Aineiden muutokset lämmön mukaan: määritelmä, kaavat ja esimerkit
Aineen muutokset
Fysiikassa kaikkea massaa ja tilaa vievää kutsutaan aineeksi. Ja jos sillä ei ole massaa, mutta se vie tilaa, se luokitellaan energiaksi. Joka sisältää ne, joilla ei ole massaa, kuten ääni ja valo. Joten fysiikassa se on itse asiassa tiedettä, joka koskee ainetta ja energiaa. Tällä kertaa keskustelemme kuitenkin aineen tilan ongelmasta ja sen muutoksista, aineen tila voi muuttua annetun tai vapautuneen lämmön takia.
Aineen tilan muutos on termodynaaminen muutos aineen tilasta toiseen aineen tilaan. Tämän aineen tilassa voi tapahtua muutoksia lämmön vapautumisen ja imeytymisen vuoksi. Muutokset aineen tilassa tapahtuu, kun aineen atomi / yhdiste saavuttaa tietyn pisteen, joka yleensä määritetään lämpötilalukuina. Esimerkiksi, jotta vedestä tulisi kiinteää, sen on saavutettava jäätymispiste ja veden tulee olla kiehumispiste.
Tässä ovat aineen tilan muutokset:
Fysiikassa aineen perusteoria on jaettu kolmeen muotoon, nimittäin:
- Kiinteä
- Nestemäinen
- Ja kaasumaiset aineet
Fysiikan oppitunneilla aineen teoria selittää, että aine voi muuttaa muotoa. Kiinteissä aineissa, jotka voivat muuttaa tilan nesteiksi, tämä tunnetaan sulamisena. Jotkut niistä ovat kuin paloja, jää voi muuttua vedeksi. Sitten vesi voi muuttua höyryksi, jota kutsutaan haihdutukseksi. Yksi niistä on veden haihtuminen maan pinnalla vesihöyryksi pilvissä. Edellä olevan muutosmuodon vastakohta on tiivistyminen ja jäätyminen. Vesihöyryolosuhteiden esiintyminen taivaalla voi kokea kondensaatiota, mikä johtuu kasteesta, joka on kiinnitetty mihin tahansa esineeseen tai kasviin aamulla.
On myös muodonmuutostapahtumia, jotka eivät koe sulamisprosessia vaan suoraan muuttuu höyryksi, tätä tapahtumaa kutsutaan subliningiksi kuin kamferi kääntyy välittömästi tulla höyryksi. Käänteistä prosessia kutsutaan kiteytymiseksi, jolloin kamferijauhe voi muuttua kamferikiteiksi.
Lue myös artikkeleita, jotka saattavat liittyä toisiinsa: Kiinteiden aineiden, kaasujen, nesteiden määritelmä ja ominaisuudet ja esimerkit
Määritelmä kalori
Pohjimmiltaan lämpö on kineettisen energian siirtyminen korkeamman lämpötilan esineestä alemman lämpötilan esineeseen. Lämpöä merkitään kirjaimella Q. Kohteelle annettu lämmön määrä on verrannollinen lämpötilan nousuun (∆T), kohteen massaan (m) ja kohteen ominaislämpöön (c). Se kirjoitetaan seuraavalla yhtälöllä.
Q = mc∆T ………. Pers. (1)
Tiedot:
- Q = syötetyn lämmön määrä (kaloreita tai jouleja)
- m = esineen massa (g tai kg)
- c = ominaislämpö (cal / goC tai J / kgoC)
- T = lämpötilan muutos (oC)
Lue myös artikkeleita, jotka saattavat liittyä toisiinsa: Mikä on aineen ja tyypin muutos ja esimerkkejä?
Lämpö ja muodonmuutos
Tämän luvun yläosassa selitettiin, että lämpö on energiaa, joka siirtyy esineistä, joilla on korkeampi lämpötila, kohteisiin, joissa on matalampi lämpötila, kun kohteet koskettavat toisiaan. Lämpö voidaan mitata kalorimetrillä, mutta usein lämpömäärää käytetään kalorimetrillä ainetyyppi sekoittamalla aine kalorimetriin aineen kanssa, jonka tiheys on ollut tunnetaan.
