Η θερμική ικανότητα μετρά την ποσότητα ενέργειας που πρέπει να προστεθεί σε ένα αντικείμενο για να γίνει ένα βαθμό πιο ζεστό. Η θερμική ικανότητα ενός αντικειμένου εντοπίζεται χρησιμοποιώντας έναν απλό τύπο - διαιρώντας την ποσότητα θερμικής ενέργειας που παρέχεται από τη μεταβολή της θερμοκρασίας για να προσδιοριστεί η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται ανά βαθμό. Κάθε υλικό σε αυτόν τον κόσμο έχει διαφορετική θερμική ικανότητα. (Πηγή: Βιβλίο Τυπικής Φυσικής Τάξης 10)
Τύπος: Ικανότητα θερμότητας = (δεδομένη θερμική ενέργεια) / (αύξηση θερμοκρασίας)
Βήμα
Μέθοδος 1 από 2: Υπολογισμός της θερμικής ικανότητας ενός αντικειμένου
Βήμα 1. Γνωρίστε τον τύπο για τη θερμική ικανότητα
Η θερμική ικανότητα ενός αντικειμένου μπορεί να υπολογιστεί διαιρώντας την ποσότητα θερμικής ενέργειας που παρέχεται (Ε) με τη μεταβολή της θερμοκρασίας (Τ). Η εξίσωση είναι: Θερμική ικανότητα = E/T.
- Παράδειγμα: Η ενέργεια που απαιτείται για τη θέρμανση ενός μπλοκ στους 5 βαθμούς Κελσίου είναι 2000 Joules - ποια είναι η θερμική ικανότητα του μπλοκ;
- Θερμική ικανότητα = E/T
- Θερμική ικανότητα = 2000 Joule / 5˚C
- Θερμική ικανότητα = 400 Joules ανά βαθμό Κελσίου (J/˚C)
Βήμα 2. Αναζητήστε την αλλαγή θερμοκρασίας
Για παράδειγμα, εάν θέλω να γνωρίζω τη θερμική ικανότητα ενός μπλοκ και γνωρίζω ότι χρειάζονται 60 Joules για να ανέβει η θερμοκρασία του μπλοκ από 8 βαθμούς σε 20 μοίρες, πρέπει να γνωρίζω τη διαφορά μεταξύ των δύο θερμοκρασιών για να αποκτήσω τη θερμότητα χωρητικότητα. Από 20 - 8 = 12, η θερμοκρασία του μπλοκ αλλάζει κατά 12 μοίρες. Επομένως:
- Θερμική ικανότητα = E/T
- Θερμική ικανότητα του μπλοκ = 60 Joules / (20˚C - 8˚C)
- 60 Joule / 12˚C
- Θερμική ικανότητα του μπλοκ = 5 J/˚C
Βήμα 3. Προσθέστε τις σωστές μονάδες στην απάντησή σας για να της δώσετε νόημα
Η χωρητικότητα θερμότητας 300 δεν σημαίνει τίποτα αν δεν ξέρετε πώς μετριέται. Η θερμοχωρητικότητα μετριέται με την απαιτούμενη ενέργεια ανά βαθμό. Έτσι, εάν μετρήσουμε την ενέργεια σε Joules και τη μεταβολή της θερμοκρασίας σε Κελσίου, η τελική απάντηση θα ήταν «πόσα Joules χρειάζονται ανά βαθμό Κελσίου. Επομένως, θα παρουσιάσουμε την απάντησή μας ως 300 J/˚C, ή 300 Joules ανά βαθμό Κελσίου.
Εάν μετράτε τη θερμική ενέργεια σε θερμίδες και θερμοκρασία στο Kelvin, η τελική σας απάντηση είναι 300 Cal/K
Βήμα 4. Γνωρίστε ότι αυτή η εξίσωση λειτουργεί και για αντικείμενα που ψύχονται επίσης
Όταν ένα αντικείμενο γίνει δύο βαθμούς πιο κρύο, χάνει ακριβώς την ίδια ποσότητα θερμότητας που θα χρειαζόταν για να γίνει 2 βαθμούς πιο ζεστό. Έτσι, εάν ρωτήσετε: "Ποια είναι η θερμική ικανότητα ενός αντικειμένου εάν χάσει 50 Joules ενέργειας και η θερμοκρασία του πέσει κατά 5 βαθμούς Κελσίου", μπορείτε ακόμα να χρησιμοποιήσετε αυτήν την εξίσωση:
- Θερμική ικανότητα: 50 J/ 5˚C
- Θερμική ικανότητα = 10 J/˚C
Μέθοδος 2 από 2: Χρήση της ειδικής θερμότητας της ύλης
Βήμα 1. Γνωρίστε ότι η συγκεκριμένη θερμότητα αναφέρεται στην ενέργεια που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας ενός γραμμαρίου ενός αντικειμένου κατά ένα βαθμό
Όταν αναζητάτε τη θερμική ικανότητα μιας μονάδας ύλης (1 γραμμάριο, 1 ουγγιά, 1 κιλό κ.λπ.), έχετε αναζητήσει τη συγκεκριμένη θερμότητα αυτού του αντικειμένου. Η ειδική θερμότητα υποδηλώνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία κάθε μονάδας ενός αντικειμένου κατά ένα βαθμό. Για παράδειγμα, για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1 γραμμαρίου νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου απαιτείται 0,417 Joule ενέργειας. Έτσι, η ειδική θερμότητα του νερού είναι 0,417 J/˚C ανά γραμμάριο.
