فرمول گرما

اگر اجسام با دماهای مختلف با یکدیگر تماس پیدا کنند، گرما به طور طبیعی از جسم با دمای بالاتر به جسم با دمای پایین‌تر منتقل می‌شود. انتقال گرما پس از رسیدن دو جسم به تعادل گرمایی متوقف می‌شود . می‌توان گفت که انتقال گرما باعث تغییر دمای اجسام در تماس می‌شود. بر اساس این توضیح مختصر، نتیجه گرفته می‌شود که گرما (Q) به یک جسم و تغییر دما (دلتا T) آن جسم مربوط می‌شود . هر جسم جرم (m) دارد و نوع جسم نیز متفاوت است.

استخراج فرمول گرما در این مقاله از طریق استدلال انجام شده است. شما می‌توانید اعتبار این استدلال را بر اساس تجربیات روزمره خود یا با انجام یک آزمایش اثبات کنید.

رابطه بین گرما (Q) و تغییر دما (دلتا T)

دو ظرف پر از آب با جرم یکسان وجود دارد. آب با استفاده از دو مشعل مختلف گرم می‌شود. شعله روی یکی از مشعل‌ها کمتر و شعله روی مشعل دیگر بیشتر است. اگر هر دو به مدت ده دقیقه گرم شوند، کدام ظرف داغ‌تر است؟ اگر تا به حال آب را گرم کرده باشید، موافق خواهید بود که آبی که با استفاده از اجاق گاز با شعله بالاتر گرم می‌شود، داغ‌تر است (دمای نهایی آب بالاتر است یا تغییر دما بیشتر است).

شعله نشان دهنده میزان گرما (Q) است. یک شعله کوچک گرمای کمی دارد، یک شعله بزرگ گرمای بیشتری دارد. وقتی گرمای کمی وجود دارد، تغییر دما کوچک است. وقتی گرمای زیادی وجود دارد، تغییر دما بزرگ است. هرچه گرما بیشتر باشد، تغییر دما بیشتر است. می‌توان نتیجه گرفت که میزان گرما (Q) متناسب با تغییر دمای جسم است.

هوبونگان آنتارا گرما (Q) و جرم جسم (m)

دو ظرف پر از آب با جرم‌های مختلف وجود دارد، یکی از ظرف‌ها با آب بیشتر و دیگری با آب کمتر پر شده است. آب با استفاده از دو اجاق گاز که شعله یکسانی دارند گرم می‌شود. اگر هر دو به مدت ده دقیقه گرم شوند، کدام آب در ظرف داغ‌تر است؟ اگر تا به حال آب را گرم کرده‌اید، موافق خواهید بود که آب در آب کمتر داغ‌تر است (دمای نهایی آب بیشتر است یا تغییر دما بیشتر است). برای اینکه آب بیشتر همان تغییر دمای آب کمتر را تجربه کند، شعله‌ای که آب بیشتر را گرم می‌کند باید بزرگتر شود.

مقدار آب نشان دهنده جرم آب (m) است. اندازه شعله نشان دهنده مقدار گرما است. می توان نتیجه گرفت که مقدار گرما (Q) متناسب با تغییر دمای جسم است. هرچه آب بیشتر باشد، گرمای بیشتری برای افزایش دمای آب لازم است.

رابطه بین گرما (Q) و نوع جسم ( c )

اگر یک میله آهن و یک میله شیشه با اندازه یکسان را همزمان با استفاده از یک شعله گرم کنید، کدام یک سریعتر گرم می شود، آهن یا شیشه؟ البته، آهن سریعتر گرم می شود. می توان نتیجه گرفت که گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک جسم متناسب با نوع جسم است.

سه مقایسه بالا در یک معادله ترکیب می‌شوند:

این فرمول یا معادله گرما است.
اطلاعات: Q = گرما (ژول)، m = جرم جسم (کیلوگرم)، c = گرمای ویژه جسم (J/kg C)^o)، دلتا T = تغییر دما (C)^o یا ک)

۱. پنج کیلوگرم یخ در دمای ۲۲- ^درجه سانتیگراد گرم می‌شود تا تمام یخ در دمای ۰ ^درجه سانتیگراد ذوب شود. اگر گرمای نهان یخ ۳۳۳ کیلوژول بر کیلوگرم و گرمای ویژه یخ ۲۱۰۰ ژول بر کیلوگرم کربن دی اکسید باشد ^، مقدار گرمای مورد نیاز ...

الف. ۶۳۰ کیلوژول

ب. ۸۱۹ کیلوژول

ج. ۱۰۷۱ کیلوژول

د. ۳۲۷۶ کیلوژول

ه. ۶۰ کیلوژول

پمباهاسان

شناخته شده است:

جرم یخ (متر) = ۵ کیلوگرم

دمای اولیه (T) = -22 ^درجه سانتیگراد

گرمای نهان یخ (لیتر) = ۳۳۳ کیلوژول بر کیلوگرم = ۳۳۳۰۰۰ ژول بر کیلوگرم

گرمای ویژه یخ (c) = 2100 ژول بر کیلوگرم کربن دی ^اکسید

سوال: میزان گرمای مورد نیاز (Q)

پاسخ:

فرآیند ۱: افزایش دمای یخ از ۲۲- ^درجه سانتیگراد به ۰ ^درجه سانتیگراد

Q = mc₂ ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 ژول

فرآیند ۲: تمام یخ‌ها را ذوب کرده و به آب تبدیل کنید

Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 ژول

گرمای کل = ۲۳۱۰۰۰ ژول + ۱,۶۶۵,۰۰۰ ژول = ۱,۸۹۶,۰۰۰ ژول = ۱,۸۹۶ کیلوژول

پاسخ صحیح E است.

منبع سوال:

سوالات فیزیک SBMPTN

مراجع