Varme og kalorimetri
Varme flyter alltid fra et varmere objekt til et kaldere, aldri motsatt vei, til begge når samme temperatur. Hvor mye energi det krever avhenger av tre ting: hvor mye stoff du varmer opp, hva det er laget av, og hvor stor temperaturendring du ønsker.
Formelen
Q = m · c · ΔT
- Q — varmeenergi (J): energien overført inn i eller ut av et objekt som varme
- m — masse (kg): hvor mye av stoffet som varmes opp eller kjøles ned
- c — spesifikk varmekapasitet (J/(kg·K)): energien som trengs for å heve ett kilogram av materialet med én kelvin
- ΔT — temperaturendring (K): forskjellen mellom slutt- og starttemperaturen
Utarbeidet eksempel
Hvor mye varmeenergi trengs for å varme 2 kg vann med 5 kelvin? (vannets spesifikke varmekapasitet ≈ 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
Test deg selv
I stedet for 2 kg har du nå 4 kg vann og vil fortsatt heve det med 5 kelvin. Hvor mye varmeenergi trengs?
- 40,000 J
- 160,000 J
- Riktig svar: 80,000 J
Riktig! Dobling av massen dobler den nødvendige energien: 4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J.
Tilbake til de 2 kg vannet, men nå vil du heve temperaturen med 10 kelvin i stedet for 5. Hvor mye varmeenergi trengs?
- Riktig svar: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
Nøyaktig — dobling av temperaturendringen dobler energien: 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J.
Der du ser dette
Samme ettermiddag sviar strand sanden fotsålene dine mens havet forblir kjølig — et kilogram vann svelger omtrent 4000 joule per kelvin, flere ganger hva sanden trenger, så havet varmes sakte opp hele sesongen. En metallskje i varm suppe viser den andre siden: lav spesifikk varmekapasitet, rask temperatursvingning.
Vanlige feil
Den dypeste forvirringen er varme og temperatur som det samme — temperatur er hvor raskt molekyler beveger seg i gjennomsnitt, varme er energi under transport, og vekslingskursen mellom dem er det denne loven sier: Q = m · c · ΔT. Se deretter på proporsjonaliteten: dobling av massen dobler energien (2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J blir 80,000 J ved 4 kg), og det gjør også dobling av temperaturendringen. Forskjellige materialer betaler virkelig forskjellige takster.
Hvordan det henger sammen
Idealgassloven fortalte deg hvordan en gass temperatur setter trykket dens; dette er prislisten for å endre temperatur i det hele tatt — masse, materiale og endring, multiplisert ut. Varmemaskiner, neste, prøver å kjøre den varmestrømmen gjennom en syklus og utvinne arbeid fra den, og de vil bry seg dypt om hvor mye varme de måtte bruke.