Calor i calorimetria
La calor sempre flueix d'un objecte més calent a un de més fred, mai a l'inrevés, fins que tots dos assoleixen la mateixa temperatura. Quant d'energia costa això depèn de tres coses: quant material escalfes, de què està fet, i com de gran és el canvi de temperatura que vols.
La fórmula
Q = m · c · ΔT
- Q — energia tèrmica (J): l'energia transferida cap a dins o cap a fora d'un objecte com a calor
- m — massa (kg): quant de la substància s'està escalfant o refredant
- c — calor específica (J/(kg·K)): l'energia necessària per pujar un quilogram del material un kelvin
- ΔT — canvi de temperatura (K): la diferència entre la temperatura final i la inicial
Exemple resolt
Quant d'energia calorífica cal per escalfar 2 kg d'aigua 5 kelvin? (calor específica de l'aigua ≈ 4000 J/(kg·K))
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40,000 J
Posa't a prova
En lloc de 2 kg, tens ara 4 kg d'aigua i encara vols pujar-la 5 kelvin. Quant d'energia calorífica cal?
- 40,000 J
- 160,000 J
- Resposta correcta: 80,000 J
Bé! Doblar la massa dobla l'energia necessària: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J.
Tornem als 2 kg d'aigua, però ara vols pujar-ne la temperatura 10 kelvin en lloc de 5. Quant d'energia calorífica cal?
- Resposta correcta: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
Exacte: doblar el canvi de temperatura dobla l'energia: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J.
On ho veus
A la mateixa tarda, la sorra de la platja crema els peus mentre l'oceà es queda fresc: un quilogram d'aigua s'empassa uns 4000 joules per kelvin, diverses vegades el que necessita la sorra, o sia el mar s'escalfa a poc a poc tota la temporada. Una cullera de metall a la sopa calenta mostra la cara contrària: calor específica baixa, oscil·lació de temperatura ràpida.
Errors freqüents
La confusió més fonda és calor i temperatura com la mateixa cosa: la temperatura és com de ràpid es mouen les molècules de mitjana, la calor és energia en trànsit, i el ritme d'intercanvi entre elles és el que aquesta llei enuncia: Q = m · c · ΔT. Després vigila la proporcionalitat: doblar la massa dobla l'energia (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J esdevé 80,000 J amb 4 kg), i el mateix fa doblar el canvi de temperatura. Materials diferents paguen realment ritmes diferents.
Com s'connecta
La llei del gas ideal et deia com la temperatura d'un gas en fixa la pressió; aquesta és la llista de preus per canviar-ne la temperatura: massa, material i canvi, multiplicats. Les màquines tèrmiques, tot seguit, intenten passar aquell flux de calor per un cicle i extreure'n treball, i els importarà molt quant calor hagin hagut de gastar.