La chaleur spécifique est l'énergie nécessaire pour augmenter la température de 1 gramme d'une substance pure de 1 °. Le paramètre dépend de sa composition chimique et de son état d'agrégation: gazeux, liquide ou solide. Après sa découverte, un nouveau cycle dans le développement de la thermodynamique a commencé, la science des processus énergétiques transitoires, qui se rapportent à la chaleur et au fonctionnement du système.
D'habitude, la chaleur spécifique et les bases de la thermodynamique sont utilisées dans la fabrication radiateurs et systèmes conçus pour le refroidissement des voitures, ainsi qu'en chimie, en génie nucléaire et en aérodynamique. Si vous voulez savoir comment la chaleur spécifique est calculée, consultez l'article proposé.
Formule
Avant de procéder au calcul direct du paramètre, vous devez vous familiariser avec la formule et ses composants.
La formule de calcul de la chaleur spécifique est la suivante:
- c = Q / (m * ∆T)
La connaissance des grandeurs et de leurs désignations symboliques utilisées dans le calcul est extrêmement importante. Cependant, il est nécessaire non seulement de connaître leur apparence visuelle, mais aussi de comprendre clairement la signification de chacun d'eux. Le calcul de la capacité calorifique spécifique d'une substance est représenté par les éléments suivants:
ΔT est un symbole qui signifie un changement progressif de la température d'une substance. Le caractère "Δ" est prononcé delta.
ΔT peut être calculé à l'aide de la formule:
ΔT = t2 - t1, où
- t1 - température primaire;
- t2 est la température finale après le changement.
m est la masse de la substance utilisée pour le chauffage (gr).
Q - quantité de chaleur (J / J)
Sur la base de Tsr, d'autres équations peuvent être dérivées:
- Q = m * cp * ΔT - quantité de chaleur;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - la masse de la substance;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - température primaire;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - température finale.
Définition et formule de la quantité de chaleur
L'énergie interne d'un système thermodynamique peut être modifiée de deux manières:
- faire des travaux sur le système,
- par interaction thermique.
Le transfert de chaleur vers le corps n'est pas associé à la réalisation de travaux macroscopiques sur le corps. Dans ce cas, le changement d'énergie interne est causé par le fait que des molécules individuelles du corps avec une température plus élevée travaillent sur certaines molécules du corps, qui ont une température plus basse. Dans ce cas, l'interaction thermique est réalisée en raison de la conductivité thermique. Le transfert d'énergie est également possible par rayonnement. Le système de processus microscopiques (non liés à tout le corps, mais à des molécules individuelles) est appelé transfert de chaleur. La quantité d'énergie transférée d'un corps à un autre à la suite du transfert de chaleur est déterminée par la quantité de chaleur transférée d'un corps à un autre.
Définition
Chaleur
est appelée l'énergie reçue (ou donnée) par le corps lors d'un échange de chaleur avec les corps environnants (environnement). La chaleur est indiquée, généralement par la lettre Q.
C'est l'une des grandeurs de base de la thermodynamique. La chaleur est incluse dans les expressions mathématiques des premier et deuxième principes de la thermodynamique. On dit que la chaleur est de l'énergie sous forme de mouvement moléculaire.
La chaleur peut être communiquée au système (corps) ou en être retirée. On pense que si de la chaleur est transmise au système, elle est positive.
Instructions pour le calcul du paramètre
Calculer de
la substance est assez simple et pour ce faire, vous devez suivre ces étapes:
- Prenez la formule de calcul: Capacité calorifique = Q / (m * ∆T)
- Écrivez les données initiales.
- Branchez-les dans la formule.
- Calculez et obtenez le résultat.
À titre d'exemple, calculons une substance inconnue pesant 480 grammes et ayant une température de 15 ° C, qui, à la suite de l'échauffement (35 000 J), est passée à 250 °.
Selon les instructions données ci-dessus, nous effectuons les actions suivantes:
Nous écrivons les données initiales:
- Q = 35 mille J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250–15 = 235 ºC.
Nous prenons la formule, substituons les valeurs et résolvons:
c = Q / (m * ∆T) = 35 mille J / (480 g * 235º) = 35 mille J / (112800 g * º) = 0,31 J / g * º.
Quantité de chaleur
La quantité de chaleur est l'énergie que le corps perd ou gagne pendant le transfert de chaleur. Cela ressort également du nom. Lors du refroidissement, le corps perdra une certaine quantité de chaleur et, lorsqu'il sera chauffé, il sera absorbé. Et les réponses à nos questions nous ont montré de quoi dépend la quantité de chaleur? Premièrement, plus la masse corporelle est élevée, plus il faut dépenser de chaleur pour changer sa température d'un degré. Deuxièmement, la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer un corps dépend de la substance dont il se compose, c'est-à-dire du type de substance. Et troisièmement, la différence de température corporelle avant et après le transfert de chaleur est également importante pour nos calculs. Sur la base de ce qui précède, nous pouvons déterminer la quantité de chaleur par la formule:
Q = cm (t_2-t_1),
où Q est la quantité de chaleur, m est la masse du corps, (t_2-t_1) est la différence entre les températures initiale et finale du corps, c est la capacité thermique spécifique de la substance, est trouvée à partir des tableaux correspondants .
