Il calore specifico è l'energia necessaria per aumentare di 1 ° la temperatura di 1 grammo di una sostanza pura. Il parametro dipende dalla sua composizione chimica e dallo stato di aggregazione: gassoso, liquido o solido. Dopo la sua scoperta, è iniziato un nuovo ciclo nello sviluppo della termodinamica, la scienza dei processi energetici transitori, che riguardano il calore e il funzionamento del sistema.
Generalmente, Il calore specifico e le basi della termodinamica sono utilizzati nella produzione radiatori e sistemi progettati per il raffreddamento di automobili, nonché in chimica, ingegneria nucleare e aerodinamica. Se vuoi sapere come viene calcolato il calore specifico, controlla l'articolo proposto.
Formula
Prima di procedere con il calcolo diretto del parametro, dovresti familiarizzare con la formula e i suoi componenti.
La formula per il calcolo del calore specifico è la seguente:
- c = Q / (m * ∆T)
La conoscenza delle quantità e delle loro designazioni simboliche utilizzate nel calcolo è estremamente importante. Tuttavia, è necessario non solo conoscere il loro aspetto visivo, ma anche comprendere chiaramente il significato di ciascuno di essi. Il calcolo della capacità termica specifica di una sostanza è rappresentato dai seguenti componenti:
ΔT è un simbolo che indica un cambiamento graduale della temperatura di una sostanza. Il carattere "Δ" è pronunciato delta.
ΔT può essere calcolato utilizzando la formula:
ΔT = t2 - t1, dove
- t1 - temperatura primaria;
- t2 è la temperatura finale dopo la modifica.
m è la massa della sostanza utilizzata per il riscaldamento (gr).
Q - quantità di calore (J / J)
Sulla base di Tsr si possono derivare altre equazioni:
- Q = m * cp * ΔT - quantità di calore;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - la massa della sostanza;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - temperatura primaria;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - temperatura finale.
Definizione e formula della quantità di calore
L'energia interna di un sistema termodinamico può essere modificata in due modi:
- facendo lavori sul sistema,
- attraverso l'interazione termica.
Il trasferimento di calore al corpo non è associato all'esecuzione di lavori macroscopici sul corpo. In questo caso, la variazione di energia interna è causata dal fatto che singole molecole del corpo con una temperatura più alta stanno lavorando su alcune molecole del corpo, che ha una temperatura più bassa. In questo caso, l'interazione termica è realizzata a causa della conduttività termica. Il trasferimento di energia è possibile anche attraverso la radiazione. Il sistema dei processi microscopici (non relativi a tutto il corpo, ma alle singole molecole) è chiamato trasferimento di calore. La quantità di energia che viene trasferita da un corpo a un altro come risultato del trasferimento di calore è determinata dalla quantità di calore che viene trasferita da un corpo a un altro.
Definizione
Calore
è chiamata l'energia che viene ricevuta (o ceduta) dal corpo nel processo di scambio termico con i corpi circostanti (ambiente). Il calore è indicato, solitamente dalla lettera Q.
Questa è una delle grandezze fondamentali della termodinamica. Il calore è incluso nelle espressioni matematiche del primo e del secondo principio della termodinamica. Si dice che il calore sia energia sotto forma di movimento molecolare.
Il calore può essere comunicato al sistema (corpo) o può essere portato via da esso. Si ritiene che se il calore viene impartito al sistema, allora è positivo.
Istruzioni per il calcolo del parametro
Calcolare a partire dal
la sostanza è abbastanza semplice e per fare ciò, è necessario seguire questi passaggi:
- Prendi la formula di calcolo: Capacità termica = Q / (m * ∆T)
- Scrivi i dati iniziali.
- Inseriscili nella formula.
- Calcola e ottieni il risultato.
A titolo di esempio, calcoliamo una sostanza sconosciuta del peso di 480 grammi e avente una temperatura di 15ºC, che, per effetto del riscaldamento (35mila J), è aumentata a 250º.
Secondo le istruzioni sopra riportate, eseguiamo le seguenti azioni:
Scriviamo i dati iniziali:
- Q = 35 mila J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Prendiamo la formula, sostituiamo i valori e risolviamo:
c = Q / (m * ∆T) = 35 mila J / (480 g * 235º) = 35 mila J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Quantità di calore
La quantità di calore è l'energia che il corpo perde o guadagna durante il trasferimento di calore. Questo è chiaro anche dal nome. Durante il raffreddamento, il corpo perderà una certa quantità di calore e, se riscaldato, assorbirà. E le risposte alle nostre domande ci hanno mostrato da cosa dipende la quantità di calore? In primo luogo, maggiore è la massa corporea, più calore deve essere speso per cambiare la sua temperatura di un grado. In secondo luogo, la quantità di calore richiesta per riscaldare un corpo dipende dalla sostanza di cui è composto, cioè dal tipo di sostanza. In terzo luogo, anche la differenza di temperatura corporea prima e dopo il trasferimento di calore è importante per i nostri calcoli. Sulla base di quanto sopra, possiamo determinare la quantità di calore con la formula:
Q = cm (t_2-t_1),
dove Q è la quantità di calore, m è la massa del corpo, (t_2-t_1) è la differenza tra la temperatura iniziale e finale del corpo, c è la capacità termica specifica della sostanza, si trova dalle tabelle corrispondenti .
