该吸收的热量被定义为能量的两个机构之间的在不同温度下的转移。温度较低的一个吸收热量较高的一个。发生这种情况时,吸收热量的物质的热能会增加,并且构成热量的物质的振动会更快,从而提高其动能。
这可能导致温度升高或状态改变。例如,在室温下与水或苏打水融化时,从固态变成液态,就像冰一样。
金属勺子从热咖啡中吸收热量。资料来源:
由于加热,物体也可能改变其尺寸。热膨胀就是这种现象的一个很好的例子。当大多数物质被加热时,它们倾向于增大尺寸。
水是一个例外。当冷却至4ºC以下时,相同量的液态水会增加其体积。另外,温度的变化也会导致密度的变化,在水的情况下也很容易观察到。
它的组成和公式
对于能量传输,吸收的热量单位为焦耳。但是,很长一段时间以来,热量都有自己的单位:卡路里。
即使在今天,该单位仍被用来量化食物的能量含量,尽管实际上一个饮食中的热量相当于一千卡热量。
卡路里
卡路里(缩写为石灰)是将1克水的温度提高1ºC所需的热量。
在19世纪,詹姆斯·普雷斯科特·焦耳(James Prescott Joule)爵士(1818年-1889年)进行了一项著名的实验,他设法将机械功转化为热量,获得了以下等价关系:
在英国单位中,热量单位称为Btu(英国热量单位),其定义是将一磅水的温度提高1ºF所需的热量。
单位之间的等价如下:
这些旧设备的问题在于热量取决于温度。也就是说,从70ºC到75ºC所需的温度与将水从9ºC加热到10ºC所需的温度不同。
这就是为什么该定义考虑了明确定义的范围的原因:卡路里和Btu分别为14.5至15.5°C和63至64°F。
吸收的热量取决于什么?
材料吸收的吸收热量取决于几个因素:
-质量 质量越大,吸收的热量就越大。
-物质的特性。根据其分子或原子结构,有些物质能够吸收比其他物质更多的热量。
-温度。需要增加更多的热量以获得更高的温度。
表示为Q的热量与所述因素成正比。因此,它可以写为:
其中m是物体的质量,c是被称为比热的常数,是物质的固有性质,而ΔT是通过吸收热量实现的温度变化。
这种差异具有正号,因为当吸收热量时,可以预期T f > T o。除非物质发生相变,例如水从液体变成蒸气,否则这种情况会发生。当水沸腾时,无论沸腾多快,其温度都将保持恒定在约100ºC。
如何计算呢?
通过将两个处于不同温度的物体接触,一段时间后它们都达到热平衡。然后温度均衡并且传热停止。如果有两个以上的物体接触,则会发生相同的情况。一定时间后,它们将处于同一温度。
假设接触的物体形成一个封闭的系统,热量无法从该系统中逸出,则遵循能量守恒定律,因此可以说:
吸收的 Q =- 产生的 Q
这代表了能量平衡,类似于一个人的收入和支出。因此,传递的热量具有负号,因为对于产生的物体,最终温度要低于初始温度。从而:
每当两个物体接触时,将使用等式Q 吸收 =-Q 屈服。
能量平衡
为了实现能量平衡,有必要将吸收热量的物体与产生热量的物体区分开,然后:
∑ Q k = 0
也就是说,封闭系统中的能量损益之和必须等于0。
物质的比热
为了计算吸收的热量,有必要知道每种参与物质的比热。这是将1 g材料的温度提高1ºC所需的热量。在国际体系中,其单位是:焦耳/千克。K.
有些表中包含许多物质的比热,通常使用量热仪或类似工具计算得出。
如何计算材料比热的示例
将金属环的温度从20升高到30ºC需要250卡路里。如果戒指的质量为90克。金属的SI单位比热是多少?
解
首先转换单位:
Q = 250卡路里= 1046.5 J
m = 90克= 90 x 10 -3千克
运动解决
铝杯包含225 g的水和40 g的铜搅拌器,温度均为27°C。将400 g初始温度为87°C的银样品放入水中。
搅拌器用于搅拌混合物,直至达到最终平衡温度32°C。考虑到环境没有热量损失,计算铝杯的质量。
量热仪示意图。资料来源:Solidswiki。
方法
如上所述,重要的是要区分吸收热量的物体和吸收热量的物体:
-铝杯,铜搅拌器和水吸收热量。
-银样品产生热量。
数据
提供每种物质的比热:
每种物质吸收或传递的热量使用以下公式计算:
解
银
Q 产生 = 400 x 10 -3。234 x(32-87)J = -5148 J
铜搅拌器
被吸收的 Q = 40 x 10 -3。387 x(32-27)J = 77.4 J
水
被吸收的 Q = 225×10 -3。4186 x(32-27)J = 4709.25 J
铝杯
Q 吸收 = m 铝。900 x(32-27)J = 4500.m 铝
正在使用:
∑ Q k = 0
77.4 + 4709.25 + 4500.m 铝 =-(-5148)
最后清除铝的质量:
m 铝 = 0.0803千克= 80.3克
参考文献
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