Se voidaan muotoilla seuraavasti:
Q = mct. 4t
Tiedot:
- Q = lämpö (joulea)
- C = ominaislämpö (j / kg. K)
- 4t = Lämpötilan muutos (c)
Ominaislämpö on lämpö, jota tarvitaan nostamaan 1 kg aineen lämpötilaa 1C tai 1K. Edellä olevan määritelmän perusteella ominaislämpö on aineelle tyypillinen kyky absorboida lämpöä.
Lämpökapasiteetti
Lämpökapasiteetti (c) on energian määrä, joka on annettava aineelle lämmön muodossa sen lämpötilan nostamiseksi. Aine on 1 aste. Lämpökapasiteetti voidaan muotoilla seuraavasti:
C = 4Q / 4t
c = lämpökapasiteetti (j / kg)
Tiedot:
- Q = lämpö (joulea)
- c = aineen ominaislämpö (j / kg)
- 4t = Lämpötilan muutos (c)
Muotomuutos
Jääpalalle, jonka lämpötila on miinus muutama celsiusaste, annetaan lämpöä niin, että lämpötila nousee 0 ° C: seen jonkin aikaa siihen lämpötilaan asti.
Jos se ei nouse uudelleen, lämpötila nousee uudelleen, kunnes se saavuttaa 100˚C. Tässä prosessissa tarvittava lämmön määrä on:
Q yhteensä = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
Tiedot:
- Q1 = lasketaan, kun kaikki ovat vielä jään muodossa
- Q2 = on koko jään sulattamiseen tarvittava lämpöarvo
- Q3 = lämpö, jota tarvitaan veden lämpötilan nostamiseen 0 ° C: sta 100 ° C: seen
- Q4 = lämpö, joka tarvitaan veden muuttamiseksi vedeksi
Lue myös artikkeleita, jotka saattavat liittyä toisiinsa: Aineen luokituksen määritelmä ja lajit
Lämmön vaikutus aineen muotoon
Lämpö voi nostaa aineen lämpötilaa, mikä vaikuttaa aineen tilanmuutokseen. Sulaminen ja haihtuminen ovat tapahtumia, jotka vaativat lämpöä, koska jääkuutioiden sulattamiseksi tai veden haihduttamiseksi tarvitaan lämpöä.
Kondensoituminen ja jäätyminen eivät kuitenkaan vaadi lämpöä, vaan vapauttavat sen, kasteen muodostuminen aamulla on esimerkki muodonmuutoksesta, joka vapauttaa lämpöä. Samoin jäätymistapahtuma vapauttaa tietyn määrän lämpöä niin, että vesi jäätyy jääkuutioiksi.
Kuten jääkaappi (jääkaappi) on tapahtumia, jotka muuttavat nesteen tilan kiinteäksi aineeksi, työkalua käytetään lämmön poistamiseen vedestä. Joten jääkuutioita voi muodostua jääkaappiin, koska työkalu on vapauttanut vedessä olevan lämmön.
Joten voidaan päätellä, että aine, joka muuttuu aineessa, johtuu lämmön läsnäolosta tällaisessa prosessissa aine tarvitsee lämpöä muodon muuttamiseksi, mutta jotkut eivät tarvitse lämpöä aka vapautettu.
Lue myös artikkeleita, jotka saattavat liittyä toisiinsa: Metanolin ja bensiinin erot - määritelmä, historia, tuotanto, käyttötarkoitukset, ominaisuudet, työmenetelmät, epäpuhtaudet
Esimerkkikysymykset ja keskustelu
Ensimmäinen kysymys
Laske lämpö, joka tarvitaan 3 kg rautamassan lämpötilan nostamiseen 10 ° C: n lämpötilastaoC - 80oC?
Tunnettu crauta- = 450 J / kgoC
Tunnetaan:
- m = 3 kg
- ∆T = 80oC – 10oC = 70oC
- crauta- = 450 J / kgoC
Kysyi: Q
Vastaus:
Tarvittavan lämmön määrän löytämiseksi voimme käyttää seuraavaa yhtälöä.
- Q = mc∆T
- Q = 3 × 450 × 70
- Q = 9,45 × 104 J
- = 94,5 kJ
Tarvittava lämpö on siis 94,5 kJ.
