ຕົວຢ່າງຂອງຄຳຖາມສົນທະນາກ່ຽວກັບການວັດແທກຄວາມຮ້ອນ
ໃນຟີຊິກສາດ, ການວັດແທກຄວາມຮ້ອນແມ່ນສາຂາໜຶ່ງຂອງວິທະຍາສາດທີ່ສຶກສາການວັດແທກຄວາມຮ້ອນໃນປະຕິກິລິຍາເຄມີ ຫຼື ການປ່ຽນແປງທາງກາຍະພາບ. ເຄື່ອງມືທີ່ໃຊ້ເພື່ອວັດແທກປະລິມານຄວາມຮ້ອນເອີ້ນວ່າ ການວັດແທກຄວາມຮ້ອນ. ການວັດແທກຄວາມຮ້ອນມີບົດບາດສຳຄັນ, ໂດຍສະເພາະໃນດ້ານອຸນຫະພົນສາດ ແລະ ເຄມີສາດທາງກາຍະພາບ, ບ່ອນທີ່ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານຄວາມຮ້ອນຖືກສັງເກດ ແລະ ວັດແທກ.
ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງການວັດແທກຄວາມຮ້ອນ
ຫຼັກການພື້ນຖານຂອງການວັດແທກຄວາມຮ້ອນແມ່ນອີງໃສ່ກົດໝາຍວ່າການອະນຸລັກພະລັງງານ, ຄືພະລັງງານບໍ່ສາມາດສ້າງ ຫຼື ທຳລາຍໄດ້, ແຕ່ສາມາດປ່ຽນຈາກຮູບແບບໜຶ່ງໄປຫາອີກຮູບແບບໜຶ່ງເທົ່ານັ້ນ. ໃນສະພາບການຂອງການວັດແທກຄວາມຮ້ອນ, ພະລັງງານຄວາມຮ້ອນທີ່ສູນເສຍໄປໂດຍລະບົບຕ້ອງເທົ່າກັບພະລັງງານຄວາມຮ້ອນທີ່ສິ່ງແວດລ້ອມດູດຊຶມ. ເຄື່ອງມືຫຼັກໃນການທົດລອງການວັດແທກຄວາມຮ້ອນມັກຈະເປັນເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນ, ເຊິ່ງສາມາດເປັນເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນງ່າຍໆ, ຄືເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນນ້ຳ, ຫຼື ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນທີ່ສັບສົນກວ່າ, ເຊັ່ນ: ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນລະເບີດ.
ສູດວັດແທກແຄລໍຣີພື້ນຖານ
ສູດພື້ນຖານໃນການວັດແທກຄວາມຮ້ອນແມ່ນ:
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \]
ຢູ່ໃສ:
– \( Q \) ແມ່ນປະລິມານຄວາມຮ້ອນ (ເປັນ ຈູນ ຫຼື ແຄລໍຣີ)
–\( m\) ແມ່ນ ມວນສານຂອງສານ (ເປັນ ກຣາມ ຫຼື ກິໂລກຣາມ)
–\( c\) ແມ່ນຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງສານ (ໃນ J/(g°C) ຫຼື cal/(g°C))
– \( \Delta T \) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ (ເປັນ °C)
ລອງມາເບິ່ງຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາເພື່ອເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດ ແລະ ການນຳໃຊ້ການວັດແທກຄວາມຮ້ອນໃຫ້ດີຂຶ້ນ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາ 1
ຄຳຖາມ:
ໂລຫະນ້ຳໜັກ 200 ກຣາມ ຖືກໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 100°C ແລະ ຫຼັງຈາກນັ້ນຈຸ່ມລົງໃນນ້ຳ 100 ກຣາມ ທີ່ອຸນຫະພູມ 20°C. ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມແມ່ນ 27°C. ຈົ່ງກຳນົດຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງໂລຫະ! (ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ = 4,18 J/(g°C))
ເປບບາຮາຊານ:
ຂັ້ນຕອນທຳອິດແມ່ນການຄິດໄລ່ຄວາມຮ້ອນທີ່ນ້ຳດູດຊຶມ. ໂດຍໃຊ້ສູດພື້ນຖານ:
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot \Delta T_{\text{air}} \]
ດ້ວຍ ∙∙ 100 ກຣາມ, ∙∙ c_{\text{air}} = 4.18 J/(g°C), ແລະ ∙∙ T_{\text{air}} = 27°C – 20°C = 7°C \),
\[ Q_{\text{air}} = 100 \times 4.18 \times 7 = 2926 \text{ J} \]
ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກໂລຫະແມ່ນຄືກັນກັບຄວາມຮ້ອນທີ່ນ້ຳດູດຊຶມ, ດັ່ງນັ້ນ:
\[ Q_{\text{metal}} = 2926 \text{ J} \]
ການນໍາໃຊ້ສູດຄວາມຮ້ອນ:
\[ m_{\text{metal}} \cdot c_{\text{metal}} \cdot \Delta T_{\text{metal}} = Q_{\text{metal}} \]
ດ້ວຍ \( m_{\text{metal}} = 200 \) ກຣາມ, \(\Delta T_{\text{metal}} = 100°C – 27°C = 73°C \),
\[ 200 \cdot c_{\text{metal}} \cdot 73 = 2926 \text{ J} \]
\[ c_{\text{metal}} = \frac{2926}{200 \ຄູນ 73} \]
\[ c_{\text{ໂລຫະ}} = 0.2 J/(g°C)} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງໂລຫະແມ່ນ 0.2 J/(g°C).