En utilisant cette formule, vous pouvez calculer la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer n'importe quel corps ou que ce corps dégagera lorsqu'il se refroidira.
La quantité de chaleur est mesurée en joules (1 J), comme tout type d'énergie. Cependant, cette valeur a été introduite il n'y a pas si longtemps et les gens ont commencé à mesurer la quantité de chaleur beaucoup plus tôt. Et ils ont utilisé une unité largement utilisée à notre époque - calorie (1 cal). 1 calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 gramme d'eau de 1 degré Celsius. Guidé par ces données, ceux qui aiment compter les calories dans les aliments consommés peuvent, par souci d'intérêt, calculer combien de litres d'eau peuvent être bouillis avec l'énergie qu'ils consomment avec les aliments pendant la journée.
Paiement
Faisons le calcul CP
eau et étain dans les conditions suivantes:
- m = 500 grammes;
- t1 = 24 ° C et t2 = 80 ° C - pour l'eau;
- t1 = 20 ° C et t2 = 180 ° C - pour l'étain;
- Q = 28 mille J.
Pour commencer, nous déterminons ΔT pour l'eau et l'étain, respectivement:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56 ° C
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160 ° C
Ensuite, nous trouvons la chaleur spécifique:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 mille J / (500 g * 56ºC) = 28 mille J / (28 mille g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 mille J / (500 g * 160ºC) = 28 mille J / (80 mille g * ºC) = 0,35 J / g * ºC.
Ainsi, la chaleur spécifique de l'eau était de 1 J / g * ºC et celle de l'étain de 0,35 J / g * ºC. Par conséquent, nous pouvons conclure qu'avec une valeur égale de la chaleur fournie de 28 000 J, l'étain se réchauffera plus rapidement que l'eau, car sa capacité thermique est inférieure.
La capacité thermique est possédée non seulement par les gaz, les liquides et les solides, mais également par les aliments.
La formule pour calculer la chaleur lorsque la température change
La quantité élémentaire de chaleur sera désignée par. Notez que l'élément thermique que le système reçoit (abandonne) avec un petit changement d'état n'est pas un différentiel complet. La raison en est que la chaleur est fonction du processus de modification de l'état du système.
La quantité de chaleur élémentaire transmise au système et les variations de température de T à T + dT sont égales à:
où C est la capacité thermique du corps. Si le corps considéré est homogène, alors la formule (1) pour la quantité de chaleur peut être représentée par:
où est la chaleur spécifique du corps, m est la masse du corps, est la chaleur molaire, est la masse molaire d'une substance et est le nombre de moles de la substance.
Si le corps est homogène et que la capacité thermique est considérée comme indépendante de la température, la quantité de chaleur () que le corps reçoit avec une augmentation de sa température d'une quantité peut être calculée comme suit:
où t2, t1 température corporelle avant chauffage et après.Veuillez noter que les températures lors de la recherche de la différence () dans les calculs peuvent être remplacées à la fois en degrés Celsius et Kelvin.
Comment calculer la capacité thermique des aliments
Lors du calcul de la capacité de puissance l'équation prend la forme suivante:
c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a), où:
- w est la quantité d'eau dans le produit;
- p est la quantité de protéines dans le produit;
- f est le pourcentage de graisse;
- c est le pourcentage de glucides;
- a est le pourcentage de composants inorganiques.
Déterminer la capacité thermique du fromage à la crème fondu Viola... Pour ce faire, nous écrivons les valeurs requises à partir de la composition du produit (poids 140 grammes):
- eau - 35 g;
- protéines - 12,9 g;
- graisses - 25,8 g;
- glucides - 6,96 g;
- composants inorganiques - 21 g.
Puis on trouve avec:
- c = (4,180 * w) + (1,711 * p) + (1,928 * f) + (1,547 * c) + (0,908 * a) = (4,180 * 35) + (1,711 * 12,9) + (1,928 * 25, 8 ) + (1,547 * 6,96) + (0,908 * 21) = 146,3 + 22,1 + 49,7 + 10,8 + 19,1 = 248 kJ / kg * ºC.
Ce qui détermine la quantité de chaleur
L'énergie interne du corps change lors du travail ou du transfert de chaleur. Avec le phénomène de transfert de chaleur, l'énergie interne est transférée par conduction thermique, convection ou rayonnement.
Chaque corps, lorsqu'il est chauffé ou refroidi (pendant le transfert de chaleur), reçoit ou perd une certaine quantité d'énergie. Sur cette base, il est courant d'appeler cette quantité d'énergie la quantité de chaleur.
