HomesqSi të llogarisni nxehtësinë specifike

Si të llogarisni nxehtësinë specifike

Nxehtësia specifike (C e ) është sasia e nxehtësisë që duhet të aplikohet në një njësi masë të një materiali në mënyrë që të rritet temperatura e tij me një njësi . Është një veti termike intensive e materies, domethënë nuk varet nga shtrirja ose sasia e materialit, por vetëm nga përbërja e tij. Në këtë kuptim, është një veti karakteristike që ka një rëndësi të madhe për të përcaktuar aplikimet e mundshme të çdo materiali dhe që ndihmon në përcaktimin e një pjese të sjelljes termike të substancave kur ato bien në kontakt me trupa ose media që janë në temperatura të ndryshme.

Nga një këndvështrim i caktuar mund të themi se nxehtësia specifike korrespondon me versionin intensiv të kapacitetit të nxehtësisë (C), duke e përcaktuar atë si sasinë e nxehtësisë që duhet të furnizohet në një sistem për të rritur temperaturën e tij me një njësi. Mund të kuptohet gjithashtu si konstanta e proporcionalitetit midis kapacitetit të nxehtësisë së një sistemi (një trup, një substancë, etj.) dhe masës së tij.

Vlera e nxehtësisë specifike të një lënde varet nëse ngrohja (ose ftohja) kryhet me presion konstant ose në vëllim konstant. Kjo krijon dy nxehtësi specifike për secilën substancë, domethënë nxehtësinë specifike në presion konstant (C P ) dhe nxehtësinë specifike në vëllim konstant (C V ). Sidoqoftë, ndryshimi mund të shihet vetëm në gaze, kështu që për lëngjet dhe lëndët e ngurta zakonisht flasim vetëm për nxehtësinë specifike të thatë.

formula specifike e nxehtësisë

Ne e dimë nga përvoja se kapaciteti termik i një trupi është në përpjesëtim me masën e tij, domethënë

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Siç e përmendëm në pjesën e mëparshme, nxehtësia specifike përfaqëson konstantën e proporcionalitetit midis këtyre dy ndryshoreve, kështu që marrëdhënia e mësipërme e proporcionalitetit mund të shkruhet në formën e ekuacionit të mëposhtëm:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Ne mund ta zgjidhim këtë ekuacion për të marrë një shprehje për nxehtësinë specifike:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Nga ana tjetër, ne e dimë se kapaciteti i nxehtësisë është konstanta e proporcionalitetit midis nxehtësisë (q) që kërkohet për të rritur temperaturën e një sistemi me një sasi ΔT dhe rritjes së përmendur të temperaturës. Me fjalë të tjera, ne e dimë se q = C * ΔT. Duke e kombinuar këtë ekuacion me ekuacionin e kapacitetit të nxehtësisë të treguar më sipër, marrim:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Duke zgjidhur këtë ekuacion për të gjetur nxehtësinë specifike, marrim një ekuacion të dytë për të:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Njësitë specifike të nxehtësisë

Ekuacioni i fundit i marrë për nxehtësinë specifike tregon se njësitë e kësaj ndryshore janë [q][m] -1 [ΔT] -1 , domethënë njësitë e nxehtësisë mbi masën dhe njësitë e temperaturës. Në varësi të sistemit të njësive në të cilat jeni duke punuar, këto njësi mund të jenë:

Sistemi i njësisë Njësi specifike të ngrohjes Sistemi ndërkombëtar J.kg -1 .K -1 që është ekuivalente me am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 sistemi perandorak BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 kalorive cal.g -1 .°C -1 që është e barabartë me Cal.kg -1 .°C -1 njësi të tjera kJ.kg -1 .K -1

SHËNIM: Kur përdorni këto njësi është e rëndësishme të bëni dallimin midis kalorive dhe kalorive. E para është kaloria normale (nganjëherë quhet kalori e vogël ose gram-kalori), që korrespondon me sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngritur temperaturën prej 1 g ujë, ndërsa Cal (me shkronjë të madhe) është një njësi ekuivalente me 1000 cal, ose, sa është e njëjta, 1 kcal. Kjo njësi e fundit e nxehtësisë përdoret çdo ditë në shkencat shëndetësore, veçanërisht në fushën e të ushqyerit. Në këtë kontekst, është njësia par excellence e përdorur për të përfaqësuar sasinë e energjisë së pranishme në ushqim (kur flasim për kalori në kontekstin e ushqimit, pothuajse gjithmonë nënkuptojmë Cal dhe jo gëlqere).

