Pojemność cieplna mierzy ilość energii, którą należy dodać do obiektu, aby był o jeden stopień cieplejszy. Pojemność cieplną obiektu określa się za pomocą prostego wzoru – dzieląc ilość dostarczonej energii cieplnej przez zmianę temperatury, aby określić ilość energii wymaganej na stopień. Każdy materiał na tym świecie ma inną pojemność cieplną. (Źródło: klasa 10 Standard Physics book)
Formuła: Pojemność cieplna = (podana energia cieplna) / (wzrost temperatury)
Krok
Metoda 1 z 2: Obliczanie pojemności cieplnej obiektu
Krok 1. Poznaj wzór na pojemność cieplną
Pojemność cieplną obiektu można obliczyć, dzieląc ilość dostarczonej energii cieplnej (E) przez zmianę temperatury (T). Równanie to: Pojemność cieplna = E/T.
- Przykład: Energia potrzebna do podgrzania bloku do 5 stopni Celsjusza to 2000 dżuli – jaka jest pojemność cieplna bloku?
- Pojemność cieplna = E/T
- Pojemność cieplna = 2000 dżuli / 5˚C
- Pojemność cieplna = 400 dżuli na stopień Celsjusza (J/˚C)
Krok 2. Poszukaj zmiany temperatury
Na przykład, jeśli chcę poznać pojemność cieplną bloku i wiem, że potrzeba 60 dżuli, aby podnieść temperaturę bloku z 8 stopni do 20 stopni, muszę znać różnicę między tymi dwiema temperaturami, aby uzyskać ciepło Pojemność. Ponieważ 20 - 8 = 12, temperatura bloku zmienia się o 12 stopni. W związku z tym:
- Pojemność cieplna = E/T
- Pojemność cieplna bloku = 60 dżuli / (20˚C - 8˚C)
- 60 dżuli / 12˚C
- Pojemność cieplna bloku = 5 J/˚C
Krok 3. Dodaj odpowiednie jednostki do odpowiedzi, aby nadać jej znaczenie
Pojemność cieplna 300 nie znaczy nic, jeśli nie wiesz, jak jest mierzona. Pojemność cieplna jest mierzona potrzebną energią na stopień. Tak więc, jeśli zmierzymy energię w dżulach, a zmianę temperatury w stopniach Celsjusza, ostateczną odpowiedzią będzie „ile dżuli jest potrzebnych na stopień Celsjusza. Dlatego przedstawimy naszą odpowiedź jako 300 J/˚C, czyli 300 dżuli na stopień Celsjusza.
Jeśli zmierzysz energię cieplną w kaloriach, a temperaturę w kelwinach, Twoja ostateczna odpowiedź to 300 Cal/K
Krok 4. Wiedz, że to równanie działa również w przypadku obiektów, które się stygną
Gdy obiekt staje się o dwa stopnie zimniejszy, traci dokładnie taką samą ilość ciepła, jaka zajęłaby mu ocieplenie o 2 stopnie. Tak więc, jeśli zapytasz: „Jaka jest pojemność cieplna obiektu, jeśli traci 50 dżuli energii, a jego temperatura spada o 5 stopni Celsjusza”, nadal możesz użyć tego równania:
- Pojemność cieplna: 50 J/5˚C
- Pojemność cieplna = 10 J/˚C
Metoda 2 z 2: Wykorzystanie ciepła właściwego materii
Krok 1. Wiedz, że ciepło właściwe odnosi się do energii potrzebnej do podniesienia temperatury jednego grama przedmiotu o jeden stopień
Kiedy szukasz pojemności cieplnej jednostki materii (1 gram, 1 uncja, 1 kilogram itd.), szukałeś ciepła właściwego tego obiektu. Ciepło właściwe wskazuje ilość energii potrzebną do podniesienia temperatury każdej jednostki obiektu o jeden stopień. Na przykład, aby podnieść temperaturę 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza, potrzeba 0,417 dżuli energii. Zatem ciepło właściwe wody wynosi 0,417 J/˚C na gram.
Ciepło właściwe materiału jest stałe. Oznacza to, że cała czysta woda ma to samo ciepło właściwe, które wynosi 0,417 J/˚C
Krok 2. Użyj wzoru na pojemność cieplną, aby znaleźć ciepło właściwe materiału
Znalezienie ciepła właściwego jest łatwe, tzn. ostateczną odpowiedź dzielimy przez masę obiektu. Wyniki pokazują, ile energii potrzeba na każdy kawałek obiektu, np. liczbę dżuli potrzebnych do zmiany temperatury zaledwie jednego grama lodu.
- Przykład: „Mam 100 gramów lodu. Aby podnieść temperaturę lodu o 2 stopnie Celsjusza, potrzeba 406 dżuli – jakie jest ciepło właściwe lodu?”.
- Pojemność cieplna dla 100 g lodu = 406 J/ 2˚C
- Pojemność cieplna dla 100 g lodu = 203 J/˚C
- Pojemność cieplna dla 1 g lodu = 2,03 J/˚C na gram
- Jeśli jesteś zdezorientowany, pomyśl o tym w ten sposób – aby podnieść temperaturę o jeden stopień na każdy gram lodu, potrzeba 2,03 dżuli. Tak więc, jeśli mamy 100 gramów lodu, potrzebujemy 100 razy więcej dżuli, aby to wszystko podgrzać.
Krok 3. Użyj ciepła właściwego, aby znaleźć energię wymaganą do podniesienia temperatury materiału do dowolnej temperatury
Ciepło właściwe materii wskazuje ilość energii potrzebną do podniesienia temperatury jednej jednostki materii (zwykle 1 grama) o jeden stopień. Aby znaleźć ciepło potrzebne do podniesienia temperatury dowolnego obiektu do dowolnej temperatury, po prostu mnożymy wszystkie części. Wymagana energia = masa x ciepło właściwe x zmiana temperatury. Odpowiedź jest zawsze w jednostkach energii, takich jak dżule.
- Przykład: „Jeśli ciepło właściwe aluminium wynosi 0,902 dżuli na gram, ile dżuli potrzeba, aby podnieść temperaturę 5 gramów aluminium o 2 stopnie Celsjusza?
- Wymagana energia = 5 g x 0,902 J/g˚C x 2˚C
- Wymagana energia = 9,02 J
Krok 4. Poznaj specyficzne nagrzewania popularnych materiałów
Aby pomóc ćwiczyć, przestudiuj wspólne konkretne biegi, które możesz zobaczyć na egzaminie lub pojawić się w prawdziwym życiu. Czego możesz się z tego nauczyć? Na przykład zauważ, że ciepło właściwe metalu jest znacznie niższe niż drewna – to jest powód, dla którego metalowe łyżki nagrzewają się szybciej niż drewno, jeśli zostaną pozostawione w filiżance gorącej czekolady. Niższe ciepło właściwe oznacza, że obiekt nagrzewa się szybciej.
- Woda: 4,179 J/g˚C
- Powietrze: 1,01 J/g˚C
- Drewno: 1,76 J/g˚C
- Aluminium: 0,902 J/g˚C
- Złoto: 0,129 J/g˚C
- Żelazo: 0,450 J/g˚C
Porady
- Międzynarodowa jednostka pojemności cieplnej (SI) to dżule na kelwin, a nie tylko dżule
- Zmiana temperatury jest reprezentowana przez deltę jednostki temperatury zamiast tylko jednostki temperatury (powiedzmy: 30 Delta K zamiast tylko 30 K)
- Energia (ciepło) musi być w dżulach (SI) [zalecane]