Toinen kysymys
Anis valmistaa jäätelöjuomia talonsa työntekijöille astiassa. Se sekoittaa 0,5 kg jäätä – 5oC 1 kg: lla teevettä, jonka lämpötila on 20 ° CoC. Jos lämmönvaihto tapahtuu vain kahden kohteen välillä, cjäätä = 2,100 J / kgoC ja cvettä = 4 200 J / kgoC mikä on juoman lopullinen lämpötila?
Tunnetaan:
- mjäätä = 0,5 kg
- Tjäätä = -5oC
- Cces = 2,100 J / kgoC
- mvettä = 1 kg
- Tvettä = 20
- cnestemäinen = 4 200 J / kg C
Kysyi: TC
Vastaus
Seoksen lämpötilan (TC) voimme soveltaa mustaa periaatetta, joka on seuraava.
- Qvettä = Qjäätä
- mvettä × cvettä × (Tvettä–TC) = mjäätä × cjäätä × (TC– Tjäätä)
- 1 × 4.200 × (20 – TC) = 0,5 × 2100 × (TC– (-5)
- 4.200 × (20 – TC) = 1,050 (TC + 5)
- 4 × (20 – TC) = (TC + 5) →molemmat puolet on jaettu 1,050: lla
- 80 – 4TC = TC + 5
- TC + 4TC = 80 – 5
- 5TC = 75
- TC = 75/5
- TC = 15
Joten juoman lopullinen lämpötila on 15 ° CoC.
Kolmas kysymys
Hopean kiehumispiste on 961oC, fuusiolämpö on 88 kJ / kg ja ominaislämpö on 230 J / kgoC. Laske 16,5 kg hopean sulattamiseen tarvittava lämpö, jonka alkulämpötila on 20 ° CoC.
Tunnetaan:
- mAg = 16,5 kg (Ag = Agentum, tieteellinen nimi hopea)
- LB = 88 kJ / kg = 8,8 × 104 J / kg
- TAg = 20oC
- Hopean (TL) = 961oC
- cAg = 230 J / kgoC
Kysyi: Q
Ratkaisu:
Tämän ongelman ratkaisemiseksi on muistettava, että esine sulaa, kun sen lämpötila saavuttaa kiehumispisteen. Itse asiassa kiehumispisteen saavuttamiseksi tarvitaan myös lämpöä. Joten tämä ongelma on ratkaistava kahdella tavalla.
- Ensimmäinen askel on löytää lämpö lämpötilan nostamiseksi, kunnes se saavuttaa kiehumispisteen.
- Toinen tapa on löytää fuusiolämpö.
Lämpötilan nostamiseen tarvittavasta lämmöstä 20 ° C: staoC - 961oC on seuraava.
- Q1 = mc∆T
- Q1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)
- Q1 = 3,61 × 106 J
Hopean fuusiolämpö saadaan seuraavan yhtälön avulla.
- Q2 = mlB
- Q2 = 16,5 × (8,8 × 104)
- Q2 = 1,452 × 106 J
Hopean sulattamiseen tarvittava kokonaislämpö 20 ° C: staoC on seuraava.
- Qtot = Q1 + Q2
- Qtot = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)
- Qtot = 5,062 × 106 J
Joten hopean sulattamiseen tarvittava lämpö on 5,062 × 106 J.
Neljäs kysymys
100 grammaa vettä 70 ° C: ssaoC kaadetaan jääpalaan 0 ° C: ssaoC, kunnes kaikki jää on sulanut. Jos jään fuusiolämpö on 0,5 kcal / kg ja veden ominaislämpö on 1 kcal / kgoC, määritä sulaneen jään massa.
Tunnetaan:
- ma = 100 g = 0,1 kg
- Ta = 40oC
- Ca = 1 kcal / kg
- LB-jää = 0,5 kcal / kg
Kysyi: mjäätä
Ratkaisu:
Tässä tapauksessa vesi antaa lämpöä ja jää saa lämpöä, joten Blackin periaate pätee. Veden lämpötila on sama kuin jään lämpötila, joka on 0oC.
- Qvettä = Qjäätä
- maca∆T = mjäätäLB
- 0,1 × 1 × (40 – 0) = mjäätä × 0,5
- 0,5 mjäätä = 4
- mjäätä = 4/0,5
- mjäätä = 8 kg
Joten huuhdeltavan jään massa on 8 kg.