Lämpökapasiteetti mittaa energian määrän, joka on lisättävä esineeseen, jotta se lämpenee yhden asteen. Kohteen lämpökapasiteetti saadaan selville yksinkertaisella kaavalla - jakamalla lämpöenergian muutoksella toimitetun lämpöenergian määrä, jotta määritetään tarvittava energiankulutus astetta kohti. Kaikilla tämän maailman materiaaleilla on erilainen lämpökapasiteetti. (Lähde: Luokan 10 vakio fysiikan kirja)
Kaava: Lämpökapasiteetti = (annettu lämpöenergia) / (lämpötilan nousu)
Vaihe
Menetelmä 1/2: Kohteen lämpökapasiteetin laskeminen
Vaihe 1. Tiedä lämpökapasiteetin kaava
Kohteen lämpökapasiteetti voidaan laskea jakamalla syötetty lämpöenergia (E) lämpötilan muutoksella (T). Yhtälö on: Lämpökapasiteetti = E/T.
- Esimerkki: Lohkon lämmittämiseen 5 celsiusasteeseen tarvitaan 2000 joulea - mikä on lohkon lämpökapasiteetti?
- Lämpökapasiteetti = E/T.
- Lämpökapasiteetti = 2000 Joule / 5˚C
- Lämpökapasiteetti = 400 joulea celsiusastetta kohti (J/˚C)
Vaihe 2. Etsi lämpötilan muutos
Jos esimerkiksi haluan tietää lohkon lämpökapasiteetin ja tiedän, että lohkon lämpötilan nostaminen 8 asteesta 20 asteeseen kestää 60 joulea, minun on tiedettävä näiden kahden lämpötilan ero lämmön saamiseksi kapasiteettia. Koska 20 - 8 = 12, lohkon lämpötila muuttuu 12 astetta. Siksi:
- Lämpökapasiteetti = E/T.
- Lohkon lämpökapasiteetti = 60 joulea / (20˚C - 8˚C)
- 60 joulea / 12 ° C
- Lohkon lämpökapasiteetti = 5 J/˚C
Vaihe 3. Lisää oikeat yksiköt vastaukseesi antaaksesi sille merkityksen
Lämpökapasiteetti 300 ei merkitse mitään, jos et tiedä miten se mitataan. Lämpökapasiteetti mitataan tarvittavalla energialla astetta kohti. Joten jos mittaamme energiaa jouleina ja lämpötilan muutosta celsiusasteissa, lopullinen vastaus olisi”kuinka monta joulea tarvitaan celsiusastetta kohti. Siksi esitämme vastauksemme muodossa 300 J/˚C tai 300 joulea celsiusastetta kohti.
Jos mittaat lämpöenergiaa kaloreissa ja lämpötilan Kelvinissä, lopullinen vastauksesi on 300 Cal/K
Vaihe 4. Tiedä, että tämä yhtälö toimii myös jäähdyttäville kohteille
Kun esine kylmenee kaksi astetta, se menettää täsmälleen saman määrän lämpöä kuin mitä se tarvitsisi 2 astetta lämpimämmäksi. Jos siis kysyt, "Mikä on kohteen lämpökapasiteetti, jos se menettää 50 joulea energiaa ja sen lämpötila laskee 5 celsiusastetta", voit silti käyttää tätä yhtälöä:
- Lämpökapasiteetti: 50 J/ 5˚C
- Lämpökapasiteetti = 10 J/˚C
Menetelmä 2/2: ominaislämmön käyttäminen
Vaihe 1. Tiedä, että ominaislämpö viittaa energiaan, joka tarvitaan yhden gramman kohteen lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella
Kun etsit aineyksikön (1 gramma, 1 unssi, 1 kilogramma jne.) Lämpökapasiteettia, olet etsinyt tämän kohteen ominaislämpöä. Ominaislämpö ilmaisee energian määrän, joka tarvitaan kohteen kunkin yksikön lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella. Esimerkiksi 1 gramman veden lämpötilan nostaminen 1 celsiusasteella vaatii 0,417 Joule energiaa. Joten veden ominaislämpö on 0,417 J/˚C grammaa kohti.
