HomeswJinsi ya kuhesabu joto maalum

Jinsi ya kuhesabu joto maalum

Joto mahususi ( C e ) ni kiasi cha joto ambacho lazima kiwekwe kwa ujazo wa kitengo cha nyenzo ili kuinua halijoto yake kwa kizio kimoja . Ni mali kubwa ya joto ya suala, ambayo ni, haitegemei kiwango cha nyenzo au wingi wake, lakini tu juu ya muundo wake. Kwa maana hii, ni sifa ya sifa ambayo ni ya umuhimu mkubwa kuamua matumizi iwezekanavyo ya kila nyenzo, na ambayo husaidia kuamua sehemu ya tabia ya joto ya dutu wakati wanawasiliana na miili au vyombo vya habari vilivyo kwenye joto tofauti.

Kwa mtazamo fulani tunaweza kusema kwamba joto maalum linalingana na toleo la kina la uwezo wa joto (C), na kufafanua kama kiasi cha joto ambacho lazima kitolewe kwa mfumo ili kuongeza joto lake kwa kitengo kimoja. Inaweza pia kueleweka kama uwiano wa mara kwa mara kati ya uwezo wa joto wa mfumo (mwili, dutu, nk) na wingi wake.

Thamani ya joto maalum la dutu inategemea ikiwa inapokanzwa (au baridi) hufanyika kwa shinikizo la mara kwa mara au kwa kiasi cha mara kwa mara. Hili hutokeza joto mbili mahususi kwa kila dutu, yaani joto mahususi kwa shinikizo la mara kwa mara ( C P ) na joto mahususi kwa kiwango kisichobadilika ( C V ). Hata hivyo, tofauti inaweza kuonekana tu katika gesi, hivyo kwa ajili ya vinywaji na yabisi sisi kawaida tu kuzungumza juu ya kavu joto maalum.

formula maalum ya joto

Tunajua kutokana na uzoefu kwamba uwezo wa joto wa mwili ni sawia na wingi wake, yaani, hiyo

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Kama tulivyotaja katika sehemu iliyopita, joto maalum linawakilisha usawa wa usawa kati ya anuwai hizi mbili, kwa hivyo uhusiano wa uwiano hapo juu unaweza kuandikwa kwa njia ya equation ifuatayo:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Tunaweza kutatua equation hii ili kupata usemi wa joto maalum:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Kwa upande mwingine, tunajua kwamba uwezo wa joto ni mara kwa mara ya uwiano kati ya joto (q) ambayo inahitajika kuongeza joto la mfumo kwa kiasi ΔT na alisema ongezeko la joto. Kwa maneno mengine, tunajua kwamba q = C * ΔT. Kuchanganya mlinganyo huu na mlinganyo wa uwezo wa joto ulioonyeshwa hapo juu, tunapata:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Kutatua equation hii kupata joto maalum, tunapata equation ya pili yake:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Vitengo Maalum vya Joto

Mlinganyo wa mwisho uliopatikana kwa joto mahususi unaonyesha kuwa vitengo vya kigezo hiki ni [q][m] -1 [ΔT] -1 , yaani, vitengo vya joto juu ya wingi na vitengo vya joto. Kulingana na mfumo wa vitengo ambavyo unafanya kazi, vitengo hivi vinaweza kuwa:

Mfumo wa kitengo Vitengo maalum vya joto Mfumo wa kimataifa J.kg -1 .K -1 ambayo ni sawa na 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 mfumo wa kifalme BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 kalori cal.g -1 .°C -1 ambayo ni sawa na Cal.kg -1 .°C -1 vitengo vingine kJ.kg -1 .K -1