Usando questa formula, puoi calcolare la quantità di calore necessaria per riscaldare qualsiasi corpo o che questo corpo rilascerà quando si raffredda.
La quantità di calore viene misurata in joule (1 J), come qualsiasi tipo di energia. Tuttavia, questo valore è stato introdotto non molto tempo fa e le persone hanno iniziato a misurare la quantità di calore molto prima. E hanno usato un'unità ampiamente utilizzata ai nostri tempi: calorie (1 cal). 1 caloria è la quantità di calore necessaria per riscaldare 1 grammo di acqua di 1 grado Celsius. Guidato da questi dati, chi ama contare le calorie del cibo consumato può, per motivi di interesse, calcolare quanti litri di acqua possono essere bolliti con l'energia che consuma con il cibo durante la giornata.
Pagamento
Eseguiamo il calcolo CP
acqua e stagno alle seguenti condizioni:
- m = 500 grammi;
- t1 = 24ºC et2 = 80ºC - per l'acqua;
- t1 = 20ºC et2 = 180ºC - per lo stagno;
- Q = 28 mila J.
Per cominciare, determiniamo ΔT rispettivamente per l'acqua e lo stagno:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180-20 = 160ºC
Quindi troviamo il calore specifico:
- ñ = Q / (m * ΔТв) = 28 mila J / (500 g * 56ºC) = 28 mila J / (28 mila g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28mila J / (500 g * 160ºC) = 28mila J / (80mila g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Pertanto, il calore specifico dell'acqua era 1 J / g * ºC e quello dello stagno era 0,35 J / g * ºC. Quindi, possiamo concludere che con un valore uguale del calore fornito di 28 mila J, lo stagno si riscalderà più velocemente dell'acqua, poiché la sua capacità termica è inferiore.
La capacità termica è posseduta non solo da gas, liquidi e solidi, ma anche dal cibo.
La formula per calcolare il calore quando la temperatura cambia
La quantità elementare di calore sarà indicata come. Si noti che l'elemento termico che il sistema riceve (cede) con un piccolo cambiamento nel suo stato non è un differenziale completo. La ragione di ciò è che il calore è una funzione del processo di modifica dello stato del sistema.
La quantità elementare di calore che viene impartita al sistema, e la variazione di temperatura da T a T + dT, è pari a:
dove C è la capacità termica del corpo. Se il corpo in esame è omogeneo, la formula (1) per la quantità di calore può essere rappresentata come:
dove è il calore specifico del corpo, m è la massa del corpo, è il calore molare, è la massa molare di una sostanza ed è il numero di moli della sostanza.
Se il corpo è omogeneo e la capacità termica è considerata indipendente dalla temperatura, la quantità di calore () che il corpo riceve con un aumento della sua temperatura di una quantità può essere calcolata come:
dove t2, t1 temperatura corporea prima del riscaldamento e dopo.Si noti che le temperature quando si trova la differenza () nei calcoli possono essere sostituite sia in Celsius che in Kelvin.
Come calcolare la capacità termica del cibo
Quando si calcola la capacità di potenza l'equazione assume la seguente forma:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), dove:
- w è la quantità di acqua nel prodotto;
- p è la quantità di proteine nel prodotto;
- f è la percentuale di grasso;
- c è la percentuale di carboidrati;
- a è la percentuale di componenti inorganici.
Determina la capacità termica della crema di formaggio fuso Viola... Per fare ciò, scriviamo i valori richiesti dalla composizione del prodotto (peso 140 grammi):
- acqua - 35 g;
- proteine - 12,9 g;
- grassi - 25,8 g;
- carboidrati - 6,96 g;
- componenti inorganici - 21 g.
Quindi troviamo con:
- c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8 ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
Cosa determina la quantità di calore
L'energia interna del corpo cambia durante il lavoro o il trasferimento di calore. Con il fenomeno del trasferimento di calore, l'energia interna viene trasferita per conduzione termica, convezione o irraggiamento.
Ogni corpo, quando riscaldato o raffreddato (durante il trasferimento di calore), riceve o perde una certa quantità di energia. Sulla base di ciò, è consuetudine chiamare questa quantità di energia la quantità di calore.
