- Nelerden oluşur ve formüller
- Kalori
- Emilen ısı miktarı neye bağlıdır?
- Nasıl hesaplanır?
- Enerji dengesi
- Bir maddenin özgül ısısı
- Bir malzemenin özgül ısısının nasıl hesaplanacağına bir örnek
- Egzersiz çözüldü
- Yaklaşmak
- Veri
- Çözüm
- Gümüş
- Bakır karıştırıcı
- Su
- Alüminyum kupa
- Referanslar
Emilen ısı farklı sıcaklıklarda iki gövde arasında enerji transferi olarak tanımlanır. Daha düşük sıcaklığa sahip olan, daha yüksek sıcaklığa sahip olanın ısısını emer. Bu olduğunda ısıyı emen maddenin termal enerjisi artar ve onu oluşturan parçacıklar daha hızlı titreşerek kinetik enerjilerini yükseltir.
Bu, sıcaklıkta bir artışa veya durumda bir değişikliğe yol açabilir. Örneğin, oda sıcaklığında suyla veya soda ile temas ettiğinde eridiğinde buz gibi katıdan sıvıya geçin.
Metal kaşık, sıcak kahvenin ısısını emer. Kaynak: Pixabay.
Isı sayesinde nesnelerin boyutlarının değişmesi de mümkündür. Termal genleşme, bu fenomenin güzel bir örneğidir. Çoğu madde ısıtıldığında, boyut olarak artma eğilimindedirler.
Bunun bir istisnası sudur. Aynı miktarda sıvı su, 4ºC'nin altına düştüğünde hacmini arttırır. Ek olarak, sıcaklıktaki değişiklikler yoğunluğunda da değişiklikler yaşayabilir, bu da su durumunda çok gözlemlenebilir.
Nelerden oluşur ve formüller
Geçiş halindeki enerji durumunda, emilen ısı birimleri Joule'dur. Bununla birlikte, uzun süre ısının kendi birimleri vardı: kalori.
Günümüzde bile, bu birim gıdanın enerji içeriğini ölçmek için kullanılmaktadır, ancak gerçekte bir diyet kalorisi bir kilokalori ısıya karşılık gelir.
Kalori
Kireç olarak kısaltılan kalori, 1 gram suyun sıcaklığını 1ºC yükseltmek için gereken ısı miktarıdır.
19. yüzyılda, Sir James Prescott Joule (1818 - 1889), mekanik işi ısıya dönüştürmeyi başardığı ünlü bir deney yaptı ve aşağıdaki denkliği elde etti:
İngiliz birimlerinde, ısı birimi Btu (İngiliz termal birimi) olarak adlandırılır ve bu, bir pound suyun sıcaklığını 1 (F yükseltmek için gereken ısı miktarı olarak tanımlanır.
Birimler arasındaki denklik aşağıdaki gibidir:
Bu eski ünitelerle ilgili sorun, ısı miktarının sıcaklığa bağlı olmasıdır. Yani 70ºC'den 75ºC'ye çıkmak için gerekli olan, örneğin suyu 9ºC'den 10ºC'ye ısıtmak için gerekli olanla aynı değildir.
Tanımın iyi tanımlanmış aralıkları tasarlamasının nedeni budur: kalori ve Btu için sırasıyla 14,5 ila 15,5 ° C ve 63 ila 64 ° F.
Emilen ısı miktarı neye bağlıdır?
Bir malzemenin topladığı emilen ısı miktarı birkaç faktöre bağlıdır:
- Kitle. Kütle ne kadar büyükse, o kadar fazla ısıyı emebilir.
- Maddenin özellikleri. Moleküler veya atomik yapılarına bağlı olarak diğerlerinden daha fazla ısıyı emebilen maddeler vardır.
- Sıcaklık. Daha yüksek bir sıcaklık elde etmek için daha fazla ısı eklemek gerekir.
Q ile gösterilen ısı miktarı, açıklanan faktörlerle orantılıdır. Bu nedenle şu şekilde yazılabilir:
M nesnenin kütlesi olduğunda, c, özel ısı denen bir sabittir, maddenin içsel bir özelliğidir ve Δ T, ısıyı emerek elde edilen sıcaklık değişimidir.
Bu farkın pozitif bir işareti vardır, çünkü ısıyı emerken Tf > T o olması beklenir . Bu, madde, sıvıdan buhara giden su gibi bir faz değişikliğine uğramadığı sürece gerçekleşir. Su kaynadığında, ne kadar hızlı kaynarsa da, sıcaklığı yaklaşık 100ºC'de sabit kalır.
