Перенесення тепла: калорія, питома теплоємність

З точки зору фізики теплота – це енергія, яка переноситься від фізичних тіл з більш високою температурою до тіл з більш низькою температурою (вимірюється в джоулях).

З молекулярної точки зору теплоту можна охарактеризувати, як міру енергії руху молекул усередині фізичного тіла. Якщо ця енергія не буде залишати межі тіла, то воно не буде втрачати температуру.

Різні матеріали можуть зберігати різну кількість теплоти, що характеризується їх питомою теплоємністю – мірою кількості теплоти, що міститься в фізичному тілі.

Кількість теплоти Q, необхідне для підвищення температури тіла на певне значення, можна визначити за формулою:
Q = cmΔT
Q – кількість теплової енергії (Дж).
c – питома теплоємність матеріалу, Дж / (кг · ° C).
m – маса тіла.
ΔT – зміна температури тіла.
Кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 г води на 1 ° C називають калорій: 1 калорія = 4,186 Дж.

Кількість теплоти, необхідне для нагрівання 1 фунта води на 1 ° F називають британської теплової одиницею (BTU – British thermal unit). 1 BTU = тисячі п’ятьдесят п’ять Дж.

Припустимо, що у вашій чашці знаходиться 100 г чаю, який охолонув до 40 ° C. На плиті стоїть чайник з окропом (100 ° C). Питання – скільки треба додати окропу в чашку, щоб температура чаю в чашці стала 60 ° C (теплові втрати в посуді враховувати не будемо)?

Щоб відповісти на питання, необхідно дізнатися необхідну кількість теплової енергії, яку треба передати з чайника в чашку.

Теплова енергія, яку втрачає окріп масою m1:

ΔQ1 = cm1 · (tкон-Т1нач)
Теплова енергія, яку отримує чай в чашці масою m2:

ΔQ2 = cm2 · (tкон-Т2нач)
Оскільки, кількість теплової енергії, що втрачається чайником з окропом, так само телоти, яку отримує чай в чашці: ΔQ1 = -ΔQ2, то:

cm1 · (tкон-Т1нач) = cm2 · (tкон-Т2нач)
Проводимо нескладні алгебраїчні перетворення, і підставляємо числові значення:

-m1 (60-100) = m1 (40)
m2 (60-40) = 0,1 (20)
m1 (40) = 0,1 (20)
m1 = 50 г

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Солітон