- Nelerden oluşur ve formüller
- Sıcaklık farkı
- Bir maddenin özgül ısı ve ısı kapasitesi
- Nasıl hesaplanır?
- kalorimetri
- Çözülmüş egzersizler
- 1. Egzersiz
- Veri
- Çözüm
- Egzersiz 2
- Çözüm
- Referanslar
Transfer edilen ısı farklı sıcaklıklarda iki gövde arasındaki enerji aktarılmasıdır. Daha yüksek sıcaklığa sahip olan, daha düşük sıcaklığa sahip olana ısı verir. Bir cisim ısıyı ister bıraksın ister emsin, sıcaklığı veya fiziksel durumu, yapıldığı malzemenin kütlesine ve özelliklerine bağlı olarak değişebilir.
İyi bir örnek, dumanı tüten bir fincan kahvedir. Şekerin karıştırıldığı metal kaşık ısınır. Fincanda yeterince uzun süre bırakılırsa, kahve ve metal bir kaşık sıcaklıklarını eşitleyecek: kahve soğumuş ve kaşığa ısı aktarılmış olacaktır. Sistem yalıtılmadığı için ortama bir miktar ısı geçecektir.
Kahve ve kaşık bir süre sonra ısıl dengeye gelir. Kaynak: Pixabay.
Sıcaklık eşitlendikçe termal dengeye ulaşılır.
Aynı testi plastik bir çay kaşığı ile yaptıysanız, metal olan kadar çabuk ısınmadığını ancak sonunda kahve ve etrafındaki her şeyle dengelendiğini fark edeceksiniz.
Bunun nedeni metalin ısıyı plastikten daha iyi iletmesidir. Öte yandan, kesinlikle kahve, sıcak çikolata veya diğer içeceklerden farklı bir oranda ısı verir. Dolayısıyla, her nesne tarafından verilen veya emilen ısı, hangi malzemeden veya maddeden yapıldığına bağlıdır.
Nelerden oluşur ve formüller
Isı, sıcaklık farkı nedeniyle her zaman bir nesne ile diğeri arasındaki enerji akışını veya geçişini ifade eder.
Bu nedenle, transfer edilen veya emilen ısıdan söz ediyoruz, çünkü bir şekilde ısı veya enerji ekleyerek veya çıkararak, bir elementin sıcaklığını değiştirmek mümkündür.
En sıcak nesnenin yaydığı ısı miktarı genellikle Q olarak adlandırılır. Bu değer, o nesnenin kütlesi ile orantılıdır. Büyük kütleli bir cisim, daha az kütleli bir cisimden daha fazla ısı verme yeteneğine sahiptir.
Sıcaklık farkı
Isı transferinin hesaplanmasında bir diğer önemli faktör, ısıyı transfer eden nesnenin yaşadığı sıcaklık farkıdır. Δ T olarak belirtilir ve aşağıdaki şekilde hesaplanır:
Son olarak, aktarılan ısı miktarı, c olarak belirtilen malzemenin özgül ısısı olarak adlandırılan bir sabitte nicel olarak özetlenen nesnenin doğasına ve özelliklerine de bağlıdır.
Son olarak, transfer edilen ısının ifadesi şu şekildedir:
Teslim olma eylemi bir negatif işaret ile sembolize edilir.
Bir maddenin özgül ısı ve ısı kapasitesi
Özgül ısı, 1 g maddenin sıcaklığını 1 ºC yükseltmek için gereken ısı miktarıdır. Malzemenin kendine özgü bir özelliğidir. Uluslararası Sistemdeki birimleri: Joule / kg. K (Kilogram x Kelvin cinsinden sıcaklık arasındaki Joule).
Isı kapasitesi C bağlantılı bir kavramdır, ancak nesnenin kütlesi dahil olduğu için biraz farklıdır. Isı kapasitesi aşağıdaki şekilde tanımlanır:
SI birimleri Joule / K'dır. Dolayısıyla açığa çıkan ısı aynı zamanda şu şekilde de ifade edilebilir:
Nasıl hesaplanır?
