传递的热量是在不同温度下两个物体之间的能量传递。较高的温度将热量释放给较低的温度。物体是否散发或吸收热量,其温度或物理状态可能会有所不同,具体取决于制造该物体的材料的质量和特性。
一杯热气腾腾的咖啡就是一个很好的例子。用来搅拌糖的金属勺加热。如果将其在杯子中放置足够长的时间,咖啡和金属汤匙将最终达到其温度均衡:咖啡将冷却下来,并且热量将转移到汤匙中。由于系统未隔热,因此一些热量会传递到环境中。
过一会儿,咖啡和汤匙就会达到热平衡。资料来源:
随着温度变得相等,已经达到热平衡。
如果您用塑料茶匙进行相同的测试,您肯定会注意到它的加热速度不如金属茶匙,但最终也将与咖啡及其周围的所有物质达到平衡。
这是因为金属的导热性比塑料好。另一方面,咖啡产生的热量肯定不同于热巧克力或其他饮料。因此,每个物体产生或吸收的热量取决于其制成的材料或物质。
它的组成和公式
由于温度的差异,热量始终是指能量在一个物体与另一个物体之间的流动或传递。
这就是我们所说的热传递或热吸收的原因,因为通过以某种方式添加或提取热或能量,可以改变元件的温度。
最热的物体散发出的热量通常称为Q。该值与该物体的质量成比例。大质量的物体比低质量的物体能散发更多的热量。
温差
计算传热的另一个重要因素是物体传热所经历的温度差。它表示为ΔT并计算如下:
最后,传递的热量还取决于对象的性质和特征,这些性质和特征在一个称为材料的比热的常数中被定量地总结,记为c。
因此,最终传递热量的表达式如下:
屈服的行为以负号表示。
物质的比热和热容
比热是将1 g物质的温度提高1ºC所需的热量。它是材料的固有特性。在国际体系中,其单位是:焦耳/千克。K(千克之间的焦耳x温度(以开氏度为单位))。
热容量C是一个相互联系的概念,但由于涉及物体的质量,因此略有不同。热容定义如下:
其SI单位是焦耳/K。因此,释放的热量也可以等效地表示为:
如何计算呢?
要计算物体传递的热量,必须了解以下内容:
-释放热量的物质的比热。
-所说物质的质量
-要获得的最终温度
许多材料的比热值已经通过实验确定,可以在表格中找到。
量热法
现在,如果不知道该值,则可以借助温度计和装在隔热容器(量热仪)中的水来获得。伴随练习1的图中显示了该设备的示意图。
将该物质的样品浸入一定温度的一定量的先前测量过的水中。测量最终温度,并根据获得的值确定材料的比热。
通过将结果与列表值进行比较,可以知道它是什么物质。此过程称为量热法。
通过节约能源来实现热量平衡:
Q 产生 + Q 吸收= 0
解决的练习
练习1
在150ºC的温度下将0.35 kg的铜片引入温度为25ºC的500 mL水中。
a)最终平衡温度
b)在此过程中有多少热量流过?
数据
基本量热仪的示意图:一个装有水和温度测量值的温度计的绝缘容器。l资料来源:Tilahun Tesfaye博士
解
a)铜释放热量,而水吸收热量。由于系统被认为是封闭的,因此仅水和样品会介入热平衡:
另一方面,需要计算500毫升水的质量:
利用这些数据可以计算出水的质量:
每种物质中热量的方程式升高了:
等于结果:
它是一个带有一个未知数的线性方程,其解为:
b)流动的热量是传递的热量或吸收的热量:
Q 屈服 =-134.75(32.56-150)J = 15823 J
被吸收的 Q = 2093(32.56-25)J = 15823 J
练习2
将100克铜片在炉中以温度T o加热,然后放入150克铜量热计中,其中含有200克水,温度为16ºC,一旦达到平衡,最终温度为38℃。称量热量表及其内容物后,发现蒸发了1.2克水,初始温度T o是多少?
解
此练习与之前的练习不同,因为必须考虑热量计也吸收热量。铜片释放的热量用于以下所有方面:
-加热热量计中的水(200克)
-加热量热计所用的铜(150 g)
-蒸发1.2克水(相变也需要能量)。
从而:
-38.5。(38-T o)= 22397.3
也可以考虑使1.2克水升至100ºC所需的热量,但相比而言,这是一个相当小的数量。
参考文献
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