שינויים בצורת החומרים לפי חום: הגדרה, נוסחאות ודוגמאות
שינויים בחומר
בפיזיקה, כל דבר שיש לו מסה ותופס מקום נקרא חומר. ואם אין לו מסה אלא הוא תופס מקום, הוא מסווג כאנרגיה. הכולל את אלה שאין להם מסה כגון צליל ואור. אז בפיזיקה זה למעשה מדע שעוסק בחומר ובאנרגיה. עם זאת, הפעם נדון בבעיית מצב החומר ושינוייו, מצב החומר יכול להשתנות בגלל החום שניתן או משתחרר.
שינוי במצב החומר הוא שינוי תרמודינמי ממצב אחד של חומר למצב אחר של חומר. שינויים במצב של חומר זה יכולים להתרחש עקב שחרור וספיגת חום. שינויים במצב החומר מתרחשים כאשר לנקודה מסוימת מגיעים אטום / תרכובת של החומר אשר בדרך כלל מכמתים במספרי טמפרטורה. למשל, כדי שהמים יהיו מוצקים, הם חייבים להגיע לנקודת הקפיאה שלהם והמים כדי להפוך לגז חייבים להגיע לנקודת הרתיחה שלהם.
להלן השינויים במצב העניין:
בפיזיקה, התיאוריה הבסיסית של החומר מחולקת לשלוש צורות, כלומר:
- מוצק
- נוזל
- וחומרים גזיים
בשיעורי פיזיקה, התיאוריה הבסיסית של החומר מסבירה שחומר יכול לעבור שינוי צורה. במוצקים, שיכולים לשנות את המצב לנוזלים, זה מכונה התכה. חלקם דומים לנתחים, קרח יכול להפוך למים. ואז המים יכולים להפוך לאדים אשר נקרא אידוי. אחד מהם הוא אידוי מים על פני האדמה לאדי מים בעננים. ההפך מצורת השינוי הנ"ל הוא עיבוי והקפאה. התרחשותם של תנאי אדי מים בשמיים עלולה לחוות עיבוי, זאת בגלל הטל המחובר לכל חפץ או צמח בבוקר.
ישנם גם אירועים של שינוי צורה שאינם חווים את תהליך ההיתוך אלא באופן ישיר הופך לקיטור, אירוע זה נקרא מתווה אותם כמו פניות קמפור באופן מיידי להיות קיטור. התהליך ההפוך נקרא התגבשות בו ניתן להפוך את אבקת הקמפור לגבישים של קמפור.
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: הגדרה ומאפיינים של מוצקים, גזים, נוזלים ודוגמאות
הגדרת קלוריות
בעיקרון, חום הוא העברת אנרגיה קינטית מאובייקט עם טמפרטורה גבוהה יותר לאובייקט עם טמפרטורה נמוכה יותר. החום מסומן באות Q. כמות החום הניתנת לאובייקט פרופורציונאלית לעליית הטמפרטורה (∆T), המסה של האובייקט (m) והחום הספציפי של האובייקט (c). זה כתוב עם המשוואה הבאה.
Q = mc∆T ...……. פרס. (1)
מֵידָע:
- Q = כמות החום המסופקת (קלוריות או ג'אול)
- m = מסת האובייקט (גרם או ק"ג)
- c = חום ספציפי (cal / goC או J / kgoC)
- T = שינוי בטמפרטורה (oC)
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: מהו שינוי בחומר ובסוג ובדוגמאות?
חום ושינוי צורה
בראש פרק זה הוסבר כי חום הוא אנרגיה שעוברת מאובייקטים עם טמפרטורה גבוהה יותר לאובייקטים עם טמפרטורה נמוכה יותר כאשר האובייקטים נוגעים זה בזה. ניתן למדוד חום באמצעות קלורימטר, אך לעתים קרובות משתמשים בקלורימטר לקביעת חום סוג חומר על ידי ערבוב החומר לקלורימטר עם חומר שצפיפותו הייתה ידוע.
