HomekkМеншікті жылуды қалай есептеу керек

Меншікті жылуды қалай есептеу керек

Меншікті жылу (C e ) – бұл материалдың температурасын бір бірлікке көтеру үшін оның бірлік массасына қолданылуы керек жылу мөлшері . Бұл заттың интенсивті жылу қасиеті, яғни ол материалдың көлеміне немесе оның мөлшеріне байланысты емес, тек оның құрамына байланысты. Осы тұрғыдан алғанда, бұл әр материалдың мүмкін болатын қолданылуын анықтау үшін үлкен маңызға ие және әртүрлі температурада болатын денелермен немесе орталармен жанасқанда заттардың жылулық әрекетінің бір бөлігін анықтауға көмектесетін сипатты қасиет.

Белгілі бір тұрғыдан алғанда, меншікті жылу жылу сыйымдылығының (С) интенсивті нұсқасына сәйкес келеді деп айта аламыз, оны жүйенің температурасын бір бірлікке арттыру үшін оны беру керек жылу мөлшері ретінде анықтайды. Оны жүйенің (дененің, заттың және т.б.) жылу сыйымдылығы мен оның массасы арасындағы пропорционалдық тұрақтысы деп те түсінуге болады.

Заттың меншікті жылуының мәні қыздыру (немесе салқындату) тұрақты қысымда немесе тұрақты көлемде жүргізілетініне байланысты. Бұл әрбір зат үшін екі меншікті жылуды тудырады, атап айтқанда тұрақты қысымдағы меншікті жылу (C P ) және тұрақты көлемдегі меншікті жылу (C V ). Дегенмен, айырмашылықты тек газдарда ғана көруге болады, сондықтан сұйықтар мен қатты заттар үшін біз әдетте құрғақ меншікті жылу туралы айтамыз.

меншікті жылу формуласы

Дененің жылу сыйымдылығы оның массасына пропорционал екенін тәжірибеден білеміз, яғни

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Алдыңғы бөлімде айтқанымыздай, меншікті жылу осы екі айнымалының арасындағы пропорционалдық константасын білдіреді, сондықтан жоғарыдағы пропорционалдық қатынасты келесі теңдеу түрінде жазуға болады:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Меншікті жылу үшін өрнекті алу үшін мына теңдеуді шеше аламыз:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Екінші жағынан, біз жылу сыйымдылығы жүйенің температурасын ΔT шамасына жоғарылату үшін қажет жылу (q) арасындағы пропорционалдық тұрақтысы екенін білеміз. Басқаша айтқанда, біз q = C * ΔT екенін білеміз. Бұл теңдеуді жоғарыда көрсетілген жылу сыйымдылық теңдеуімен біріктіріп, аламыз:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Меншікті жылуды табу үшін осы теңдеуді шешіп, оның екінші теңдеуін аламыз:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Арнайы жылу бірліктері

Меншікті жылу үшін алынған соңғы теңдеу бұл айнымалының өлшем бірліктері [q][m] -1 [ΔT] -1 , яғни масса мен температура бірліктерінен жылу бірліктері екенін көрсетеді. Жұмыс істеп жатқан қондырғылар жүйесіне байланысты бұл бірліктер:

Бірлік жүйесі Арнайы жылу бірліктері Халықаралық жүйе J.kg -1 .K -1 ол am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 эквиваленті империялық жүйе BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 калория кал.г -1 .°C -1 , бұл Cal.kg -1 .°C -1 тең басқа бірліктер кДж.кг -1 .К -1

ЕСКЕРТПЕ: Бұл бірліктерді пайдаланған кезде кал мен калдың аражігін ажырату маңызды.Біріншісі 1г судың температурасын көтеру үшін қажетті жылу мөлшеріне сәйкес келетін қалыпты калория (кейде шағын калория немесе грамм-калория деп те аталады) болып табылады. Кал (бас әріппен) – 1000 кал немесе 1 ккал-ға балама бірлік. Жылудың бұл соңғы бірлігі күнделікті денсаулық ғылымында, әсіресе тамақтану саласында қолданылады. Бұл контекстте бұл тағамдағы энергияның мөлшерін көрсету үшін қолданылатын ең жақсы бірлік (біз тағам контекстіндегі калория туралы айтатын болсақ, біз әрқашан әк емес, Кал дегенді білдіреді).

