Ainete muutused kuumuse järgi: määratlus, valemid ja näited
Sisulised muudatused
Füüsikas nimetatakse kõike, millel on mass ja mis hõivab ruumi. Ja kui sellel pole massi, kuid see hõivab ruumi, liigitatakse see energiaks. Mis hõlmab neid, millel puudub mass nagu heli ja valgus. Niisiis, füüsikas on see tegelikult aine ja energiaga tegelev teadus. Kuid seekord arutame aine seisundi ja selle muutuste probleemi, aine olek võib muutuda antud või vabaneva soojuse tõttu.
Mateeria oleku muutus on termodünaamiline muutus mateeria olekust teise mateeria olekuks. Muutused selle aine olekus võivad ilmneda soojuse eraldumise ja neeldumise tõttu. Muutused aine olekus toimuvad siis, kui aine aatom / ühend jõuab teatud punktini, mis on tavaliselt kvantifitseeritud temperatuuri numbritena. Näiteks vee tahkeks saamiseks peab see jõudma külmumispunktini ja vesi gaasiks keemispunkti.
Siin on muutused aine olekus:
Füüsikas on aine põhiteooria jagatud kolmeks vormiks, nimelt:
- Tahke
- Vedelik
- Ja gaasilised ained
Füüsikatundides selgitab aine põhiteooria, et aine võib vormi muuta. Tahketes ainetes, mis võivad olekut muuta vedelaks, tuntakse seda sulamisena. Mõned neist on nagu tükid, jää võib muutuda veeks. Siis võib vesi muutuda auruks, mida nimetatakse aurustumiseks. Üks neist on vee aurustamine maapinnal pilvedes veeauruks. Ülaltoodud muutumisvormi vastand on kondenseerumine ja külmumine. Taevas võib veeauru tingimustes esineda kondenseerumist, mis on tingitud hommikul mis tahes eseme või taime külge kinnitatud kastest.
On ka vormimuutuse sündmusi, mis ei koge sulamise protsessi, vaid otseselt muutub auruks, seda sündmust nimetatakse nende sublineerimiseks nagu kampri pöörded koheselt muutuma auruks. Pöördprotsessi nimetatakse kristalliseerumiseks, mille käigus saab kamperipulbri muuta kamperkristallideks.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Tahkete ainete, gaaside, vedelike määratlus ja omadused ning näited
Kalorite määratlus
Põhimõtteliselt on soojus kineetilise energia ülekandmine kõrgema temperatuuriga objektilt madalama temperatuuriga objektile. Kuumust tähistatakse tähega Q. Esemele antud soojushulk on proportsionaalne temperatuuri tõusuga (∆T), eseme massiga (m) ja objekti erisoojusega (c). See on kirjutatud järgmise võrrandiga.
Q = mc∆T ………. Pers. (1)
Teave:
- Q = tarnitud soojushulk (kalorid või džaulid)
- m = eseme mass (g või kg)
- c = erisoojus (cal / goC või J / kgoC)
- T = temperatuuri muutus (oC)
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Mis on aine ja tüübi muutus ning näited?
Kuumus ja vormi muutus
Selle peatüki ülaosas selgitati, et soojus on energia, mis liigub kõrgema temperatuuriga objektidelt madalama temperatuuriga objektidele, kui objektid üksteist puudutavad. Soojust saab mõõta kalorimeetri abil, kuid sageli kasutatakse soojuse määramiseks kalorimeetrit aine tüüp, segades aine kalorimeetriks ainega, mille tihedus on olnud on tuntud.
Selle saab sõnastada järgmiselt:
Q = mct. 4t
Teave:
- Q = kuumus (džaulides)
- C = erisoojus (j / kg. K)
- 4t = temperatuuri muutus (c)
Erisoojus on soojus, mis on vajalik 1 kg aine temperatuuri tõstmiseks 1C või 1K võrra. Eeltoodud määratluse põhjal on erisoojus aine iseloomulik võime soojust neelata.
Soojusmahtuvus
Soojusvõimsus (c) on energia hulk, mis tuleb ainele anda temperatuuri tõstmiseks soojuse kujul. Aine on 1 kraad. Soojusvõimsust saab formuleerida järgmiselt:
C = 4Q / 4t
c = soojusmaht (j / kg)
Teave:
- Q = kuumus (džaulides)
- c = aine erisoojus (j / kg)
- 4t = temperatuuri muutus (c)
Kuju muutmine
Jääjupile, mille temperatuur on miinus paar kraadi Celsiuse järgi, antakse soojust, nii et temperatuur tõuseb mõnda aega kuni selle temperatuurini 0˚C-ni.
Kui see enam ei tõuse, tõuseb temperatuur uuesti, kuni see jõuab 100˚C-ni. Selles protsessis vajalik soojushulk on:
Q kokku = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Teave:
- Q1 = arvutatud, kui kõik on veel jää kujul
- Q2 = on kogu jää sulatamiseks vajalik kütteväärtus
- Q3 = soojus, mis on vajalik vee temperatuuri tõstmiseks 0 ° C-lt 100 ° C-ni
- Q4 = soojus, mis on vajalik vee muutmiseks veeks
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Ainete klassifikatsiooni määratlus ja liigid
Kuumuse mõju aine vormile
Kuumus võib tõsta aine temperatuuri, mis mõjutab aine oleku muutumist. Sulamine ja aurustamine on sündmused, mis nõuavad kuumust, sest jääkuubiku sulatamiseks või vee aurustamiseks on vaja soojust.
Kuid kondenseerumine ja külmumine ei vaja soojust, vaid vabastavad selle, hommikune kaste tekkimine on näide soojust eraldavast vormimuutusest. Samamoodi vabastab külmutamine teatud koguse soojust, nii et vesi külmub jääkuubikute moodustamiseks.