ניתן לנסח אותו להלן:
Q = mct. 4t
מידע:
- ש = חום (ג'אול)
- C = חום ספציפי (j / kg. K)
- 4t = שינוי בטמפרטורה (c)
חום ספציפי הוא החום הנדרש כדי להעלות את הטמפרטורה של 1 ק"ג של חומר ב- 1C או 1K. בהתבסס על ההגדרה לעיל, חום ספציפי הוא היכולת האופיינית של חומר לספוג חום.
קיבולת חום
קיבולת החום (ג) היא כמות האנרגיה שיש לתת ובצורת חום לחומר כדי להעלות את הטמפרטורה שלו. החומר הוא מעלה אחת. ניתן לנסח את קיבולת החום באופן הבא:
C = 4Q / 4t
c = קיבולת חום (j / kg)
מידע:
- ש = חום (ג'אול)
- c = חום ספציפי של החומר (j / kg)
- 4t = שינוי בטמפרטורה (c)
שינוי צורה
לחתיכת קרח בטמפרטורה של מינוס כמה מעלות צלזיוס ניתן חום כך שהטמפרטורה עולה ל 0 ° C למשך זמן מה עד לטמפרטורה זו.
אם הוא לא יעלה שוב, הטמפרטורה תעלה שוב עד שתגיע ל- 100˚C. כמות החום הדרושה בתהליך זה היא:
Q סך = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
מידע:
- Q1 = מחושב כאשר כולם עדיין בצורת קרח
- Q2 = הוא הערך הקלורי הדרוש להמיסת כל הקרח
- Q3 = חום הנדרש כדי להעלות את טמפרטורת המים מ 0 ° C ל 100 ° C
- Q4 = חום הנדרש כדי להפוך מים למים
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: הגדרה וסוגי סיווג החומרים
השפעת החום על צורת החומר
חום יכול להעלות את הטמפרטורה של חומר אשר משפיע על שינוי מצב החומר. התכה והתאדות הם אירועים הדורשים חום, מכיוון שכדי להצליח להמיס קוביית קרח או לאדות מים יש צורך בחום.
עם זאת, עיבוי והקפאה אינם דורשים חום אלא משחררים אותו, התרחשות היווצרות הטל בבוקר היא דוגמה לשינוי צורה המשחרר חום. כמו כן, אירוע ההקפאה ישחרר כמות מסוימת של חום כך שהמים קופאים ליצירת קוביות קרח.
כמו שמקרר (מקרר) הוא יישום של אירועים שמשנים את מצב הנוזל למוצק, משתמשים בכלי להסרת החום במים. אז קוביות קרח יכולות להיווצר במקרר מכיוון שהחום במים שוחרר על ידי הכלי.
כך שניתן להסיק כי חומר שעובר שינוי בחומר נובע מהימצאות חום, בתהליך כזה חומר זקוק לחום על מנת לשנות את צורתו, אך חלקם אינם זקוקים לחום aka מְשׁוּחרָר.
קרא גם מאמרים שעשויים להיות קשורים: הבדלים בין מתנול לבנזין - הגדרה, היסטוריה, ייצור, שימושים, מאפיינים, שיטות עבודה, מזהמים
שאלות לדוגמא ודיון
שאלה ראשונה
חשב את החום הדרוש להעלאת הטמפרטורה של מסה של 3 ק"ג ברזל מטמפרטורה של 10 מעלות צלזיוסoC עד 80oC?
ידוע גבַּרזֶל = 450 J / kgoג
ידוע:
- מ '= 3 ק"ג
- ∆T = 80oג – 10oC = 70oג
- גבַּרזֶל = 450 J / kgoג
נשאל: ש
תשובה:
כדי למצוא את כמות החום הדרושה, נוכל להשתמש במשוואה הבאה.
- Q = mc∆ט
- ש = 3 × 450 × 70
- ש = 9.45 × 104 י
- = 94.5 kJ
לכן, החום הנדרש הוא 94.5 קג''י.
שאלה שנייה
אניס מכינה משקאות תה קר לעובדים בביתה במיכל. הוא מערבב 0.5 ק"ג קרח ב – 5oC עם 1 ק"ג מי תה שטמפרטורתם 20oג. אם חילופי החום מתרחשים רק בין שני האובייקטים, גקרח = 2.100 J / kgoC, ו- cמים = 4,200 J / kgoC מה הטמפרטורה הסופית של המשקה?
