흡수 된 열 : 공식, 계산 방법 및 해결 된 운동 - 물리적 인 - 2025

흡수 된 열은 다른 온도에서 두 물체 간의 에너지 전달로 정의된다. 온도가 낮은 사람은 온도가 높은 사람의 열을 흡수합니다. 이런 일이 발생하면 열을 흡수하는 물질의 열 에너지가 증가하고이를 구성하는 입자가 더 빠르게 진동하여 운동 에너지를 높입니다.

이것은 온도 상승이나 상태 변화로 이어질 수 있습니다. 예를 들어, 실온에서 물이나 소다와 접촉하여 녹을 때 얼음처럼 고체에서 액체로 이동합니다.

금속 스푼은 뜨거운 커피의 열을 흡수합니다. 출처 : Pixabay.

열 덕분에 물체의 치수가 변경 될 수도 있습니다. 열팽창은이 현상의 좋은 예입니다. 대부분의 물질이 가열되면 크기가 커지는 경향이 있습니다.

이에 대한 예외는 물입니다. 동일한 양의 액체 물은 4ºC 이하로 냉각 될 때 부피가 증가합니다. 또한 온도의 변화는 밀도의 변화를 경험할 수 있으며 물의 경우에도 매우 관찰 할 수 있습니다.

구성 및 공식

이동중인 에너지의 경우 흡수 된 열의 단위는 줄 (Joule)입니다. 그러나 오랫동안 열에는 칼로리라는 자체 단위가있었습니다.

오늘날에도이 단위는 음식의 에너지 함량을 정량화하는 데 사용되지만 실제로는 1 칼로리의 열량에 해당합니다.

칼로리

석회로 약칭하는 칼로리는 물 1g의 온도를 1ºC 올리는 데 필요한 열량입니다.

19 세기에 James Prescott Joule (1818-1889) 경은 기계 작업을 열로 변환하여 다음과 같은 동등성을 얻는 유명한 실험을 수행했습니다.

영국식 단위에서는 열 단위를 Btu (영국식 열 단위)라고하며, 이는 1 파운드의 물의 온도를 1ºF까지 올리는 데 필요한 열량으로 정의됩니다.

단위 간의 동등성은 다음과 같습니다.

이러한 오래된 장치의 문제는 열의 양이 온도에 따라 달라진다는 것입니다. 즉, 70ºC에서 75ºC로가는 데 필요한 물은 예를 들어 9ºC에서 10ºC로 가열하는 데 필요한 물과 동일하지 않습니다.

그렇기 때문에 정의는 칼로리와 Btu에 대해 각각 14.5 ~ 15.5 ° C 및 63 ~ 64 ° F의 잘 정의 된 범위를 고려합니다.

흡수되는 열의 양은 무엇에 의존합니까?

재료가 흡수하는 열의 양은 여러 요인에 따라 달라집니다.

-질량. 질량이 클수록 더 많은 열을 흡수 할 수 있습니다.

-물질의 특성. 분자 또는 원자 구조에 따라 다른 것보다 더 많은 열을 흡수 할 수있는 물질이 있습니다.

-온도. 더 높은 온도를 얻으려면 더 많은 열을 추가해야합니다.

Q로 표시되는 열의 양은 설명 된 요소에 비례합니다. 따라서 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

여기서 m은 물체의 질량이고, c는 물질의 고유 특성 인 비열이라고하는 상수이며, Δ T는 열을 흡수하여 얻은 온도 변화입니다.

이 차이는 열을 흡수 할 때 T _f > T _o로 예상되기 때문에 양의 부호를 갖습니다 _. 이것은 물이 액체에서 증기로 이동하는 것과 같이 물질이 상 변화를 겪지 않는 한 발생합니다. 물이 끓을 때 온도는 아무리 빨리 끓어도 약 100ºC로 일정하게 유지됩니다.

그것을 계산하는 방법?

서로 다른 온도에서 두 물체를 접촉시킴으로써 잠시 후 둘 다 열 평형에 도달합니다. 그러면 온도가 균등 해지고 열 전달이 중단됩니다. 두 개 이상의 물체가 접촉하는 경우에도 마찬가지입니다. 일정 시간이 지나면 모두 같은 온도가됩니다.

접촉하는 물체가 열이 빠져 나갈 수없는 폐쇄 시스템을 형성한다고 가정하면 에너지 보존 원칙이 적용되므로 다음과 같이 말할 수 있습니다.

Q _흡수 =-Q _산출

이것은 개인의 수입과 지출과 유사한 에너지 균형을 나타냅니다. 이러한 이유로 전달 된 열은 양산되는 물체의 경우 최종 온도가 초기 온도보다 낮기 때문에 음의 부호를 갖습니다. 그러므로:

방정식 Q _흡수 =-Q _항복 은 두 물체가 접촉 할 때마다 사용됩니다.

에너지 균형

에너지 균형을 유지하려면 열을 흡수하는 물체와 열을 흡수하는 물체를 구별해야합니다.

Σ Q _k = 0

즉, 폐쇄 시스템에서 에너지 이득과 손실의 합은 0이어야합니다.

물질의 비열

흡수 된 열의 양을 계산하려면 각 참여 물질의 비열을 알아야합니다. 이것은 재료 1g의 온도를 1ºC 올리는 데 필요한 열량입니다. 국제 시스템의 단위는 줄 / kg입니다. 케이.

일반적으로 열량계 또는 유사한 도구를 사용하여 계산되는 많은 물질의 비열 테이블이 있습니다.

재료의 비열을 계산하는 방법의 예

금속 링의 온도를 20ºC에서 30ºC로 올리려면 250 칼로리가 필요합니다. 반지의 질량이 90g 인 경우. SI 단위의 금속 비열은 얼마입니까?

해결책

단위가 먼저 변환됩니다.

Q = 250 칼로리 = 1046.5J

m = 90 G = 90 × 10 ^-3 kg

운동이 해결됨

알루미늄 컵에는 225g의 물과 40g의 구리 교반기가 모두 27 ° C에서 들어 있습니다. 87 ° C의 초기 온도에서 400g의은 샘플을 물에 넣습니다.

교반기는 최종 평형 온도 인 32 ° C에 도달 할 때까지 혼합물을 교반하는 데 사용됩니다. 환경에 열 손실이 없음을 고려하여 알루미늄 컵의 질량을 계산하십시오.

열량계의 개략도. 출처 : Solidswiki.

접근하다

위에서 언급했듯이 열을 방출하는 물체와 흡수하는 물체를 구별하는 것이 중요합니다.

-알루미늄 컵, 구리 교반기 및 물이 열을 흡수합니다.

-은 샘플은 열을 발생시킵니다.

데이터

각 물질의 비열이 제공됩니다.

각 물질에 의해 흡수되거나 전달되는 열은 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.

해결책

은

Q _산출 = 400 x 10 ^-3 . 234 x (32-87) J = -5148 J

구리 교반기

_{흡수 된} Q = 40 x 10 ^-3 . 387 x (32-27) J = 77.4 J

물

_{흡수 된} Q = 225 x 10 ^-3 . 4186 x (32-27) J = 4709.25 J

알루미늄 머그

Q _흡수 = m _알루미늄 . 900 x (32-27) J = 4500 .m _알루미늄

사용하기 :

Σ Q _k = 0

77.4 + 4709.25 + 4500.m _알루미늄 =-(-5148)

마지막으로 알루미늄의 질량이 제거됩니다.

m _알루미늄 = 0.0803 kg = 80.3g

참고 문헌

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