Shembuj të problemeve specifike të llogaritjes së nxehtësisë

Më poshtë janë dy probleme të zgjidhura që ilustron si procesin e llogaritjes së nxehtësisë specifike për një substancë të pastër, ashtu edhe për një përzierje substancash të pastra në të cilat ne njohim nxehtësinë specifike.

Problemi 1: Llogaritja e nxehtësisë specifike të një lënde të pastër

Deklaratë: Ju dëshironi të përcaktoni përbërjen e një kampioni të një metali të panjohur argjendi. Dyshohet se mund të jetë argjendi, alumini apo platini. Për të përcaktuar se çfarë është, matet sasia e nxehtësisë e nevojshme për të ngrohur një kampion prej 10,0 g metali nga një temperaturë prej 25,0 ° C deri në pikën normale të vlimit të ujit, domethënë 100,0 ° C. duke marrë një vlerë prej 41,92 kal. Duke ditur se nxehtësitë specifike të argjendit, aluminit dhe platinit janë përkatësisht 0,234 kJ.kg -1 .K -1 , 0.897 kJ.kg -1 .K -1 dhe 0.129 kJ.kg -1 .K -1 , Përcaktoni se çfarë metali mostra është bërë nga.

Zgjidhje

Ajo që kërkon problemi është identifikimi i materialit nga i cili është bërë objekti. Duke qenë se nxehtësia specifike është një veti intensive, ajo është karakteristike për çdo material, ndaj për ta identifikuar atë mjafton të përcaktohet nxehtësia specifike e tij dhe më pas të krahasohet me vlerat e njohura të metaleve të dyshuara.

Përcaktimi i nxehtësisë specifike në këtë rast kryhet me anë të tre hapave të thjeshtë:

Hapi #1: Nxirrni të gjitha të dhënat nga deklarata dhe kryeni transformimet e njësive përkatëse

Si në çdo problem, gjëja e parë që na duhet është të organizojmë të dhënat për t’i pasur ato në dispozicion kur të jetë e nevojshme. Përveç kësaj, kryerja e transformimeve të njësive nga fillimi do të na pengojë ta harrojmë më vonë dhe gjithashtu do t’i lehtësojë llogaritjet në hapat e mëposhtëm.

Në këtë rast, deklarata jep masën e kampionit, temperaturat fillestare dhe përfundimtare pas një procesi ngrohjeje dhe sasinë e nxehtësisë që kërkohet për të ngrohur kampionin. Ai gjithashtu jep nxehtësinë specifike të tre metaleve kandidatë. Për sa i përket njësive, mund të vërejmë se nxehtësitë specifike janë në kJ.kg -1 .K .1 , por masa, temperaturat dhe nxehtësia janë përkatësisht në g, °C dhe cal. Më pas duhet të transformojmë njësitë në mënyrë që gjithçka të jetë në të njëjtin sistem. Është më e lehtë të transformojmë masën, temperaturën dhe nxehtësinë veçmas sesa të transformojmë njësitë e përbëra të nxehtësisë specifike tre herë, kështu që do të jetë rruga që do të ndjekim:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Hapi #2: Përdorni ekuacionin për të llogaritur nxehtësinë specifike

Tani që kemi të gjitha të dhënat që na duhen, gjithçka që duhet të bëjmë është të përdorim ekuacionin e duhur për të llogaritur nxehtësinë specifike. Duke pasur parasysh të dhënat që kemi, do të përdorim ekuacionin e dytë për Ce të paraqitur më sipër.