Меншікті жылуды есептеу есептерінің мысалдары

Төменде таза зат үшін меншікті жылуды есептеу процесін де, біз меншікті жылуларды білетін таза заттар қоспасын да мысалға алатын екі шешілген есеп берілген.

1-есеп: Таза заттың меншікті жылуын есептеу

Мәлімдеме: Сіз белгісіз күміс метал үлгісінің құрамын анықтағыңыз келеді. Күміс, алюминий немесе платина болуы мүмкін деген күдік бар. Оның не екенін анықтау үшін металдың 10,0 г үлгісін 25,0°С температурадан судың қалыпты қайнау температурасына, яғни 100,0°С-қа дейін қыздыруға қажетті жылу мөлшері өлшенеді. 41,92 кал. Күмістің, алюминийдің және платинаның меншікті жылулары сәйкесінше 0,234 кДж.кг -1 .К -1 , 0,897 кДж.кг -1 .К -1 және 0,129 кДж.кг -1 .К -1 болатынын біле отырып , қандай металды анықтаңыз. үлгі жасалады.

Шешім

Мәселенің сұрайтыны – бұл объект жасалған материалды анықтау. Меншікті жылу қарқынды қасиет болғандықтан, ол әрбір материалға тән, сондықтан оны анықтау үшін оның меншікті жылуын анықтап, содан кейін оны күдікті металдардың белгілі мәндерімен салыстыру жеткілікті.

Бұл жағдайда меншікті жылуды анықтау үш қарапайым қадам арқылы жүзеге асырылады:

№1 қадам: мәлімдемеден барлық деректерді шығарып, сәйкес бірлік түрлендірулерін орындаңыз

Кез келген мәселедегі сияқты, бізге қажет бірінші нәрсе – деректерді қажет кезде қолында болуы үшін ұйымдастыру. Сонымен қатар, бірлік түрлендірулерді басынан жүзеге асыру оны кейін ұмытудан сақтайды және келесі қадамдардағы есептеулерді жеңілдетеді.

Бұл жағдайда мәлімдемеде үлгінің массасы, қыздыру процесінен кейінгі бастапқы және соңғы температуралар және үлгіні қыздыруға қажетті жылу мөлшері көрсетіледі. Ол сондай-ақ үш кандидат металдың меншікті жылуын береді. Бірліктер бойынша меншікті жылулар кДж.кг -1 .K .1 , бірақ масса, температура және жылу сәйкесінше g, °C және кал екенін атап өтуге болады. Содан кейін біз бірліктерді барлығы бірдей жүйеде болатындай түрлендіруіміз керек. Меншікті жылудың құрама бірліктерін үш рет түрлендіруден гөрі массаны, температураны және жылуды бөлек түрлендіру оңайырақ, сондықтан біз келесі жолды ұстанамыз:

Меншікті жылуды есептеу мысалы Меншікті жылуды есептеу мысалы Меншікті жылуды есептеу мысалы Меншікті жылуды есептеу мысалы

№2 қадам: Меншікті жылуды есептеу үшін теңдеуді пайдаланыңыз

Енді бізде барлық қажетті деректер бар, біз тек жылуды есептеу үшін сәйкес теңдеуді қолдануымыз керек. Бізде бар деректерді ескере отырып, біз жоғарыда келтірілген Ce үшін екінші теңдеуді қолданамыз.