Donc, la quantité de chaleur est l'énergie que le corps donne ou reçoit dans le processus de transfert de chaleur.
Combien de chaleur faut-il pour chauffer l'eau? En utilisant un exemple simple, vous pouvez comprendre que différentes quantités de chaleur sont nécessaires pour chauffer différentes quantités d'eau. Disons que nous prenons deux tubes à essai avec 1 litre d'eau et 2 litres d'eau. Dans quel cas faut-il plus de chaleur? Dans le second, où il y a 2 litres d'eau dans le tube à essai. Le deuxième tube prendra plus de temps à chauffer si nous les chauffons avec la même source de feu.
Ainsi, la quantité de chaleur dépend du poids corporel. Plus la masse est grande, plus il faut de chaleur pour chauffer et, par conséquent, le corps a besoin de plus de temps pour se refroidir.
De quoi d'autre dépend la quantité de chaleur? Naturellement, à partir de la différence de température entre les corps. Mais ce n'est pas tout. Après tout, si nous essayons de chauffer de l'eau ou du lait, nous aurons besoin d'une durée différente. Autrement dit, il s'avère que la quantité de chaleur dépend de la substance dont le corps est composé.
En conséquence, il s'avère que la quantité de chaleur nécessaire au chauffage ou la quantité de chaleur qui est libérée lorsque le corps se refroidit dépend de sa masse, des changements de température et du type de substance qui compose le corps.
Conseils utiles
Souvenez-vous toujours de cela:
- le processus de chauffage du métal est plus rapide que celui de l'eau, car il a CP
2,5 fois moins; - si possible, convertir les résultats à un ordre supérieur, si les conditions le permettent;
- afin de vérifier les résultats, vous pouvez utiliser Internet et rechercher la substance calculée;
- dans les mêmes conditions expérimentales, des changements de température plus importants seront observés pour les matériaux à faible chaleur spécifique.
Formule de la quantité de chaleur pendant les transitions de phase
La transition d'une phase d'une substance à une autre s'accompagne de l'absorption ou du dégagement d'une certaine quantité de chaleur, appelée chaleur de transition de phase.
Ainsi, pour transférer un élément de matière de l'état d'un solide à un liquide, il faut lui dire une quantité de chaleur () égale à:
où est la chaleur spécifique de fusion, dm est l'élément de masse corporelle. Il faut tenir compte du fait que le corps doit avoir une température égale à la température de fusion de la substance considérée. Lors de la cristallisation, de la chaleur est libérée égale à (4).
La quantité de chaleur (chaleur de vaporisation) nécessaire pour convertir un liquide en vapeur peut être trouvée comme suit:
où r est la chaleur spécifique de vaporisation. Lorsque la vapeur se condense, de la chaleur est libérée. La chaleur de vaporisation est égale à la chaleur de condensation de masses égales de matière.
Comment calculer la quantité de chaleur pour chauffer le corps
Par exemple, il est nécessaire de calculer la quantité de chaleur à dépenser pour chauffer 3 kg d'eau d'une température de 15 ° C à une température de 85 ° C. Nous connaissons la chaleur spécifique de l'eau, c'est-à-dire la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer 1 kg d'eau de 1 degré. Autrement dit, pour connaître la quantité de chaleur dans notre cas, vous devez multiplier la capacité thermique spécifique de l'eau par 3 et par le nombre de degrés par lesquels vous devez augmenter la température de l'eau. C'est donc 4200 * 3 * (85-15) = 882000.
Entre parenthèses, nous calculons le nombre exact de degrés, en soustrayant l'initiale
Ainsi, pour chauffer 3 kg d'eau de 15 à 85 ° C, nous avons besoin de 882 000 J de chaleur.
La quantité de chaleur est indiquée par la lettre Q, la formule pour la calculer est la suivante:
Q = c * m * (t2-t1).
Qu'est-ce que la chaleur spécifique
Chaque substance dans la nature a ses propres propriétés et le chauffage de chaque substance individuelle nécessite une quantité d'énergie différente, c.-à-d. la quantité de chaleur.
Chaleur spécifique d'une substance Est une valeur égale à la quantité de chaleur qui doit être transférée à un corps d'une masse de 1 kilogramme pour le chauffer à une température de 1 0C
La chaleur spécifique est indiquée par la lettre c et a une valeur de mesure de J / kg *
Par exemple, la capacité thermique spécifique de l'eau est de 4200 J / kg * 0C. Autrement dit, c'est la quantité de chaleur qui doit être transférée à 1 kg d'eau pour la chauffer de 1 0C
Il convient de rappeler que la capacité thermique spécifique des substances dans différents états d'agrégation est différente. Autrement dit, une quantité de chaleur différente est nécessaire pour chauffer la glace de 1 ° C.
