derece olarak aynıysa, o zaman hesaplama Santigrat derece olarak yapılabilir. Daha sonra

Bu durumda, sıcaklık değeri θ Santigrat derece olarak elde edilecektir.

Isı iletiminin bir sonucu olarak sıcaklıkların hizalanması, moleküler kinetik teori temelinde, termal kaotik hareket sürecinde çarpışma sırasında moleküller arasındaki kinetik enerji alışverişi olarak açıklanabilir.

Bu örnek bir grafikle gösterilebilir.