온도가 다른 물체들이 접촉하면 열은 자연스럽게 온도가 높은 물체에서 온도가 낮은 물체로 이동합니다. 두 물체가 열평형 상태에 도달하면 열 전달은 멈춥니다. 따라서 열 전달은 접촉하는 물체들의 온도 변화를 일으킨다고 할 수 있습니다 . 이러한 간략한 설명을 바탕으로, 열 (Q)은 물체 와 그 물체의 온도 변화 (ΔT) 와 관련이 있다는 결론을 내릴 수 있습니다 . 각 물체는 질량(m)을 가지고 있으며, 물체의 종류 또한 서로 다릅니다.
이 글에서 열 공식을 유도하는 과정은 추론을 통해 이루어졌습니다. 여러분은 일상생활을 통해 또는 실험을 통해 이 추론의 타당성을 입증할 수 있습니다.
열량 (Q)과 온도 변화 (ΔT) 사이의 관계
질량이 같은 물이 담긴 용기가 두 개 있습니다. 두 개의 버너를 사용하여 물을 가열하는데, 한 버너의 불꽃은 약하고 다른 버너의 불꽃은 강합니다. 두 용기를 10분 동안 가열하면 어느 용기의 물이 더 뜨거울까요? 물을 가열해 본 경험이 있다면, 불꽃이 더 강한 버너로 가열한 물이 더 뜨겁다는 데 동의할 것입니다 (물의 최종 온도가 더 높거나 온도 변화량이 더 큽니다).
불꽃은 열량(Q)을 나타냅니다. 작은 불꽃은 열량이 적고, 큰 불꽃은 열량이 많습니다. 열량이 적으면 온도 변화도 작고, 열량이 많으면 온도 변화도 큽니다. 즉, 열량이 많을수록 온도 변화도 커집니다. 따라서 열량(Q)은 물체의 온도 변화에 비례한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
관계 물체의 열량(Q)과 질량(m)
질량이 다른 두 개의 용기에 물이 담겨 있습니다. 한 용기에는 물이 더 많이, 다른 용기에는 물이 더 적게 들어 있습니다. 두 용기의 물은 동일한 불꽃을 가진 두 개의 스토브로 가열됩니다. 두 용기를 각각 10분 동안 가열한다면, 어느 용기의 물이 더 뜨거울까요? 물을 가열해 본 경험이 있다면, 물이 적은 용기의 물이 더 뜨겁다는 데 동의할 것입니다 (최종 온도가 더 높거나 온도 변화량이 더 큽니다). 물이 많은 용기의 물과 물이 적은 용기의 물이 동일한 온도 변화를 겪으려면, 물이 많은 용기를 가열하는 불꽃의 크기가 더 커야 합니다.
물의 양은 물의 질량(m)을 나타냅니다. 불꽃의 크기는 열량을 나타냅니다. 따라서 열량(Q)은 물체의 온도 변화에 비례한다는 결론을 내릴 수 있습니다. 물의 양이 많을수록 물의 온도를 높이는 데 더 많은 열이 필요합니다.
열(Q)과 물체의 종류 ( c ) 사이의 관계
같은 크기의 철 막대와 유리 막대를 같은 불꽃으로 동시에 가열하면 어느 쪽이 더 빨리 가열될까요? 당연히 철이 더 빨리 가열될 것입니다. 따라서 물체의 온도를 높이는 데 필요한 열량은 물체의 종류에 비례한다는 결론을 내릴 수 있습니다.
위의 세 가지 비교를 하나의 방정식으로 결합하면 다음과 같습니다.
이것이 바로 열 방정식 또는 공식입니다.
정보: Q = 열량(줄), m = 물체의 질량(kg), c = 물체의 비열(J/kg°C)o), 델타 T = 온도 변화(°C)o 또는 K)
1. -22 ° C 의 얼음 5kg을 0 ° C 까지 가열하여 얼음이 모두 녹도록 합니다 . 얼음의 잠열이 333kJ/kg이고 얼음의 비열이 2100J/kg°C일 때 , 필요한 열량은 얼마입니까?
A. 1496 kJ
B. 1596 kJ
C. 1696 kJ
D. 1796 kJ
예: 1896kJ
논의
알려진 바에 따르면:
얼음의 질량(m) = 5kg
초기 온도(T) = -22 ° C
얼음의 잠열(L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg
얼음의 비열(°C) = 2100 J/kg° C
질문: 필요한 열량(Q)은 얼마입니까?
자와브:
과정 1: 얼음의 온도를 -22 ° C에서 0 ° C 로 높입니다.
Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 줄
2단계: 모든 얼음을 녹여 물을 만듭니다.
Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J
총 열량 = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ
정답은 E입니다.
질문 출처:
SBMPTN 물리 문제