Η συγκεκριμένη θερμότητα ενός υλικού είναι σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι όλο το καθαρό νερό έχει την ίδια ειδική θερμότητα, η οποία είναι 0,417 J/˚C
Βήμα 2. Χρησιμοποιήστε τον τύπο θερμικής ικανότητας για να βρείτε τη συγκεκριμένη θερμότητα ενός υλικού
Η εύρεση συγκεκριμένης θερμότητας είναι εύκολη, δηλαδή διαιρέστε την τελική απάντηση με τη μάζα του αντικειμένου. Τα αποτελέσματα δείχνουν πόση ενέργεια απαιτείται για κάθε κομμάτι αντικειμένου, όπως ο αριθμός των joules που χρειάζονται για να αλλάξουν τη θερμοκρασία μόνο ενός γραμμαρίου πάγου.
- Παράδειγμα: "Έχω 100 γραμμάρια πάγου. Για να ανεβάσω τη θερμοκρασία του πάγου κατά 2 βαθμούς Κελσίου χρειάζονται 406 Joules - ποια είναι η συγκεκριμένη θερμότητα του πάγου;"
- Θερμική ικανότητα για 100 g Πάγος = 406 J/ 2˚C
- Ικανότητα θερμότητας για 100 g Πάγος = 203 J/˚C
- Ικανότητα θερμότητας για 1 g Πάγου = 2,03 J/˚C ανά γραμμάριο
- Εάν έχετε μπερδευτεί, σκεφτείτε το με αυτόν τον τρόπο - για να αυξήσετε τη θερμοκρασία κατά ένα βαθμό για κάθε γραμμάριο πάγου χρειάζονται 2,03 Joules. Έτσι, αν έχουμε 100 γραμμάρια πάγου, χρειαζόμαστε 100 φορές περισσότερα Joules για να ζεσταθεί όλο.
Βήμα 3. Χρησιμοποιήστε συγκεκριμένη θερμότητα για να βρείτε την ενέργεια που απαιτείται για να αυξήσετε τη θερμοκρασία του υλικού σε οποιαδήποτε θερμοκρασία
Η συγκεκριμένη θερμότητα της ύλης δείχνει την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία μιας μονάδας ύλης (συνήθως 1 γραμμάριο) κατά ένα βαθμό. Για να βρούμε τη θερμότητα που απαιτείται για να ανεβάσουμε τη θερμοκρασία οποιουδήποτε αντικειμένου σε οποιαδήποτε θερμοκρασία, απλώς πολλαπλασιάζουμε όλα τα μέρη. Απαιτούμενη ενέργεια = Μάζα x Ειδική θερμότητα x Αλλαγή θερμοκρασίας Το Η απάντηση είναι πάντα σε μονάδες ενέργειας, όπως το Joules.
- Παράδειγμα: «Εάν η συγκεκριμένη θερμότητα του αλουμινίου είναι 0,902 Joules ανά γραμμάριο, πόσα Joules χρειάζονται για να αυξηθεί η θερμοκρασία των 5 γραμμαρίων αλουμινίου κατά 2 βαθμούς Κελσίου;
- Απαιτούμενη ενέργεια = 5 g x 0.902 J/g˚C x 2˚C
- Απαιτούμενη ενέργεια = 9,02 J
Βήμα 4. Γνωρίστε τις συγκεκριμένες θερμότητες των κοινών υλικών
Για να βοηθήσετε στην εξάσκηση, μελετήστε κοινές συγκεκριμένες ζέστες, τις οποίες μπορείτε να δείτε σε μια εξέταση ή να εμφανιστείτε στην πραγματική ζωή. Τι μπορείτε να μάθετε από αυτό; Για παράδειγμα, σημειώστε ότι η συγκεκριμένη θερμότητα του μετάλλου είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή του ξύλου - αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μεταλλικά κουτάλια θερμαίνονται γρηγορότερα από το ξύλο αν αφεθούν σε ένα φλιτζάνι ζεστή σοκολάτα. Χαμηλότερη ειδική θερμότητα σημαίνει ότι ένα αντικείμενο θερμαίνεται γρηγορότερα.
- Νερό: 4, 179 J/g˚C
- Αέρας: 1,01 J/g˚C
- Ξύλο: 1,76 J/g˚C
- Αλουμίνιο: 0,902 J/g˚C
- Χρυσός: 0,129 J/g˚C
- Σίδηρος: 0,450 J/g˚C
Συμβουλές
- Η μονάδα θερμικής ικανότητας International (SI) είναι Joules ανά Kelvin, όχι μόνο Joules
- Η μεταβολή της θερμοκρασίας αντιπροσωπεύεται από δέλτα μονάδας θερμοκρασίας αντί για μονάδα θερμοκρασίας (ας πούμε: 30 Δέλτα Κ αντί για μόλις 30Κ)
- Η ενέργεια (θερμότητα) πρέπει να είναι σε Joules (SI) [Συνιστάται]