Nagu külmik (külmkapp) on ka vedeliku olekuks tahkeks muutuvate sündmuste rakendamine, kasutatakse tööriista vee soojuse eemaldamiseks. Nii võivad külmikusse tekkida jääkuubikud, kuna tööriist eraldab veesoojuse.
Seega võib järeldada, et aine, mille aine muutub, tuleneb sellises protsessis soojuse olemasolust kuumus on ainel oma kuju muutmiseks vajalik, kuid mõned ei vaja soojust aka vabastati.
Loe ka artikleid, mis võivad olla seotud: Metanooli ja bensiini erinevused - määratlus, ajalugu, tootmine, kasutusalad, omadused, töömeetodid, saasteained
Näidisküsimused ja arutelu
Esimene küsimus
Arvutage kuumus, mis on vajalik 3 kg rauamassi temperatuuri tõstmiseks temperatuurilt 10 ° CoC kuni 80oC?
Tuntud crauda = 450 J / kgoC
On tuntud:
- m = 3 kg
- ∆T = 80oC – 10oC = 70oC
- crauda = 450 J / kgoC
Küsis: Q
Vastus:
Vajaliku soojushulga leidmiseks võime kasutada järgmist võrrandit.
- Q = mc∆T
- Q = 3 × 450 × 70
- Q = 9,45 × 104 J
- = 94,5 kJ
Niisiis, vajalik soojus on 94,5 kJ.
Teine küsimus
Anis valmistab oma maja töötajatele anumas jäätunud teejooke. See segab 0,5 kg jääd temperatuuril – 5oC 1 kg teeveega, mille temperatuur on 20 ° CoC. Kui soojusvahetus toimub ainult kahe objekti vahel, siis cjää = 2,100 J / kgoC ja cvett = 4 200 J / kgoC mis on joogi lõplik temperatuur?
On tuntud:
- mjää = 0,5 kg
- Tjää = -5oC
- Cces = 2,100 J / kgoC
- mvett = 1 kg
- Tvett = 20
- cvedel = 4 200 J / kg C
Küsiti: TC
Vastus
Segu temperatuuri leidmiseks (TC) saame rakendada musta printsiipi, mis on järgmine.
- Qvett = Qjää
- mvett × cvett × (Tvett–TC) = mjää × cjää × (TC– Tjää)
- 1 × 4.200 × (20 – TC) = 0,5 × 2100 × (TC– (-5)
- 4.200 × (20 – TC= 1,050 (TC + 5)
- 4 × (20 – TC) = (TC + 5) →mõlemad pooled jagatakse 1,050-ga
- 80 – 4TC = TC + 5
- TC + 4TC = 80 – 5
- 5TC = 75
- TC = 75/5
- TC = 15
Niisiis on joogi lõplik temperatuur 15 ° CoC.
Kolmas küsimus
Hõbeda keemistemperatuur on 961oC, sulamissoojus on 88 kJ / kg ja erisoojus 230 J / kgoC. Arvutage kuumus, mis on vajalik 16,5 kg hõbeda sulatamiseks, mille algtemperatuur on 20 ° CoC.
On tuntud:
- mAg = 16,5 kg (Ag = Agentum, teaduslik nimetus hõbe)
- LB = 88 kJ / kg = 8,8 × 104 J / kg
- TAg = 20oC
- Hõbeda sulamistemperatuur (TL) = 961oC
- cAg = 230 J / kgoC
Küsis: Q
Lahendus:
Selle probleemi lahendamiseks peame meeles pidama, et objekt sulab, kui selle temperatuur on jõudnud keemiseni. Tegelikult on keemistemperatuuri saavutamiseks vaja ka soojust. Niisiis, see probleem tuleb lahendada kahel viisil.
- Esimene samm on leida kuumust temperatuuri tõstmiseks kuni selle keemiseni jõudmiseni.
- Teine tee on leida termotuumasünteesi soojus.
Temperatuuri tõstmiseks 20 ° C-lt vajalik soojusoC kuni 961oC on järgmine.
- Q1 = mc∆T
- Q1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)
- Q1 = 3,61 × 106 J
Hõbeda sulamissoojus leitakse järgmise võrrandi abil.
- Q2 = mlB
- Q2 = 16,5 × (8,8 × 104)
- Q2 = 1,452 × 106 J
Hõbeda sulatamiseks vajalik kogu soojus alates 20oC on järgmine.
- Qtot = Q1 + Q2
- Qtot = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)
- Qtot = 5,062 × 106 J
Niisiis, hõbeda sulatamiseks vajalik soojus on 5,062 × 106 J.
Neljas küsimus
100 grammi vett temperatuuril 70 ° CoC valatakse jääplokile 0 ° C juuresoC, kuni kogu jää on sulanud. Kui jää sulamissoojus on 0,5 kcal / kg ja vee erisoojus 1 kcal / kgoC, määrake sulanud jää mass.
On tuntud:
- ma = 100 g = 0,1 kg
- Ta = 40oC
- Ca = 1 kcal / kg
- LB-jää = 0,5 kcal / kg
Küsiti: mjää
Lahendus:
Sellisel juhul annab vesi soojust ja jää saab sooja, nii et kehtib Musta printsiip. Vee temperatuur on sama kui jää temperatuur, mis on 0oC.
- Qvett = Qjää
- maca∆T = mjääLB
- 0,1 × 1 × (40 – 0) = mjää × 0,5
- 0,5 mjää = 4
- mjää = 4/0,5
- mjää = 8 kg
Nii et pestava jää mass on 8 kg.