Kui erineva temperatuuriga objektid puutuvad kokku, liigub soojus loomulikult kõrgema temperatuuriga objektilt madalama temperatuuriga objektile. Soojusülekanne peatub, kui kaks objekti saavutavad termilise tasakaalu . Võib öelda, et soojusülekanne põhjustab kokkupuutuvate objektide temperatuuri muutuse . Selle lühikese selgituse põhjal järeldatakse, et soojus (Q) on seotud objekti ja selle objekti temperatuuri muutusega (ΔT). Igal objektil on mass (m) ja ka objekti tüüp on erinev.
Selles artiklis toodud soojusvalemi tuletamine toimub arutluskäigu abil. Selle arutluskäigu paikapidavust saab tõestada igapäevaste kogemuste põhjal või katse läbiviimise teel.
Soojuse (Q) ja temperatuurimuutuse (ΔT) vaheline seos
Kaks anumat on täidetud sama massiga veega. Vett kuumutatakse kahe erineva põleti abil. Ühel põletil on leek madalam, teisel aga kõrgem. Kui mõlemat põletit kuumutatakse kümme minutit, siis kumb anum on kuumem? Kui olete kunagi vett kuumutanud, siis nõustute, et kõrgema leegiga pliidil kuumutatud vesi on kuumem (vee lõpptemperatuur on kõrgem või temperatuurimuutus on suurem).
Leek esindab soojushulka (Q). Väikesel leegil on vähe soojust, suurel leegil rohkem soojust. Kui soojust on vähe, on temperatuurimuutus väike. Kui soojust on palju, on temperatuurimuutus suur. Mida rohkem soojust, seda suurem on temperatuurimuutus. Võib järeldada, et soojushulk (Q) on võrdeline objekti temperatuuri muutusega.
Suhe objekti soojus (Q) ja mass (m)
Kaks erineva massiga veega täidetud anumat on täidetud. Üks anum on täidetud suurema koguse veega, teine väiksema koguse veega. Vett kuumutatakse kahe sama leegiga pliidi abil. Kui mõlemat anumat kuumutatakse kümme minutit, siis kumb vesi anumas on kuumem? Kui olete kunagi vett kuumutanud, siis olete nõus, et väiksema koguse veega vesi on kuumem (vee lõpptemperatuur on kõrgem ehk temperatuurimuutus on suurem). Selleks, et suurema koguse veega vesi kogeks sama temperatuurimuutust kui väiksema koguse veega vesi, tuleb leeki, mis suuremat vett soojendab, suurendada.
Vee hulk esindab vee massi (m). Leegi suurus esindab soojushulka. Võib järeldada, et soojushulk (Q) on võrdeline objekti temperatuuri muutusega. Mida rohkem vett, seda rohkem soojust on vaja vee temperatuuri tõstmiseks.
Soojuse (Q) ja objekti tüübi ( c ) vaheline seos
Kui kuumutada sama leegiga samaaegselt sama suurusega raua- ja klaaskangi, siis kumb kuumeneb kiiremini, triikraud või klaas? Loomulikult kuumeneb triikraud kiiremini. Sellest võib järeldada, et eseme temperatuuri tõstmiseks vajalik soojus on võrdeline eseme tüübiga.
Ülaltoodud kolm võrdlust on ühendatud võrrandiks:
See on valem või soojusvõrrand.
Teave: Q = soojus (džaul), m = objekti mass (kg), c = objekti erisoojus (J/kg Co), delta T = temperatuuri muutus (Co või K)
1. Viit kilogrammi jääd temperatuuril -22 ° C kuumutatakse, kuni kogu jää sulab temperatuuril 0 ° C. Kui jää latentne soojus on 333 kJ/kg ja jää erisoojus on 2100 J/kg C0 , siis vajalik soojushulk on...
A. 1496 kJ
B. 1596 kJ
U. 1696 kJ
D. 1796 kJ
Näiteks 1896 kJ
Arutelu
On teada:
Jää mass (m) = 5 kg
Algtemperatuur (T) = -22 ° C
Jää varjatud soojus (L) = 333 kJ/kg = 333 000 J/kg
Jää erisoojus (c) = 2100 J/kg C₂O
Küsimus: Vajaliku soojuse hulk (Q)
Vastus:
Protsess 1: jää temperatuuri tõstmine -22 ° C-lt 0 ° C-ni
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231 000 džauli
Protsess 2: sulata kogu jää veeks
Q = mL = (5)(333 000) = 1 665 000 J
Kogusoojus = 231 000 J + 1 665 000 J = 1 896 000 J = 1 896 kJ
Õige vastus on E.
Küsimuse allikas:
SBMPTN füüsika küsimused
