สูตรความร้อน

หากวัตถุที่มีอุณหภูมิต่างกันสัมผัสกัน ความร้อนจะถ่ายเทจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงกว่าไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าโดยธรรมชาติ การถ่ายเทความร้อนจะหยุดลงเมื่อวัตถุทั้งสอง ถึงสมดุลทางความร้อนกล่าวได้ว่าการถ่ายเทความร้อนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัตถุที่สัมผัสกัน จากคำอธิบายโดยย่อนี้ สรุปได้ว่าความร้อน (Q) เกี่ยวข้องกับวัตถุและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ (delta T) ของวัตถุนั้น วัตถุแต่ละชิ้นมีมวล (m) และชนิดของวัตถุก็แตกต่างกันด้วย

การพิสูจน์สูตรความร้อนในบทความนี้ทำได้โดยใช้เหตุผล คุณสามารถพิสูจน์ความถูกต้องของเหตุผลนี้ได้จากประสบการณ์ในชีวิตประจำวันของคุณ หรือโดยการทำการทดลอง

ความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน(Q) และการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิ (delta T)

มีภาชนะสองใบที่บรรจุน้ำมวลเท่ากัน น้ำถูกให้ความร้อนโดยใช้เตาที่แตกต่างกันสองเตา เปลวไฟของเตาหนึ่งต่ำกว่า ในขณะที่เปลวไฟของอีกเตาหนึ่งสูงกว่า ถ้าให้ความร้อนทั้งสองภาชนะเป็นเวลาสิบนาที ภาชนะใดจะร้อนกว่ากัน? ถ้าคุณเคยให้ความร้อนน้ำมาก่อน คุณจะเห็นด้วยว่าน้ำที่ให้ความร้อนโดยใช้เตาที่มีเปลวไฟสูงกว่าจะร้อนกว่า (อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำจะสูงกว่า หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะมากกว่า)

เปลวไฟแสดงถึงปริมาณความร้อน (Q) เปลวไฟขนาดเล็กมีความร้อนน้อย เปลวไฟขนาดใหญ่มีความร้อนมาก เมื่อความร้อนน้อย การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะน้อย เมื่อความร้อนมาก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะมาก ยิ่งความร้อนมาก การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิก็จะยิ่งมาก สรุปได้ว่าปริมาณความร้อน (Q) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัตถุ

ความสัมพันธ์ระหว่าง ความร้อน (Q) และมวลของวัตถุ (m)

มีภาชนะสองใบที่บรรจุน้ำที่มีมวลต่างกัน ใบหนึ่งบรรจุน้ำมากกว่า อีกใบหนึ่งบรรจุน้ำน้อยกว่า น้ำถูกให้ความร้อนโดยใช้เตาไฟสองเตาที่มีเปลวไฟเท่ากัน ถ้าให้ความร้อนทั้งสองใบเป็นเวลาสิบนาที น้ำในภาชนะใดจะร้อนกว่ากัน? ถ้าคุณเคยให้ความร้อนน้ำมาก่อน คุณจะเห็นด้วยว่าน้ำในภาชนะที่มีมวลน้อยกว่าจะร้อนกว่า (อุณหภูมิสุดท้ายของน้ำจะสูงกว่า หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะมากกว่า) เพื่อให้น้ำในภาชนะที่มีมวลมากกว่ามีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเท่ากับน้ำในภาชนะที่มีมวลน้อยกว่า เปลวไฟที่ใช้ให้ความร้อนน้ำในภาชนะที่มีมวลมากกว่าจะต้องมีขนาดใหญ่ขึ้น

ปริมาณน้ำแสดงถึงมวลของน้ำ (m) ขนาดของเปลวไฟแสดงถึงปริมาณความร้อน จึงสรุปได้ว่าปริมาณความร้อน (Q) เป็นสัดส่วนโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของวัตถุ ยิ่งมีน้ำมากเท่าใด ก็ยิ่งต้องการความร้อนมากขึ้นเท่านั้นในการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ

ความสัมพันธ์ระหว่างความร้อน (Q) และชนิดของวัตถุ ( c )

ถ้าคุณให้ความร้อนแก่แท่งเหล็กและแท่งแก้วที่มีขนาดเท่ากันพร้อมกันโดยใช้เปลวไฟเดียวกัน อะไรจะร้อนเร็วกว่ากัน เหล็กหรือแก้ว? แน่นอนว่าเหล็กจะร้อนเร็วกว่า สรุปได้ว่าความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของวัตถุนั้นแปรผันตรงกับชนิดของวัตถุ

ผลการเปรียบเทียบทั้งสามข้างต้นถูกนำมารวมกันเป็นสมการ:

นี่คือสูตรหรือสมการความร้อน
ข้อมูล: Q = ความร้อน (จูล), m = มวลของวัตถุ (กิโลกรัม), c = ความร้อนจำเพาะของวัตถุ (จูล/กิโลกรัม°C)^o), delta T = การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (C)^o หรือ K)

1. น้ำแข็ง 5 กิโลกรัม ที่อุณหภูมิ -22 ^องศาเซลเซียส ถูกให้ความร้อนจนละลายหมดที่อุณหภูมิ 0 ^องศาเซลเซียส ถ้าความร้อนแฝงของน้ำแข็งเท่ากับ 333 กิโลจูล/กิโลกรัม และความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งเท่ากับ 2100 จูล/กิโลกรัม องศาเซลเซียส^{ปริมาณ}ความร้อนที่ต้องการคือ...

ก. 1496 กิโลจูล

B. 1596 กิโลจูล

C. 1696 กิโลจูล

ง. 1796 กิโลจูล

E. 1896 kJ

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันดีว่า:

มวลของน้ำแข็ง (เมตร) = 5 กิโลกรัม

อุณหภูมิเริ่มต้น (T) = -22 ^องศาเซลเซียส

ความร้อนแฝงของน้ำแข็ง (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg

ความร้อนจำเพาะของน้ำแข็ง (c) = 2100 J/kg ^CO

คำถาม:ปริมาณความร้อนที่ต้องการ (Q)

คำตอบ:

ขั้นตอนที่ 1: เพิ่มอุณหภูมิของน้ำแข็งจาก -22 ^องศาเซลเซียส เป็น 0 ^องศาเซลเซียส

Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000 จูล

ขั้นตอนที่ 2: ละลายน้ำแข็งทั้งหมดให้กลายเป็นน้ำ

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

ความร้อนทั้งหมด = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ

คำตอบที่ถูกต้องคือ E.

ที่มาของคำถาม:

คำถามฟิสิกส์ SBMPTN

อ้างอิง