Hőmérséklet fogalma
Megfigyeljük a testek változását, ha hőmérsékletük megváltozik, például azt a tágulást, amelyet a test a hőmérsékletének növekedésekor tapasztal. Ez a tulajdonság a rendszer hőmérsékletének mérésére szolgál. Gondoljunk azokra a hőmérőkre, amelyek egy kis higanylerakódásból állnak, amely a hőmérséklet növekedésével kapillárison keresztül emelkedik.
Hő fogalma
Tegyük fel, hogy az A test hőmérséklete magasabb, mint a B test hőmérséklete, TA> TB.
Megfigyeljük, hogy a B hőmérséklete addig emelkedik, amíg majdnem megegyezik az A. hőmérsékletével. Fordított folyamatban, ha a B objektum hőmérséklete TB> TA, az A fürdő kissé megemeli a hőmérsékletét, amíg a kettő meg nem egyenlő.
Ha egy nagy tömegű rendszert érintkezésbe hoznak egy kis tömegű rendszerrel, amely más hőmérsékleten van, az így kapott egyensúlyi hőmérséklet közel van a nagy rendszer hőmérsékletéhez.
Azt mondjuk, hogy a hőmennyiség ΔQ a magasabb hőmérsékletű rendszerből az alacsonyabb hőmérsékletű rendszerbe kerül.
- Az átvitt hőmennyiség arányos a Δ hőmérséklet változásávalT.
- Az arányosság állandója C a rendszer hőkapacitásának nevezzük.
ΔQ = CΔT
Ha az A és a B test egy elszigetelt rendszer két alkotóeleme, akkor a magasabb hőmérsékletű test hőt ad át az alacsonyabb hőmérsékletű testnek, amíg mindkettő meg nem egyezik.
- Az A test feladja a meleget: ΔQA = CA(T-TA), majd ΔQA 0
Az egyensúlyi hőmérsékletet a súlyozott átlag alapján kapjuk meg
T = C A T A + C B T B C A + C B
Az egység tömegének hőkapacitását fajhőnek nevezzük c. C = mc
A testek közötti hőátadás képletét kifejezzük m tömeg, a fajlagos hő és a hőmérséklet változása formájában.
hol Tf a végső hőmérséklet és Ön a kezdeti hőmérséklet.
A fajlagos hő az a hőmennyiség, amelyet egy anyag grammjára kell juttatni, hogy hőmérséklete egy Celsius-fokkal megemelkedjen.
Joule bizonyította a hő és a munka egyenértékűségét 1cal = 4,186 J. Történelmi okokból a hőegység nem azonos a munkaéval, a hőt általában kalóriában fejezik ki.
A víz fajhője c= 1 cal/(g ° C). Kalóriát kell szolgáltatnia egy gramm vízhez, hogy a hőmérsékletet egy Celsius-fokkal megemelje.
Leírás
Ha több test különböző hőmérsékleten van egy adiabatikus zárt térben, hőcserék lépnek fel közöttük, és egy bizonyos idő után elérik az egyensúlyi hőmérsékletet. Amikor ez az egyensúly elérte, meg kell győződni arról, hogy a kicserélt hőmennyiségek összege nulla.
A fajlagos hő meghatározása c mint az a hőmennyiség, amelyet egy gramm anyaghoz kell juttatni, hogy a hőmérsékletet egy Celsius-fokkal megemelje. A víz adott esetben c 1 cal/(g ºC) vagy 4186 J (kg ºK).
A fajlagos hő egysége, amelyet a legjobban használnak, cal/(g ºC), azonban meg kell szoknunk a Nemzetközi Mértékegység-rendszer használatát, és a fajlagos hőt J/(kg · K) -ban kell kifejeznünk. Az átváltási tényező 4186.
| Anyag | Fajlagos hő (J/kg K) |
| Acél | 460 |
| Alumínium | 880 |
| Réz | 390 |
| Ón | 230 |
| Vas | 450 |
| Higany | 138 |
| Arany | 130 |
| Ezüst | 235 |
| Vezet | 130 |
| Nátrium | 1300 |
Forrás: Koshkin N. I., Shirkevich M. G. Fizikai kézikönyv. Editorial Mir 1975, 74–75. Oldal
A test által átvett vagy átvitt hőmennyiséget a következő képlet segítségével számítják ki
Hol m a tömeg, c a fajlagos hő, Ön a kezdeti hőmérséklet és Tf a végső hőmérséklet
- Igen Ti> Tf a test feladja a meleget Q 0
A kísérletet egy üvegből (Dewar) álló kaloriméterben vagy ennek hiányában kényelmesen elkülönítve végezzük. Az üveget szigetelőanyagból készült fedél zárja le, két lyukkal, amelyeken keresztül kilép egy hőmérő és a keverő.
Tegyük fel, hogy a kaloriméter a kezdeti hőmérsékleten van T0, és akár
- mv a kaloriméter üveg tömege és önéletrajz fajlagos hője.