Меншікті жылуды есептеу мысалы Меншікті жылуды есептеу мысалы

№3 қадам: Материалды анықтау үшін үлгінің меншікті жылуын белгілі меншікті жылумен салыстырыңыз

Біздің үлгі үшін алынған меншікті жылуды үш кандидат металдың жылуымен салыстырған кезде, біз оған ең ұқсайтыны күміс екенін байқаймыз. Осы себепті, егер жалғыз үміткер күміс, алюминий және платина металдары болса, біз үлгі күмістен тұрады деген қорытындыға келеміз.

2 есеп: Таза заттар қоспасының меншікті жылуын есептеу

Есеп: 85% мыс, 5% мырыш, 5% қалайы және 5% қорғасын бар қорытпаның орташа меншікті жылуы қандай болады? Әрбір металдың меншікті жылулары, C e, Cu = 385 Дж.кг -1 .К -1 ; C e, Zn =381 Дж.кг -1 .К -1 ; C e, Sn = 230 Дж.кг -1 .К -1 ; C e, Pb = 130 Дж.кг -1 .К -1 .

Шешім

Бұл шығармашылықты қажет ететін сәл өзгеше мәселе. Бізде әртүрлі материалдардың қоспалары болған кезде, жылу қасиеттері және басқа қасиеттері белгілі бір құрамға байланысты болады және жалпы алғанда, таза компоненттердің қасиеттерінен өзгеше болады.

Меншікті жылу қарқынды қасиет болғандықтан, ол қосымша шама емес, яғни қоспаның жалпы меншікті жылуын алу үшін меншікті жылуды қосу мүмкін емес. Дегенмен, қосымша дегеніміз – жалпы жылу сыйымдылығы, өйткені бұл кең қасиет.

Осы себепті, ұсынылған қорытпа жағдайында қорытпаның жалпы жылу сыйымдылығы мыс, мырыш, қалайы және қорғасын бөліктерінің жылу сыйымдылықтарының қосындысы болады деп айта аламыз, яғни:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Дегенмен, әрбір жағдайда жылу сыйымдылығы масса мен меншікті жылу арасындағы өнімге сәйкес келеді, сондықтан бұл теңдеуді келесі түрде қайта жазуға болады:

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Мұндағы C e al қорытпаның орташа меншікті жылуын білдіреді (толық меншікті жылуды айту дұрыс емес екенін ескеріңіз), яғни біз тапқымыз келетін белгісіз. Бұл қасиет интенсивті болғандықтан, оны есептеу біздегі үлгінің көлеміне байланысты болмайды. Осыны ескере отырып, бізде 100 г қорытпа бар деп болжауға болады, бұл жағдайда компоненттердің әрқайсысының массалары олардың сәйкес пайыздарына тең болады. Осыны болжасақ, біз орташа меншікті жылуды есептеуге қажетті барлық мәліметтерді аламыз.

Меншікті жылуды есептеу мысалы

Енді біз белгілі мәндерді ауыстырып, есептеуді орындаймыз. Қарапайымдылық үшін мәндерді ауыстыру кезінде бірліктер еленбейді. Біз мұны істей аламыз, өйткені барлық меншікті жылулар барлық массалар сияқты бірліктер жүйесінде болады. Массаларды килограммға айналдырудың қажеті жоқ, өйткені алымдағы граммдар ақырында бөлгіштегілермен бірге жойылады.

Меншікті жылуды есептеу мысалы Меншікті жылуды есептеу мысалы

Анықтамалар

Broncesval SL. (2019 жыл, 20 желтоқсан). B5 | Қола Мыс қорытпасы Қалай мырыш . қола. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Чанг, Р. (2002). Физикалық химия ( 1-ші басылым). MCGRAW HILL EDUCATION.

Чанг, Р. (2021). Химия ( 11-ші басылым). MCGRAW HILL EDUCATION.

Франко Г., А. (2011). Қатты дененің меншікті жылуын 3 n анықтау 3 . Компьютермен физика. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Металдардың меншікті жылуы . (2020, 29 қазан). ғылыми альфа. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/