Così, la quantità di calore è l'energia che il corpo dà o riceve nel processo di trasferimento del calore.
Quanto calore è necessario per riscaldare l'acqua? Usando un semplice esempio, puoi capire che sono necessarie diverse quantità di calore per riscaldare diverse quantità di acqua. Supponiamo di prendere due provette con 1 litro di acqua e 2 litri di acqua. In quale caso è richiesto più calore? Nella seconda, dove ci sono 2 litri di acqua nella provetta. Il secondo tubo impiegherà più tempo a riscaldarsi se lo riscaldiamo con la stessa fonte di fuoco.
Pertanto, la quantità di calore dipende dal peso corporeo. Maggiore è la massa, più calore è richiesto per il riscaldamento e, di conseguenza, il corpo ha bisogno di più tempo per raffreddarsi.
Da cos'altro dipende la quantità di calore? Naturalmente, dalla differenza di temperatura tra i corpi. Ma non è tutto. Dopotutto, se proviamo a riscaldare l'acqua o il latte, avremo bisogno di una quantità di tempo diversa. Cioè, si scopre che la quantità di calore dipende dalla sostanza di cui è composto il corpo.
Di conseguenza, si scopre che la quantità di calore necessaria per il riscaldamento o la quantità di calore che viene rilasciata quando il corpo si raffredda dipende dalla sua massa, dagli sbalzi di temperatura e dal tipo di sostanza che compone il corpo.
Consigli utili
Ricorda sempre che:
- il processo di riscaldamento del metallo è più veloce di quello dell'acqua, poiché lo è CP
2,5 volte meno; - se possibile, convertire i risultati in un ordine superiore, se le condizioni lo consentono;
- per controllare i risultati, è possibile utilizzare Internet e cercare la sostanza calcolata;
- nelle stesse condizioni sperimentali si osserveranno variazioni di temperatura più significative per i materiali a basso calore specifico.
Formula per la quantità di calore durante le transizioni di fase
La transizione da una fase di una sostanza all'altra è accompagnata dall'assorbimento o dal rilascio di una certa quantità di calore, che è chiamato il calore della transizione di fase.
Quindi, per trasferire un elemento di materia dallo stato di un solido a un liquido, dovrebbe essere indicata una quantità di calore () pari a:
dove è il calore specifico di fusione, dm è l'elemento di massa corporea. Va tenuto presente che il corpo deve avere una temperatura uguale alla temperatura di fusione della sostanza in esame. Durante la cristallizzazione, il calore viene rilasciato pari a (4).
La quantità di calore (calore di vaporizzazione) necessaria per convertire un liquido in vapore può essere trovata come:
dove r è il calore specifico di vaporizzazione. Quando il vapore si condensa, il calore viene rilasciato. Il calore di vaporizzazione è uguale al calore di condensazione di uguali masse di materia.
Come calcolare la quantità di calore per riscaldare il corpo
Ad esempio, è necessario calcolare la quantità di calore che deve essere spesa per riscaldare 3 kg di acqua da una temperatura di 15 ° C a una temperatura di 85 ° C. Conosciamo il calore specifico dell'acqua, cioè la quantità di energia necessaria per riscaldare 1 kg di acqua di 1 grado. Cioè, per scoprire la quantità di calore nel nostro caso, è necessario moltiplicare la capacità termica specifica dell'acqua per 3 e per il numero di gradi di cui è necessario aumentare la temperatura dell'acqua. Quindi questo è 4200 * 3 * (85-15) = 882.000.
Tra parentesi, calcoliamo il numero esatto di gradi, sottraendo l'iniziale
Quindi, per riscaldare 3 kg di acqua da 15 a 85 ° C, abbiamo bisogno di 882.000 J della quantità di calore.
La quantità di calore è indicata dalla lettera Q, la formula per calcolarla è la seguente:
Q = c * m * (t2-t1).
Cos'è il calore specifico
Ogni sostanza in natura ha le sue proprietà e il riscaldamento di ogni singola sostanza richiede una diversa quantità di energia, ad es. la quantità di calore.
Calore specifico di una sostanza È un valore uguale alla quantità di calore che deve essere trasferita a un corpo con una massa di 1 chilogrammo per riscaldarlo a una temperatura di 1 0C
Il calore specifico è indicato dalla lettera c e ha un valore di misurazione di J / kg *
Ad esempio, la capacità termica specifica dell'acqua è 4200 J / kg * 0C. Cioè, questa è la quantità di calore che deve essere trasferita a 1 kg di acqua per riscaldarla di 1 0 ° C
Va ricordato che la capacità termica specifica delle sostanze nei diversi stati di aggregazione è diversa. Cioè, è necessaria una diversa quantità di calore per riscaldare il ghiaccio di 1 ° C.