KUMBUKA: Wakati wa kutumia vitengo hivi ni muhimu kutofautisha kati ya cal na Cal.Ya kwanza ni kalori ya kawaida (wakati mwingine huitwa kalori ndogo au gramu-calorie), inayolingana na kiasi cha joto kinachohitajika ili kuongeza joto la 1g ya maji, wakati Cal (yenye herufi kubwa) ni kitengo sawa na cal 1,000, au, ni nini sawa, 1 kcal. Sehemu hii ya mwisho ya joto hutumiwa kila siku katika sayansi ya afya, haswa katika eneo la lishe. Katika muktadha huu, ni kitengo cha ubora kinachotumiwa kuwakilisha kiasi cha nishati iliyopo katika chakula (tunapozungumza kuhusu kalori katika muktadha wa chakula, karibu kila mara tunamaanisha Cal na si chokaa).

Mifano ya Matatizo Maalum ya Kukokotoa Joto

Chini ni matatizo mawili yaliyotatuliwa ambayo yanaonyesha mchakato wa kuhesabu joto maalum kwa dutu safi na kwa mchanganyiko wa vitu safi ambavyo tunajua joto maalum.

Tatizo la 1: Kuhesabu joto maalum la dutu safi

Taarifa: Unataka kuamua muundo wa sampuli ya chuma isiyojulikana ya chuma. Inashukiwa kuwa inaweza kuwa fedha, alumini au platinamu. Kuamua ni nini, kiasi cha joto kinachohitajika ili joto sampuli ya 10.0-g ya chuma kutoka joto la 25.0 ° C hadi kiwango cha kawaida cha kuchemsha cha maji, yaani, 100.0 ° C, hupimwa. kupata thamani ya 41.92 cal. Kujua kwamba joto maalum la fedha, alumini na platinamu ni 0.234 kJ.kg -1 .K -1 , 0.897 kJ.kg -1 .K -1 na 0.129 kJ.kg -1 .K -1 , mtawaliwa, Tambua ni chuma gani. sampuli imeundwa.

Suluhisho

Tatizo linauliza ni kutambua nyenzo ambayo kitu kinafanywa. Kwa kuwa joto maalum ni mali kubwa, ni tabia ya kila nyenzo, kwa hivyo kuitambua, inatosha kuamua joto lake maalum na kisha kulinganisha na maadili yanayojulikana ya metali zinazoshukiwa.

Uamuzi wa joto maalum katika kesi hii unafanywa kwa njia ya hatua tatu rahisi:

Hatua #1: Chambua data zote kutoka kwa taarifa na ufanye mabadiliko ya kitengo husika

Kama ilivyo kwa shida yoyote, jambo la kwanza tunalohitaji ni kupanga data ili iwe nayo karibu inapohitajika. Kwa kuongeza, kufanya mabadiliko ya kitengo tangu mwanzo kutatuzuia kusahau baadaye na pia kutafanya mahesabu rahisi katika hatua zifuatazo.

Katika kesi hii, taarifa inatoa wingi wa sampuli, joto la awali na la mwisho baada ya mchakato wa joto, na kiasi cha joto kinachohitajika ili joto la sampuli. Pia inatoa joto maalum la metali tatu za mgombea. Kwa upande wa vitengo, tunaweza kutambua kwamba joto mahususi liko katika kJ.kg -1 .K .1 , lakini wingi, halijoto na joto ziko katika g, °C, na cal, mtawalia. Ni lazima basi kubadilisha vitengo ili kila kitu kiwe katika mfumo sawa. Ni rahisi kubadilisha misa, joto na joto tofauti kuliko kubadilisha vitengo vya kiwanja vya joto maalum mara tatu, kwa hivyo itakuwa njia ambayo tutafuata:

Mfano wa hesabu maalum ya joto Mfano wa hesabu maalum ya joto Mfano wa hesabu maalum ya joto Mfano wa hesabu maalum ya joto

Hatua #2: Tumia mlinganyo kukokotoa joto mahususi

Kwa kuwa sasa tuna data yote tunayohitaji, tunachohitaji kufanya ni kutumia mlingano unaofaa kukokotoa joto mahususi. Kwa kuzingatia data tuliyo nayo, tutatumia mlingano wa pili wa Ce uliowasilishwa hapo juu.