Materiaalin ominaislämpö on vakio. Tämä tarkoittaa, että kaikella puhtaalla vedellä on sama ominaislämpö, joka on 0,417 J/˚C
Vaihe 2. Käytä lämpökapasiteettikaavaa löytääksesi materiaalin ominaislämmön
Erityisen lämmön löytäminen on helppoa, eli jaa lopullinen vastaus kohteen massalla. Tulokset osoittavat, kuinka paljon energiaa tarvitaan jokaiseen kappaleeseen, kuten jouleiden määrä, joka tarvitaan vain yhden gramman jään lämpötilan muuttamiseen.
- Esimerkki: "Minulla on 100 grammaa jäätä. Jään lämpötilan nostamiseksi 2 celsiusastetta tarvitaan 406 joulea - mikä on jään ominaislämpö?""
- Lämpökapasiteetti 100 g jäälle = 406 J/ 2˚C
- Lämpökapasiteetti 100 g jäälle = 203 J/˚C
- Lämpökapasiteetti 1 g jäälle = 2,03 J/˚C grammaa kohti
- Jos olet hämmentynyt, ajattele sitä tällä tavalla - nostaaksesi lämpötilan yhden asteen jokaista grammaa jäätä kohden, joka kestää 2,03 joulea. Joten jos meillä on 100 grammaa jäätä, tarvitsemme 100 kertaa enemmän jouleja lämmittämään kaiken.
Vaihe 3. Käytä erityistä lämpöä löytääksesi energia, joka tarvitaan materiaalin lämpötilan nostamiseen mihin tahansa lämpötilaan
Aineen ominaislämpö osoittaa energian määrän, joka tarvitaan yhden aineyksikön (yleensä 1 gramman) lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella. Löytääksemme lämpöä, joka tarvitaan minkä tahansa esineen lämpötilan nostamiseen mihin tahansa lämpötilaan, yksinkertaisesti kerromme kaikki osat. Tarvittava energia = massa x ominaislämpö x lämpötilan muutos. Vastaus on aina energiayksiköissä, kuten Joules.
- Esimerkki: "Jos alumiinin ominaislämpö on 0,902 joulea grammaa kohti, kuinka monta joulea tarvitaan 5 gramman alumiinin lämpötilan nostamiseen 2 celsiusastetta?
- Tarvittava energia = 5 g x 0,902 J/g˚C x 2˚C
- Tarvittava energia = 9,02 J
Vaihe 4. Tunne tavallisten materiaalien erityiset lämpötilat
Käytännön helpottamiseksi tutustu yleisiin erityislämpötiloihin, jotka voit nähdä kokeessa tai esiintyä tosielämässä. Mitä voit oppia tästä? Huomaa esimerkiksi, että metallin ominaislämpö on paljon pienempi kuin puun - tämä on syy siihen, miksi metallilusikat kuumenevat nopeammin kuin puu, jos ne jätetään kupilliseen kuumaa suklaata. Pienempi ominaislämpö tarkoittaa, että esine lämpenee nopeammin.
- Vesi: 4, 179 J/g˚C
- Ilma: 1,01 J/g˚C
- Puu: 1,76 J/g˚C
- Alumiini: 0,902 J/g˚C
- Kulta: 0,129 J/g˚C
- Rauta: 0,450 J/g˚C
Vinkkejä
- Kansainvälinen (SI) lämpökapasiteettiyksikkö on Joules per Kelvin, ei vain Joules
- Lämpötilan muutosta edustaa lämpötilayksikkö delta pelkän lämpötilayksikön sijasta (esimerkiksi: 30 Delta K vain 30 K: n sijasta)
- Energian (lämmön) on oltava jouleina (SI) [suositus]
