Jos eri lämpötiloja omaavat kappaleet joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa, lämpö siirtyy luonnollisesti korkeamman lämpötilan omaavasta kappaleesta matalamman lämpötilan omaavaan kappaleeseen. Lämmönsiirto loppuu, kun kaksi kappaletta saavuttaa termisen tasapainon . Voidaan sanoa, että lämmönsiirto aiheuttaa muutoksen kosketuksissa olevien kappaleiden lämpötilassa . Tämän lyhyen selityksen perusteella voidaan päätellä, että lämpö (Q) liittyy kappaleeseen ja sen lämpötilan muutokseen (delta T). Jokaisella kappaleella on massa (m) ja myös kappaleen tyyppi on erilainen.
Tässä artikkelissa esitetyn lämpökaavan johtaminen tehdään päättelyn avulla. Voit todistaa päättelyn pätevyyden omien arkipäiväisten kokemustesi perusteella tai voit myös tehdä kokeen.
Lämmön (Q) ja lämpötilan muutoksen (delta T) välinen suhde
Kaksi samanmassaista vettä sisältävää astiaa on täytetty. Vesi lämmitetään kahdella eri polttimella. Toisen polttimen liekki on matalampi ja toisen polttimen liekki korkeampi. Jos molempia polttimia lämmitetään kymmenen minuuttia, kumpi astia on kuumempi? Jos olet joskus lämmittänyt vettä, olet samaa mieltä siitä, että korkeammalla liekillä lämmitetty vesi on kuumempaa (veden lopullinen lämpötila on korkeampi tai lämpötilan muutos on suurempi).
Liekki edustaa lämmön määrää (Q). Pienellä liekillä on vähän lämpöä, suurella liekillä enemmän lämpöä. Kun lämpöä on vähän, lämpötilan muutos on pieni. Kun lämpöä on paljon, lämpötilan muutos on suuri. Mitä enemmän lämpöä, sitä suurempi lämpötilan muutos. Voidaan päätellä, että lämmön määrä (Q) on verrannollinen kappaleen lämpötilan muutokseen.
Suhde välillä kappaleen lämpö (Q) ja massa (m)
Kaksi eri massaisilla vesimassoilla täytettyä astiaa on täytetty. Toisessa astiassa on enemmän vettä ja toisessa vähemmän vettä. Vesi lämmitetään kahdella keittimellä, joissa on sama liekki. Jos molempia lämmitetään kymmenen minuuttia, kumpi vesi astiassa on kuumempaa? Jos olet joskus lämmittänyt vettä, olet samaa mieltä siitä, että vähemmän vettä sisältävä vesi on kuumempaa (veden loppulämpötila on suurempi eli lämpötilan muutos on suurempi). Jotta enemmän vettä sisältävä vesi kokisi saman lämpötilanmuutoksen kuin vähemmän vettä sisältävä vesi, enemmän vettä lämmittävän liekin on oltava suurempi.
Veden määrä edustaa veden massaa (m). Liekin koko edustaa lämmön määrää. Voidaan päätellä, että lämmön määrä (Q) on verrannollinen kappaleen lämpötilan muutokseen. Mitä enemmän vettä, sitä enemmän lämpöä tarvitaan veden lämpötilan nostamiseen.
Lämmön (Q) ja kappaleen tyypin ( c ) välinen suhde
Jos kuumennat samanaikaisesti samalla liekillä saman kokoista rautatankoa ja lasitankoa, kumpi kuumenee nopeammin, rauta vai lasi? Tietenkin rauta kuumenee nopeammin. Voidaan päätellä, että kappaleen lämpötilan nostamiseen tarvittava lämpömäärä on verrannollinen kappaleen tyyppiin.
Yllä olevat kolme vertailua yhdistetään yhtälöksi:
Tämä on kaava tai lämpöyhtälö.
Tiedot: Q = lämpö (Joule), m = kappaleen massa (kg), c = kappaleen ominaislämpö (J/kg Co), delta T = lämpötilan muutos (Co tai K)
1. Viisi kilogrammaa jäätä -22 ° C :n lämpötilassa kuumennetaan, kunnes kaikki jää sulaa 0 ° C:n lämpötilassa. Jos jään latenttilämpö on 333 kJ/kg ja ominaislämpö on 2100 J/kg C0 , niin tarvittava lämpömäärä on...
A. 1496 kJ
Noin 1596 kJ
Noin 1696 kJ
D. 1796 kJ
E. 1896 kJ
Keskustelu
Se on tiedossa:
Jään massa (m) = 5 kg
Alkulämpötila (T) = -22 ° C
Jään latentti lämpö (L) = 333 kJ/kg = 333 000 J/kg
Jään ominaislämpö (c) = 2100 J/kg C₂O
Kysymys: Tarvittavan lämmön määrä (Q)
Jawab:
Prosessi 1: nosta jään lämpötilaa -22 ° C:sta 0 ° C :seen
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231 000 joulea
Prosessi 2: Sulata kaikki jää vedeksi
Q = mL = (5)(333 000) = 1 665 000 J
Kokonaislämpö = 231 000 J + 1 665 000 J = 1 896 000 J = 1 896 kJ
Oikea vastaus on E.
Kysymyksen lähde:
SBMPTN:n fysiikan kysymykset