ידוע:
- Mקרח = 0.5 ק"ג
- טקרח = -5oג
- גces = 2.100 J / kgoג
- Mמים = 1 ק"ג
- טמים = 20
- גנוזל = 4,200 J / kg C
נשאל: תג
תשובה
כדי למצוא את הטמפרטורה של התערובת (Tג) נוכל ליישם את העיקרון השחור, שהוא כדלקמן.
- שמים = שקרח
- Mמים × גמים × (תמים–טג) = מ 'קרח × גקרח × (תג– טקרח)
- 1 × 4.200 × (20 – טג) = 0.5 × 2100 × (Tג– (-5)
- 4.200 × (20 – טג) = 1.050 (Tג + 5)
- 4 × (20 – טג) = (תג + 5) →שני הצדדים מחולקים ב 1.050
- 80 – 4Tג = Tג + 5
- טג + 4Tג = 80 – 5
- 5Tג = 75
- טג = 75/5
- טג = 15
אז הטמפרטורה הסופית של המשקה היא 15oג.
שאלה שלישית
לכסף נקודת רתיחה 961oC, חום ההיתוך הוא 88 קג''י לק"ג, והחום הספציפי הוא 230 J / ק"גoג. חשב את החום הנדרש להמיסת 16.5 ק"ג כסף שטמפרטורתו הראשונית היא 20 מעלות צלזיוסoג.
ידוע:
- Mאג = 16.5 ק"ג (Ag = Agentum, שם מדעי כסף)
- לב = 88 ק"ג לק"ג = 8.8 × 104 J / kg
- טאג = 20oג
- נקודת ההיתוך של כסף (Tל) = 961oג
- cAg = 230 J / kgoג
נשאל: ש
פִּתָרוֹן:
כדי לפתור בעיה זו, עלינו לזכור כי עצם יתמוסס ברגע שטמפרטורתו תגיע לנקודת הרתיחה שלו. למעשה, כדי להגיע לנקודת הרתיחה, יש צורך גם בחום. לכן, יש לפתור בעיה זו בשתי דרכים.
- צעד ראשון זה למצוא את החום כדי להעלות את הטמפרטורה עד שהוא מגיע לנקודת הרתיחה שלו.
- דרך שניה זה למצוא את חום ההיתוך.
החום הנדרש כדי להעלות את הטמפרטורה מ -20oC עד 961oC הוא כדלקמן.
- ש1 = מק∆ט
- ש1 = 16,5 × 230 × (961 – 20)
- ש1 = 3,61 × 106 י
חום היתוך הכסף נמצא על ידי המשוואה הבאה.
- ש2 = מ"לב
- ש2 = 16,5 × (8,8 × 104)
- ש2 = 1,452 × 106 י
החום הכולל הנדרש להמיסת כסף מ -20oC הוא כדלקמן.
- שכּוֹסִית = ש1 + ש2
- שכּוֹסִית = (3,61 × 106) + (1,452 × 106)
- שכּוֹסִית = 5,062 × 106 י
אז החום הנדרש להמיסת הכסף הוא 5.062 × 106 י.
שאלה רביעית
100 גרם מים בגיל 70oC נשפך על גוש קרח ב -0oC עד שכל הקרח נמס. אם חום היתוך הקרח הוא 0.5 קק"ל לק"ג והחום הספציפי של מים הוא 1 קק"ל לק"גoC, לקבוע את מסת הקרח המומס.
ידוע:
- Mא = 100 גרם = 0.1 ק"ג
- טא = 40oג
- גא = 1 קק"ל לק"ג
- לB- קרח = 0.5 קק"ל / ק"ג
נשאל: מקרח
פִּתָרוֹן:
במקרה זה, המים מפזרים חום והקרח צובר חום, ולכן העיקרון של שחור חל. טמפרטורת המים זהה לטמפרטורת הקרח, שהיא 0oג.
- שמים = שקרח
- Mאגא∆T = mקרחלב
- 0,1 × 1 × (40 – 0) = מ 'קרח × 0,5
- 0.5 מטרקרח = 4
- Mקרח = 4/0,5
- Mקרח = 8 ק"ג
אז מסת הקרח שנשטפה היא 8 ק"ג.