Wenn Objekte mit unterschiedlichen Temperaturen miteinander in Kontakt kommen, fließt Wärme vom wärmeren zum kälteren Objekt. Der Wärmeaustausch endet, sobald die beiden Objekte ein thermisches Gleichgewicht erreicht haben . Man kann sagen, dass Wärmeaustausch eine Temperaturänderung der in Kontakt stehenden Objekte bewirkt . Aus dieser kurzen Erklärung lässt sich schließen, dass Wärme (Q) mit der Temperaturänderung (ΔT) eines Objekts zusammenhängt . Jedes Objekt besitzt eine Masse (m) und ist von unterschiedlicher Art.
Die Herleitung der Wärmeformel in diesem Artikel erfolgt durch logisches Denken. Sie können die Gültigkeit dieser Argumentation anhand Ihrer Alltagserfahrung oder durch ein Experiment überprüfen.
Der Zusammenhang zwischen Wärme (Q) und Temperaturänderung (delta T)
Zwei Behälter sind mit Wasser gleicher Masse gefüllt. Das Wasser wird mit zwei verschiedenen Herdplatten erhitzt. Die Flamme der einen Herdplatte ist kleiner, die der anderen größer. Welcher Behälter ist nach zehn Minuten Erhitzung heißer? Wer schon einmal Wasser erhitzt hat, wird zustimmen, dass das Wasser, das mit der Herdplatte mit der größeren Flamme erhitzt wurde, heißer ist (die Endtemperatur des Wassers ist höher bzw. die Temperaturänderung ist größer).
Die Flamme repräsentiert die Wärmemenge (Q). Eine kleine Flamme erzeugt wenig Wärme, eine große Flamme viel Wärme. Bei geringer Wärmemenge ist die Temperaturänderung gering. Bei hoher Wärmemenge ist die Temperaturänderung groß. Je mehr Wärme, desto größer die Temperaturänderung. Daraus lässt sich schließen, dass die Wärmemenge (Q) proportional zur Temperaturänderung des Objekts ist.
Beziehung zwischen Wärme (Q) und Masse des Objekts (m)
Zwei Behälter sind mit Wasser unterschiedlicher Masse gefüllt: einer mit mehr, der andere mit weniger Wasser. Das Wasser wird mit zwei Herdplatten mit gleicher Flamme erhitzt. Nach zehn Minuten Erhitzung ist das Wasser im einen Behälter heißer. Wer schon einmal Wasser erhitzt hat, weiß, dass das Wasser im Behälter mit weniger Wasser heißer ist (die Endtemperatur ist höher bzw. die Temperaturänderung größer). Damit das Wasser im größeren Behälter die gleiche Temperaturänderung erfährt wie im kleineren, muss die Flamme, die das größere Wasser erhitzt, größer sein.
Die Wassermenge entspricht der Masse des Wassers (m). Die Flammengröße entspricht der Wärmemenge. Daraus lässt sich schließen, dass die Wärmemenge (Q) proportional zur Temperaturänderung des Objekts ist. Je mehr Wasser vorhanden ist, desto mehr Wärme wird benötigt, um die Wassertemperatur zu erhöhen.
Der Zusammenhang zwischen Wärme (Q) und der Art des Objekts ( c )
Wenn man einen Eisenstab und einen gleich großen Glasstab gleichzeitig mit derselben Flamme erhitzt, welcher erhitzt sich schneller, das Eisen oder das Glas? Natürlich das Eisen. Daraus lässt sich schließen, dass die zum Erhitzen eines Objekts benötigte Wärmemenge proportional zur Art des Objekts ist.
Die drei obigen Vergleiche werden zu einer Gleichung zusammengefasst:
Dies ist die Formel bzw. die Wärmegleichung.
Informationen: Q = Wärme (Joule), m = Masse des Objekts (kg), c = spezifische Wärmekapazität des Objekts (J/kg °C)o), delta T = Temperaturänderung (Co oder K)
1. Fünf Kilogramm Eis mit einer Temperatur von -22 ° C werden erhitzt, bis das gesamte Eis bei 0 ° C geschmolzen ist. Die Schmelzwärme von Eis beträgt 333 kJ/kg und die spezifische Wärmekapazität 2100 J/(kg·K ) . Die benötigte Wärmemenge beträgt dann …
A. 1496 kJ
B. 1596 kJ
C. 1696 kJ
D. 1796 kJ
E. 1896 kJ
Diskussion
Es ist bekannt:
Masse des Eises (m) = 5 kg
Anfangstemperatur (T) = -22 ° C
Latente Wärme von Eis (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
Spezifische Wärmekapazität von Eis (c) = 2100 J/kg C o
Frage: Die benötigte Wärmemenge (Q)
Antwort:
Prozess 1: Erhöhen der Temperatur des Eises von -22 ° C auf 0 ° C
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 Joule
Prozess 2: Das gesamte Eis zu Wasser schmelzen
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J
Gesamtwärme = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ
Die richtige Antwort ist E.
Fragequelle:
SBMPTN Physikfragen