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາ 2
ຄຳຖາມ:
ກ້ອນນ້ຳກ້ອນທີ່ມີມວນ 50 g ທີ່ອຸນຫະພູມ 0°C ຖືກວາງໄວ້ໃນນ້ຳ 200 g ທີ່ອຸນຫະພູມ 30°C ໃນເຄື່ອງວັດແທກຄວາມຮ້ອນ. ກຳນົດອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມຫຼັງຈາກບັນລຸສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນ! (ຄວາມຮ້ອນຂອງການລວມຕົວຂອງນ້ຳກ້ອນ = 334 J/g, ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງນ້ຳ = 4,18 J/g°C)
ເປບບາຮາຊານ:
ຂັ້ນຕອນທຳອິດແມ່ນການຄິດໄລ່ຄວາມຮ້ອນທີ່ຕ້ອງການເພື່ອລະລາຍນ້ຳກ້ອນ:
\[ Q_{\text{melt}} = m_{\text{es}} \cdot L \]
ດ້ວຍ \( m_{\text{es}} = 50 \) ກຣາມ ແລະ \( L = 334 \) J/g,
\[ Q_{\text{melting}} = 50 \times 334 = 16700 \text{ J} \]
ຕໍ່ໄປ, ຈົ່ງຊອກຫາຄວາມຮ້ອນທີ່ນ້ຳກ້ອນດູດຊຶມຫຼັງຈາກລະລາຍຈົນບັນລຸອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍ \( T \) (ໂດຍສົມມຸດວ່າ T ແມ່ນອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມ):
\[ Q_{\text{ນ້ຳກ້ອນ}} = m_{\text{es}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (T – 0°C) \]
ດ້ວຍ \( c_{\text{air}} = 4.18 \text{ J/g°C} \),
\[ Q_{\text{ນ້ຳກ້ອນ}} = 50 \ຄູນ 4.18 \ຄູນ T \]
ຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກນ້ຳເຢັນ (ຈາກ 30°C ຫາ T):
\[ Q_{\text{air}} = m_{\text{air}} \cdot c_{\text{air}} \cdot (30°C – T) \]
ດ້ວຍ \( m_{\text{air}} = 200 \) ກຣາມ,
\[ Q_{\text{air}} = 200 \ຄູນ 4.18 \ຄູນ (30 – T) \]
ໃນສົມດຸນຄວາມຮ້ອນ, ປະລິມານຄວາມຮ້ອນທີ່ນ້ຳກ້ອນດູດຊຶມ (ເພື່ອລະລາຍ ແລະ ໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເປັນ T) ຈະເທົ່າກັບປະລິມານຄວາມຮ້ອນທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກນ້ຳ:
\[ Q_{\text{melt}} + Q_{\text{ນ້ຳກ້ອນ}} = Q_{\text{ນ້ຳ}} \]
\[ 16700 + 50 \ຄູນ 4.18 \ຄູນ T = 200 \ຄູນ 4.18 \ຄູນ (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 8360 \ຄູນ (30 – T) \]
\[ 16700 + 209T = 250800 – 8360T \]
\[ 8569T = 234100 \]
\[ T = \frac{234100}{8569} \ປະມານ 27.3°C \]
ດັ່ງນັ້ນ, ອຸນຫະພູມສຸດທ້າຍຂອງສ່ວນປະສົມຫຼັງຈາກບັນລຸຄວາມສົມດຸນທາງຄວາມຮ້ອນແມ່ນປະມານ 27.3°C.
ສະຫຼຸບ
ການວັດແທກຄວາມຮ້ອນດ້ວຍພະລັງງານ (Calorimetry) ເປັນເຕັກນິກທີ່ສຳຄັນໃນຟີຊິກ ແລະ ເຄມີສາດທີ່ໃຊ້ເພື່ອກຳນົດປະລິມານພະລັງງານຄວາມຮ້ອນໃນຂະບວນການທາງກາຍະພາບ ຫຼື ເຄມີ. ໂດຍການນຳໃຊ້ຫຼັກການພື້ນຖານ ແລະ ສູດຂອງການວັດແທກຄວາມຮ້ອນດ້ວຍພະລັງງານ, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ພາລາມິເຕີຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຄວາມຮ້ອນຈຳເພາະຂອງສານ, ການປ່ຽນແປງຂອງອຸນຫະພູມ, ຫຼື ພະລັງງານທີ່ດູດຊຶມ/ປ່ອຍອອກມາໃນຂະບວນການ. ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາໄດ້ເບິ່ງບັນຫາຕົວຢ່າງ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂຂອງມັນໃນສະພາບການເຂົ້າໃຈການວັດແທກຄວາມຮ້ອນດ້ວຍພະລັງງານ. ຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ດີກ່ຽວກັບແນວຄວາມຄິດເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສິ່ງຈຳເປັນສຳລັບການແກ້ໄຂບັນຫາທາງເທີໂມໄດນາມິກຕ່າງໆ ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງອື່ນໆ.