- mt - a hőmérő víz alatti részének tömege és ct fajlagos hője
- ma - a keverő víz alatti részének tömege és AC fajlagos hője
- M az üveg vízmennyisége, fajlagos hője az egység
Sean m Y c a problémás test tömege és fajlagos hője a kezdeti hőmérsékleten T.
Hőmérsékleten egyensúlyban Tea a következő összefüggés lesz.
A kaloriméter hőkapacitása
A kaloriméter vízegyenértékének nevezik, és gramm vízben fejezik ki.
Ezért azt a vízmennyiséget jelöli, amelynek hőkapacitása megegyezik a kaloriméter tartályával, a keverő merülő részével és a hőmérővel, és állandó az egyes kalorimétereknél.
Az akarat ismeretlen fajlagos hője tehát
c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)
Ebben a képletben ismeretlen mennyiségünk van k, hogy kísérletileg meg kell határoznunk.
A kaloriméter vízegyenértékének meghatározása
Kerülnek M gramm vizet keverünk a kaloriméterben, és kis idő múlva megmérjük a hőmérsékletét T0. Aztán öntött m gramm vizet hőmérsékleten T. Az elegyet keverjük, és rövid idő múlva megmérjük az egyensúlyi hőmérsékletet. Tea.
Mivel a kaloriméter egy adiabatikus izolált rendszer, meg kell tennünk
k = m (T - T e) T e - T 0 - M
A szilárd anyag fajlagos hőjének meghatározása
- Egy darab szilárd anyagot, amelynek hőmérséklete megegyezik, mérlegeljük c ismeretlen, ennek eredményeként m tömege. A darabot majdnem forrásban lévő vízbe tesszük T.
- Kerülnek M gramm vizet a kaloriméterben keverjük, és rövid idő múlva megmérjük a hőmérsékletét T0.
- A szilárd anyag darabja gyorsan lerakódik a kaloriméterben. Keverjük, és egy bizonyos idő után elérjük az egyensúlyi hőmérsékletet Tea.
Az adatokat megjegyezzük és töröljük c az első szakaszban levezetett képletből.
c = (M + k) (T e - T 0) m (T - T e)
A tényleges tapasztalatokat nagyon körültekintően kell elvégezni, hogy a fajlagos hőmérés kellően pontos legyen. Figyelembe kell vennünk a kaloriméter és a légkör közötti hőcserét, amelyet az úgynevezett Newton hűtési törvény fejez ki.
Tevékenységek
- Kaloriméter vízegyenérték mérése
Az interaktív program véletlenszerű számot állít elő, amely a kaloriméter vízegyenértékét képviseli.
Bevezetjük a következő adatokat:
- Tömeg M víz grammokban a kaloriméterben,
- Hőfok T0 kezdeti kaloriméter
- Tömeg m víz grammban egy mérőhengerben
- Hőfok T a víz
A gomb címmel Készít, hőmérők és a beosztott vízmennyiség-skálák tükrözik a megadott értékeket.
Ha elégedettek vagyunk a bevitt adatokkal, nyomja meg a címet Kiszámítja. Tömeg m vizet öntünk a kaloriméterbe, és a hőmérőben leolvashatjuk a végső egyensúlyi hőmérsékletet Tea.
Példa:
- Lenni M= 150 g, T0= 18 ° C
- Lenni m= 70 g, és T= 80 ° C
- Az egyensúlyi hőmérséklet az Tea= 34 ° C
A kaloriméter vízértéke ekvivalens lesz
k = 70 (80-34) 34-18-18-150 = 51 g
- A szilárd anyag fajlagos hőjének mérése
Bevezetjük a következő adatokat:
- Tömeg M víz grammokban a kaloriméterben,
- Hőfok T0 kezdeti kaloriméter
- Tömeg m szilárd anyag grammban
- Hőfok T a masszázsból a fürdőszobában
- A szilárd anyag anyagát a szelekciós kontrollban választjuk meg Szilárd: Alumínium, réz, ón, vas, arany, ezüst, ólom, nátrium.
A gomb címmel Készít.
Ha elégedettek vagyunk a bevitt adatokkal, nyomja meg a címet Kiszámítja. A szilárd anyagot bevezetjük a kaloriméterbe, és a hőmérőben leolvashatjuk a végső egyensúlyi hőmérsékletet Tea.
- Víz: M= 150 g, T0= 18 ° C
- Szilárd: alumínium, m= 70 g, és T= 80 ° C
- A végső egyensúlyi hőmérséklet: Tea= 22 ° C
c = (150 + 51) · (22 - 18) 70 (80 - 22) = 0,198 cal/(g · ° C) = 0,198 · 4186 = 830 J/(kg · K)
Összehasonlítjuk az elért eredményt azzal, amelyet az interaktív program adott, amikor megnyomta a címet Válasz.