Nasıl hesaplanır?
İki nesneyi farklı sıcaklıklarda temas ettirerek, bir süre sonra ikisi de termal dengeye ulaşır. Daha sonra sıcaklıklar eşitlenir ve ısı transferi durur. Aynı şey ikiden fazla nesne temas ettiğinde de olur. Belirli bir süre sonra hepsi aynı sıcaklıkta olacaktır.
Temas halindeki nesnelerin ısının kaçamayacağı kapalı bir sistem oluşturduğu varsayılırsa, enerjinin korunumu ilkesi uygulanır, dolayısıyla şöyle ifade edilebilir:
Q soğuruldu = - Q çıktı
Bu, bir kişinin gelir ve giderlerine benzer bir enerji dengesini temsil eder. Bu nedenle, aktarılan ısının negatif işareti vardır, çünkü ortaya çıkan nesne için son sıcaklık ilkinden daha düşüktür. Böylece:
Absorbe edilen = - Q verilen denklem , iki nesne temas halinde olduğunda kullanılır.
Enerji dengesi
Enerji dengesini gerçekleştirmek için, ısıyı emen nesneleri veren nesnelerden ayırt etmek gerekir, sonra:
Σ Q k = 0
Yani, kapalı bir sistemdeki enerji kazanç ve kayıplarının toplamı 0'a eşit olmalıdır.
Bir maddenin özgül ısısı
Emilen ısı miktarını hesaplamak için, katılan her maddenin özgül ısısını bilmek gerekir. Bu, 1 g malzemenin sıcaklığını 1ºC yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Uluslararası Sistemdeki birimleri: Joule / kg. K.
Genellikle bir kalorimetre veya benzer araçlar kullanılarak hesaplanan birçok maddenin özgül ısısını gösteren tablolar vardır.
Bir malzemenin özgül ısısının nasıl hesaplanacağına bir örnek
Metal bir halkanın sıcaklığını 20 ° C'den 30 ° C'ye çıkarmak için 250 kalori gerekir. Halkanın kütlesi 90 g ise. SI birimlerinde metalin özgül ısısı nedir?
Çözüm
Önce birimler dönüştürülür:
Q = 250 kalori = 1046,5 J
m = 90 g = 90 x 10-3 kg
Egzersiz çözüldü
Bir alüminyum kap, tümü 27 ° C'de 225 g su ve 40 g bakır karıştırıcı içerir. 87 ° C'lik bir başlangıç sıcaklığında 400 gr'lık bir gümüş numunesi suya yerleştirilir.
Karıştırıcı, 32 ° C'lik nihai denge sıcaklığına ulaşana kadar karışımı karıştırmak için kullanılır. Çevreye ısı kaybı olmadığını göz önünde bulundurarak alüminyum kabın kütlesini hesaplayın.
Bir kalorimetre şeması. Kaynak: Solidswiki.
Yaklaşmak
Yukarıda belirtildiği gibi, ısıyı azaltan nesneler ile emen nesneler arasında ayrım yapmak önemlidir:
- Alüminyum kap, bakır karıştırıcı ve su ısıyı emer.
- Gümüş örneği ısı verir.
Veri
Her bir maddenin özel ısısı sağlanır:
Her bir madde tarafından emilen veya aktarılan ısı aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanır:
Çözüm
Gümüş
S vermiştir = 400 x 10 -3 . 234 x (32 - 87) J = -5148 J
Bakır karıştırıcı
Q soğurulan = 40 x 10-3 . 387 x (32 - 27) J = 77,4 J
Su
Q soğurulan = 225 x 10-3 . 4186 x (32 - 27) J = 4709,25 J
Alüminyum kupa
Q soğurulan = m alüminyum . 900 x (32 - 27) J = 4500 .m alüminyum
Şunları kullanmak:
Σ Q k = 0
77.4 + 4709.25 + 4500 .m alüminyum = - (-5148)
Sonunda alüminyumun kütlesi temizlenir:
m alüminyum = 0,0803 kg = 80,3 g
Referanslar
- Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6 inci . Ed Prentice Hall. 400 - 410.
- Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Dünyaya Bir Bakış. 6 ta Kısaltılmış düzenleme. Cengage Learning. 156-164.
- Rex, A. 2011. Temel Fizik. Pearson. 309-332.
- Sears, Zemansky. 2016. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14 inci . Ses seviyesi 1. 556-553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Temel Fizik. 9 na yaym Öğrenme. 362 - 374