Soojus ja kalorimeetria
Soojus voolab alati kuumemalt esemelt külmemale, mitte kunagi vastupidi, kuni mõlemad jõuavad samale temperatuurile. Kui palju energiat see võtab, sõltub kolmest asjast: kui palju ainet sa soojendad, millest ta on tehtud ja kui suurt temperatuurimuutut sa tahad.
Valem
Q = m · c · ΔT
- Q — soojusenergia (J): energia, mis kantakse objet sisse või välja soojusena
- m — mass (kg): kui palju ainet soojendatakse või jahutatakse
- c — erisoojus (J/(kg·K)): energia, mis on vaja üks kilogramm materjali ühe kelvini võrra soojendada
- ΔT — temperatuurimuutus (K): erinevus lõpp- ja algt temperatuuri vahel
Lahendatud näide
Kui palju soojusenergiat on vaja, et soojendada 2 kg vett 5 kelvini võrra? (vee erisoojus ≈ 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
Kontrolli end
Pigem 2 kg on sul nüüd 4 kg vett ja sa tahad ikka teda 5 kelvini võrra soojendada. Kui palju soojusenergiat on vaja?
- 40 000 J
- 160 000 J
- Õige vastus: 80 000 J
Õigesti! Massi kahekordistamine kahekordistab vajaliku energia: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80 000 J.
Tagasi 2 kg vee juurde, aga nüüd tahad sa tõsta tema temperatuuri 10 kelvini võrra pigem kui 5. Kui palju soojusenergiat on vaja?
- Õige vastus: 80 000 J
- 40 000 J
- 20 000 J
Täpselt — temperatuurimuutuse kahekordistamine kahekordistab energia: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80 000 J.
Kus sa seda näed
Samal pärastipäeval põletab rannaliiv su jalataldasid, samas kui meri jääb jahedaks — kilogramm vett neelab umbes 4000 džauli kelvini kohta, mitu korda rohkem kui liiv vajab, seega meri soojeneb aeglaselt kogu hooaja. Metallist lusikas kuumas supis näitab teist poolt: madal erisoojus, kiire temperatuurihööpe.
Tüüpilised vead
Sügavaim segadus on soojus ja temperatuur ühe asjana — temperatuur on see, kui kiiresti molekulid keskmiselt liiguvad, soojus on energia ülekandel, ja vahetuskurss nende vahel on see, mida see seadus ütleb: Q = m · c · ΔT. Siis jälgi võrdelisust: massi kahekordistamine kahekordistab energia (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40 000 J saab 80 000 J-ks 4 kg juures), ja sama teeb temperatuurimuutuse kahekordistamine. Eri materjalid maksavad tõesti eri kurssidega.
Kuidas see seondub
Ideaalgaasi seadus ütles sulle, kuidas gaasi temperatuur määrab tema rõhu; see on hinnakiri temperatuuri muutmiseks üldse — mass, materjal ja muutus, kokku korrutatud. Soojusmasinad, järgmisena, püüavad selle soojusvoolu tsükli läbi jooksutada ja sellest tööd välja pressida, ja neile loeb sügavalt, kui palju soojust neil tuli kulutada.