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Hapi #3: Krahasoni nxehtësinë specifike të mostrës me nxehtësinë specifike të njohur për të identifikuar materialin

Kur krahasojmë nxehtësinë specifike të marrë për kampionin tonë me atë të tre metaleve kandidatë, vërejmë se ai që i ngjan më shumë është argjendi. Për këtë arsye, nëse kandidatët e vetëm janë metalet argjendi, alumini dhe platini, konkludojmë se kampioni është i përbërë nga argjendi.

Problemi 2: Llogaritja e nxehtësisë specifike të një përzierjeje substancash të pastra

Deklaratë: Sa do të jetë nxehtësia mesatare specifike e një aliazhi që përmban 85% bakër, 5% zink, 5% kallaj dhe 5% plumb? Nxehtësitë specifike të çdo metali janë, C e, Cu = 385 J.kg -1 .K -1 ; C e, Zn =381 J.kg -1.K – 1 ; C e, Sn = 230 J.kg -1.K – 1 ; C e, Pb = 130 J.kg -1 .K -1 .

Zgjidhje

Ky është një problem paksa i ndryshëm që kërkon pak më shumë kreativitet. Kur kemi përzierje materialesh të ndryshme, vetitë termike dhe vetitë e tjera do të varen nga përbërja e veçantë dhe, në përgjithësi, do të jenë të ndryshme nga vetitë e përbërësve të pastër.

Meqenëse nxehtësia specifike është një veti intensive, ajo nuk është një sasi shtesë, që do të thotë se nuk mund të shtojmë nxehtësi specifike për të marrë një nxehtësi specifike totale për një përzierje. Megjithatë, ajo që është aditiv është kapaciteti total i nxehtësisë, pasi kjo është një veti e gjerë.

Për këtë arsye mund të themi se, në rastin e aliazhit të paraqitur, kapaciteti i përgjithshëm i nxehtësisë së aliazhit do të jetë shuma e kapaciteteve të nxehtësisë së pjesëve të bakrit, zinkut, kallajit dhe plumbit, domethënë:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Megjithatë, në çdo rast kapaciteti i nxehtësisë korrespondon me produktin midis masës dhe nxehtësisë specifike, kështu që ky ekuacion mund të rishkruhet si:

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Ku C e al përfaqëson nxehtësinë mesatare specifike të aliazhit (vini re se nuk është e saktë të thuhet nxehtësia specifike totale), domethënë të panjohurën që dëshirojmë të gjejmë. Duke qenë se kjo veti është intensive, llogaritja e saj nuk do të varet nga sasia e mostrës që kemi. Duke pasur parasysh këtë, mund të supozojmë se kemi 100 g aliazh, me ç’rast masat e secilit prej përbërësve do të jenë të barabarta me përqindjet e tyre përkatëse. Duke supozuar këtë, marrim të gjitha të dhënat e nevojshme për llogaritjen e nxehtësisë mesatare specifike.

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Tani ne zëvendësojmë vlerat e njohura dhe kryejmë llogaritjen. Për thjeshtësi, njësitë do të injorohen kur zëvendësohen vlerat. Ne mund ta bëjmë këtë vetëm sepse të gjitha nxehtësitë specifike janë në të njëjtin sistem njësish, siç janë të gjitha masat. Nuk është e nevojshme të konvertohen masat në kilogramë, pasi gramët në numërues përfundimisht do të anulohen me ato në emërues.

Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike Shembull i llogaritjes së nxehtësisë specifike

Referencat

Broncesval SL. (2019, 20 dhjetor). B5 | Bronz aliazh bakri kallaj Zink . bronzi. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). Kimi Fizike ( 1st ed.). EDUKIMI MCGRAW HILL.

Chang, R. (2021). Kimi ( botim i 11-të ). EDUKIMI MCGRAW HILL.

Franco G., A. (2011). Përcaktimi 3 n i nxehtësisë specifike të një trupi të ngurtë 3 . Fizika me kompjuter. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Nxehtësia specifike e metaleve . (2020, 29 tetor). shkencore. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/