Εάν αντικείμενα με διαφορετικές θερμοκρασίες έρθουν σε επαφή μεταξύ τους, η θερμότητα μετακινείται φυσικά από το αντικείμενο με την υψηλότερη θερμοκρασία στο αντικείμενο με τη χαμηλότερη θερμοκρασία. Η μεταφορά θερμότητας σταματά μόλις τα δύο αντικείμενα φτάσουν σε θερμική ισορροπία . Μπορεί να ειπωθεί ότι η μεταφορά θερμότητας προκαλεί μια αλλαγή στη θερμοκρασία των αντικειμένων που έρχονται σε επαφή. Με βάση αυτή τη σύντομη εξήγηση, συμπεραίνεται ότι η θερμότητα (Q) σχετίζεται με ένα αντικείμενο και την αλλαγή στη θερμοκρασία (δέλτα T) αυτού του αντικειμένου. Κάθε αντικείμενο έχει μάζα (m) και ο τύπος του αντικειμένου είναι επίσης διαφορετικός.
Η εξαγωγή του τύπου θερμότητας σε αυτό το άρθρο γίνεται μέσω συλλογισμού. Μπορείτε να αποδείξετε την εγκυρότητα αυτού του συλλογισμού με βάση τις καθημερινές σας εμπειρίες ή διεξάγοντας ένα πείραμα.
Η σχέση μεταξύ θερμότητας (Q) και μεταβολής θερμοκρασίας (δέλτα T)
Υπάρχουν δύο δοχεία γεμάτα με νερό της ίδιας μάζας. Το νερό θερμαίνεται χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικούς καυστήρες. Η φλόγα στον έναν καυστήρα είναι χαμηλότερη, ενώ η φλόγα στον άλλο καυστήρα είναι υψηλότερη. Αν και οι δύο θερμανθούν για δέκα λεπτά, ποιο δοχείο είναι πιο ζεστό; Αν έχετε ζεστάνει ποτέ νερό, θα συμφωνήσετε ότι το νερό που θερμαίνεται χρησιμοποιώντας την εστία με την υψηλότερη φλόγα είναι πιο ζεστό (η τελική θερμοκρασία του νερού είναι υψηλότερη ή η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη).
Η φλόγα αντιπροσωπεύει την ποσότητα θερμότητας (Q). Μια μικρή φλόγα έχει λίγη θερμότητα, μια μεγάλη φλόγα έχει περισσότερη θερμότητα. Όταν υπάρχει λίγη θερμότητα, η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι μικρή. Όταν υπάρχει πολλή θερμότητα, η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι μεγάλη. Όσο περισσότερη θερμότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας. Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ποσότητα θερμότητας (Q) είναι ανάλογη με την μεταβολή της θερμοκρασίας του αντικειμένου.
Σχέση μεταξύ θερμότητα (Q) και μάζα του αντικειμένου (m)
Υπάρχουν δύο δοχεία γεμάτα με νερό με διαφορετικές μάζες. Το ένα δοχείο είναι γεμάτο με περισσότερο νερό και το άλλο με λιγότερο νερό. Το νερό θερμαίνεται χρησιμοποιώντας δύο εστίες που έχουν την ίδια φλόγα. Αν και οι δύο θερμανθούν για δέκα λεπτά, ποιο νερό στο δοχείο είναι πιο ζεστό; Αν έχετε ποτέ θερμάνει νερό, τότε θα συμφωνήσετε ότι το νερό σε λιγότερο νερό είναι πιο ζεστό (η τελική θερμοκρασία του νερού είναι μεγαλύτερη ή η μεταβολή της θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη). Για να βιώσει το περισσότερο νερό την ίδια μεταβολή θερμοκρασίας με το λιγότερο νερό, η φλόγα που θερμαίνει το περισσότερο νερό πρέπει να μεγαλώσει.
Η ποσότητα του νερού αντιπροσωπεύει τη μάζα του νερού (m). Το μέγεθος της φλόγας αντιπροσωπεύει την ποσότητα θερμότητας. Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η ποσότητα θερμότητας (Q) είναι ανάλογη με την αλλαγή της θερμοκρασίας του αντικειμένου. Όσο περισσότερο νερό, τόσο περισσότερη θερμότητα απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού.
Η σχέση μεταξύ θερμότητας (Q) και του τύπου του αντικειμένου ( c )
Αν θερμάνετε ταυτόχρονα μια ράβδο σιδήρου και μια ράβδο γυαλιού ίδιου μεγέθους χρησιμοποιώντας την ίδια φλόγα, ποιο θα ζεσταθεί πιο γρήγορα, το σίδερο ή το γυαλί; Φυσικά, το σίδερο θα ζεσταθεί πιο γρήγορα. Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι η θερμότητα που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας ενός αντικειμένου είναι ανάλογη με τον τύπο του αντικειμένου.
Οι τρεις παραπάνω συγκρίσεις συνδυάζονται σε μια εξίσωση:
Αυτός είναι ο τύπος ή η εξίσωση θερμότητας.
Πληροφορίες: Q = θερμότητα (Joule), m = μάζα του αντικειμένου (kg), c = ειδική θερμότητα του αντικειμένου (J/kg Co), δέλτα T = μεταβολή της θερμοκρασίας (Co ή Κ)
1. Πέντε κιλά πάγου σε θερμοκρασία -22 o C θερμαίνονται μέχρι να λιώσει όλος ο πάγος σε θερμοκρασία 0 o C. Εάν η λανθάνουσα θερμότητα του πάγου είναι 333 kJ/kg και η ειδική θερμότητα του πάγου είναι 2100 J/kg C₂o , τότε η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται είναι...
Α. 1496 kJ
Β. 1596 kJ
Γ. 1696 kJ
Δ. 1796 kJ
Ε. 1896 kJ
Συζήτηση
Είναι γνωστό:
Μάζα πάγου (m) = 5 kg
Αρχική θερμοκρασία (T) = -22 o C
Λανθάνουσα θερμότητα πάγου (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
Ειδική θερμότητα πάγου (c) = 2100 J/kg C₂o
Ερώτηση: Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται (Q)
Τζαβάμπ:
Διαδικασία 1: αύξηση της θερμοκρασίας του πάγου από -22 o C σε 0 o C
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 Τζάουλ
Διαδικασία 2: λιώστε όλο τον πάγο σε νερό
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J
Συνολική θερμότητα = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ
Η σωστή απάντηση είναι η Ε.
Πηγή ερώτησης:
Ερωτήσεις Φυσικής SBMPTN