Bir nesne tarafından aktarılan ısıyı hesaplamak için aşağıdakileri bilmek gerekir:
- Isıyı bırakan maddenin özgül ısısı.
- Söz konusu maddenin kütlesi
- Elde edilecek son sıcaklık
Birçok malzeme için özgül ısı değerleri deneysel olarak belirlenmiştir ve tablolarda mevcuttur.
kalorimetri
Şimdi, eğer bu değer bilinmiyorsa, bunu ısı yalıtımlı bir kapta bir termometre ve su yardımıyla elde etmek mümkündür: kalorimetre. Egzersiz 1'e eşlik eden şekilde bu cihazın bir diyagramı gösterilmektedir.
Maddenin bir numunesi, daha önce ölçülen bir miktar suya belirli bir sıcaklıkta daldırılır. Nihai sıcaklık ölçülür ve elde edilen değerler ile malzemenin özgül ısısı belirlenir.
Sonucu tablodaki değerlerle karşılaştırarak, hangi madde olduğu öğrenilebilir. Bu işleme kalorimetre denir.
Isı dengesi, enerji tasarrufu yapılarak gerçekleştirilir:
Q verdi + Q soğurulan = 0
Çözülmüş egzersizler
1. Egzersiz
0,35 kg bakır parçası 150ºC sıcaklıkta 500 mL suya 25ºC sıcaklıkta eklenir.
a) Nihai denge sıcaklığı
b) Bu süreçte ne kadar ısı akıyor?
Veri
Basit bir kalorimetre şeması: yalıtımlı bir su kabı ve sıcaklıktaki değişiklikleri ölçmek için bir termometre. l Kaynak: Dr. Tilahun Tesfaye
Çözüm
a) Bakır su emerken ısıyı bırakır. Sistem kapalı kabul edildiğinden, ısı dengesine sadece su ve numune müdahale eder:
Öte yandan, 500 mL su kütlesinin hesaplanması gerekir:
Bu verilerle suyun kütlesi hesaplanır:
Her bir maddedeki ısı denklemi yükseltilir:
Elimizdeki sonuçları eşitlemek:
Çözümü şu olan, bilinmeyen bir doğrusal denklemdir:
b) Akan ısı miktarı, aktarılan ısı veya emilen ısıdır:
S vermiştir = - 134,75 (32,56-150) J = 15823 J
Q, emilen = 2093 (32,56-25) J = 15823 J
Egzersiz 2
100 g bakır parçası T o sıcaklığında bir fırında ısıtılır ve daha sonra 16 ° C'de 200 g su içeren 150 g bakır kalorimetreye yerleştirilir. Dengede bir kez nihai sıcaklık 38'dir. º C. Kalorimetre ve içeriği tartıldığında 1.2 g suyun buharlaştığı görülmüştür Başlangıç sıcaklığı T o nedir?
Çözüm
Bu alıştırma öncekinden farklıdır çünkü kalorimetrenin ısıyı da emdiğini düşünmemiz gerekir. Bakır parçası tarafından açığa çıkan ısı aşağıdakilerin tümüne yatırılır:
- Kalorimetredeki suyu ısıtın (200 g)
- Kalorimetrenin yapıldığı bakırı ısıtın (150 g)
- 1.2 gram suyu buharlaştırın (faz değişimi için de enerji gereklidir).
Böylece:
- 38.5. (38 - T o ) = 22397,3
1.2 gr suyu 100ºC'ye çıkarmak için ihtiyaç duyulan ısı da düşünülebilirdi, ancak kıyaslandığında oldukça küçük bir miktardır.
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 . Ed. Cilt 1. 556 - 553.
- Serway, R., Vulle, C. 2011. Temel Fizik. 9 na yaym Öğrenme.