Mfano wa hesabu maalum ya joto Mfano wa hesabu maalum ya joto

Hatua #3: Linganisha joto mahususi la sampuli na joto mahususi linalojulikana ili kutambua nyenzo

Tunapolinganisha joto mahususi lililopatikana kwa sampuli yetu na lile la metali tatu za wagombea, tunaona kwamba ile inayofanana zaidi nayo ni fedha. Kwa sababu hii, ikiwa watahiniwa pekee ni metali za fedha, alumini na platinamu, tunahitimisha kuwa sampuli inaundwa na fedha.

Tatizo la 2: Kuhesabu joto maalum la mchanganyiko wa vitu safi

Taarifa: Ni wastani gani wa joto maalum wa aloi ambayo ina 85% ya shaba, 5% ya zinki, 5% ya bati, na 5% ya risasi? Joto maalum la kila chuma ni, 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 .

Suluhisho

Hili ni tatizo tofauti kidogo ambalo linahitaji ubunifu zaidi. Tunapokuwa na mchanganyiko wa vifaa tofauti, mali ya joto na mali nyingine itategemea utungaji fulani na, kwa ujumla, itakuwa tofauti na mali ya vipengele safi.

Kwa kuwa joto maalum ni sifa kubwa, sio kiasi cha ziada, ambayo ina maana kwamba hatuwezi kuongeza joto maalum ili kupata jumla ya joto maalum kwa mchanganyiko. Walakini, ni nini kinachoongeza ni uwezo wa jumla wa joto, kwani hii ni mali kubwa.

Kwa sababu hii tunaweza kusema kwamba, katika kesi ya aloi iliyowasilishwa, jumla ya uwezo wa joto wa aloi itakuwa jumla ya uwezo wa joto wa sehemu za shaba, zinki, bati na risasi, ambayo ni:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Walakini, katika kila kesi uwezo wa joto unalingana na bidhaa kati ya wingi na joto maalum, kwa hivyo equation hii inaweza kuandikwa tena kama:

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Ambapo C e al inawakilisha wastani wa joto maalum la aloi (kumbuka kuwa si sahihi kusema jumla ya joto maalum), yaani, haijulikani ambayo tunataka kupata. Kwa kuwa mali hii ni kubwa, hesabu yake haitategemea kiasi cha sampuli tuliyo nayo. Kwa kuzingatia hili, tunaweza kudhani kuwa tuna 100 g ya alloy, ambapo molekuli ya kila moja ya vipengele itakuwa sawa na asilimia zao. Kwa kudhani hili, tunapata data zote zinazohitajika kwa hesabu ya wastani wa joto maalum.

Mfano wa hesabu maalum ya joto

Sasa tunabadilisha maadili yanayojulikana na kufanya hesabu. Kwa urahisi, vitengo vitapuuzwa wakati wa kubadilisha maadili. Tunaweza tu kufanya hivi kwa sababu joto zote mahususi ziko katika mfumo sawa wa vitengo, kama ilivyo kwa raia wote. Si lazima kubadili wingi kwa kilo, kwa kuwa gramu katika nambari hatimaye kufuta na wale walio katika denominator.

Mfano wa hesabu maalum ya joto Mfano wa hesabu maalum ya joto

Marejeleo

Broncesval SL. (2019, Desemba 20). B5 | Aloi ya Shaba ya Shaba ya Zinki . bronzeval. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). Kemia ya Kimwili ( Toleo la 1 ). ELIMU YA MCGRAW HILL.

Chang, R. (2021). Kemia ( toleo la 11 ). ELIMU YA MCGRAW HILL.

Franco G., A. (2011). Uamuzi 3 n ya joto maalum ya imara 3 . Fizikia na kompyuta. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Joto maalum la metali . (2020, Oktoba 29). kisayansi. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/