วิธีการคำนวณการดูดซับความร้อน

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์และความร้อน
• อธิบายความจุความร้อนจำเพาะ
• การคำนวณการดูดซับความร้อน
• เคล็ดลับในหน่วยสำรอง

ในภาษาทุกวันผู้คนใช้เงื่อนไขความร้อนและอุณหภูมิสลับกันได้ ในสาขาอุณหพลศาสตร์และฟิสิกส์ในวงกว้างยิ่งขึ้นทั้งสองคำมีความหมายที่แตกต่างกันมาก หากคุณพยายามคำนวณว่ามีการดูดซับความร้อนจากสิ่งใดเมื่อคุณเพิ่มอุณหภูมิคุณต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างทั้งสองและวิธีการคำนวณความร้อนจากสิ่งอื่น คุณสามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายเพียงแค่เพิ่มความจุความร้อนของสารที่คุณกำลังทำความร้อนด้วยมวลของสารและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพื่อค้นหาความร้อนที่ดูดซับ

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

คำนวณการดูดซับความร้อนโดยใช้สูตร:

Q = MC∆T

Q หมายถึงความร้อนที่ดูดซับ ม. คือมวลของสารที่ดูดซับความร้อน ค เป็นความจุความร้อนจำเพาะและ ∆T คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

กฎข้อแรกของอุณหพลศาสตร์และความร้อน

กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของสารคือผลรวมของความร้อนที่ถูกถ่ายโอนไปและผลงานที่ทำกับมัน (หรือความร้อนที่ถ่ายโอนไปยังมัน ลบ งานที่ทำ โดย มัน). “ งาน” เป็นเพียงคำศัพท์ที่นักฟิสิกส์ใช้ในการถ่ายโอนพลังงานทางกายภาพ ตัวอย่างเช่นการกวนกาแฟหนึ่งถ้วยจะทำงานในของเหลวที่อยู่ภายในและคุณจะทำงานกับวัตถุเมื่อคุณหยิบมันขึ้นมาหรือขว้างมัน

ความร้อนเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายโอนพลังงาน แต่เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสองชิ้นอยู่ที่อุณหภูมิแตกต่างกัน หากคุณใส่น้ำเย็นลงในกระทะแล้วเปิดเตาเปลวไฟจะร้อนและกระทะร้อนจะทำให้น้ำร้อน สิ่งนี้จะเพิ่มอุณหภูมิของน้ำและให้พลังงาน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์กำหนดว่าความร้อนจะไหลจากวัตถุที่ร้อนกว่าไปยังวัตถุที่เย็นกว่าไม่ใช่วิธีอื่น ๆ

อธิบายความจุความร้อนจำเพาะ

กุญแจสำคัญในการแก้ปัญหาของการคำนวณการดูดซับความร้อนคือแนวคิดของความจุความร้อนจำเพาะ สารที่ต่างกันต้องการพลังงานที่แตกต่างกันในการเพิ่มอุณหภูมิและความจุความร้อนจำเพาะของสารจะบอกคุณว่ามันคือเท่าไหร่ นี่คือปริมาณที่กำหนดสัญลักษณ์ ค และวัดในหน่วยจูล / กิโลกรัมองศาเซลเซียส ในระยะสั้นความจุความร้อนจะบอกคุณว่าต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าใด (เป็นจูล) ในการเพิ่มอุณหภูมิ 1 กิโลกรัมของวัสดุ 1 องศาเซลเซียสความจุความร้อนเฉพาะของน้ำคือ 4,181 J / kg องศา C และเฉพาะ ความจุความร้อนของตะกั่วคือ 128 J / kg องศาเซลเซียสสิ่งนี้บอกคุณได้อย่างรวดเร็วว่าใช้พลังงานน้อยกว่าเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของสารตะกั่วมากกว่าน้ำ

การคำนวณการดูดซับความร้อน

คุณสามารถใช้ข้อมูลในสองส่วนสุดท้ายพร้อมกับสูตรง่าย ๆ เพื่อคำนวณการดูดซับความร้อนในสถานการณ์เฉพาะ สิ่งที่คุณต้องรู้คือสารที่ถูกทำให้ร้อนการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและมวลของสาร สมการคือ:

Q = MC∆T

ที่นี่ Q หมายถึงความร้อน (สิ่งที่คุณอยากรู้) ม. หมายถึงมวล ค หมายถึงความจุความร้อนจำเพาะและ ∆T คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คุณสามารถค้นหาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยการลบอุณหภูมิเริ่มต้นจากอุณหภูมิสุดท้าย

ยกตัวอย่างเช่นจินตนาการว่าการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 2 กิโลกรัมจาก 10 องศาเซลเซียสเป็น 50 องศาเซลเซียสการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิคือ ∆T = (50 - 10) องศา C = 40 องศาเซลเซียสจากส่วนสุดท้ายความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4,181 J / kg องศาเซลเซียสดังนั้นสมการให้:

Q = 2 kg × 4181 J / kg degree C × 40 degrees C

= 334,480 J = 334.5 kJ

ดังนั้นใช้เวลาประมาณ 334.5 พันจูล (kJ) ของความร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ 2 กิโลกรัมน้ำ 40 องศาเซลเซียส

เคล็ดลับในหน่วยสำรอง

บางครั้งความจุความร้อนจำเพาะจะถูกกำหนดในหน่วยต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นมันอาจจะยกมาในจูล / กรัมองศา C, แคลอรี่ / กรัมองศา C หรือจูล / โมลองศาซีแคลอรี่เป็นหน่วยพลังงานทดแทน (1 แคลอรี่ = 4.184 จูล) กรัมเป็น 1/1000 กิโลกรัม และโมล (ย่อมาจากโมล) เป็นหน่วยที่ใช้ในวิชาเคมี ตราบใดที่คุณใช้หน่วยที่สอดคล้องกันสูตรด้านบนจะถูกเก็บไว้

ตัวอย่างเช่นหากความร้อนจำเพาะมีให้ในหน่วยจูล / กรัมองศา C ให้อ้างถึงมวลของสารเป็นกรัมเช่นกันหรือแปลงความจุความร้อนจำเพาะเป็นหน่วยกิโลกรัมโดยคูณด้วย 1,000 หากความจุความร้อนมีให้ใน joules / mol องศา C มันง่ายที่สุดในการพูดถึงมวลของสารในโมลด้วยเช่นกัน หากความจุความร้อนมีให้ในแคลอรี่ / กิโลกรัมองศา C ผลของคุณจะเป็นแคลอรี่ของความร้อนแทนจูลซึ่งคุณสามารถแปลงหลังจากนั้นถ้าคุณต้องการคำตอบในจูล

หากคุณพบเคลวินเป็นหน่วยสำหรับอุณหภูมิ (สัญลักษณ์ K) สำหรับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมินี่เป็นสิ่งเดียวกันกับเซลเซียสดังนั้นคุณไม่จำเป็นต้องทำอะไรเลย