현열이 상승 온도로 물체에 공급되는 열 에너지이다. 열 에너지가 온도를 높이 지 않고 예를 들어 고체에서 액체로의 상 변화를 촉진하는 잠열의 반대입니다.
예를 들어 개념을 명확히합니다. 실내 온도가 20 ° C 인 냄비가 있다고 가정합니다. 우리가 스토브에 올려 놓을 때 공급되는 열은 100 ° C (해수면에서 물의 끓는 온도)에 도달 할 때까지 물의 온도를 천천히 증가시킵니다. 공급되는 열을 현열이라고합니다.
손을 따뜻하게하는 열은 현열입니다. 출처 : Pixabay
물이 끓는점에 도달하면 버너가 공급하는 열이 더 이상 물의 온도를 상승시키지 않고 100 ° C로 유지됩니다. 이 경우 공급되는 열 에너지는 물을 증발시키는 데 투자됩니다. 공급 된 열은 온도를 올리지 않고 대신 액상에서 기상으로 변화를 일으켜 잠복 상태입니다.
특정 온도 변화를 달성하는 데 필요한 현열이 그 변화와 물체의 질량에 정비례한다는 것은 실험적 사실입니다.
개념 및 공식
질량과 온도차와는 별도로 현열도 물질에 의존한다는 것이 관찰되었습니다. 이런 이유로 현열과 질량과 온도차의 곱 사이의 비례 상수를 비열이라고합니다.
공급되는 현열의 양은 공정이 수행되는 방식에 따라 다릅니다. 예를 들어, 공정이 일정한 압력에서보다 일정한 부피에서 수행되면 다릅니다.
등압 과정, 즉 일정한 압력에서 현열의 공식은 다음과 같습니다.
Q = cp. m (T f-T i)
위의 방정식에서 Q는 질량 m의 물체에 공급되는 현열로 초기 온도 T i 를 최종 값 Tf로 올렸습니다 . 이전 방정식에서 cp도 나타납니다. 이는 공정이 이런 방식으로 수행 되었기 때문에 일정한 압력에서 재료의 비열입니다.
또한 현열은 물체에 흡수되어 온도 상승을 유발할 때 양수입니다.
단단한 용기에 담긴 가스에 열이 공급되는 경우, 공정은 등 코릭, 즉 일정한 부피가됩니다. 현열 공식은 다음과 같이 작성됩니다.
Q = c v. 미디엄. (T f-T i)
단열 계수 γ
동일한 재료 또는 물질에 대해 일정한 압력의 비열과 일정한 부피의 비열 사이의 몫을 단열 계수라고하며 일반적으로 그리스 문자 감마 γ로 표시됩니다.
단열 계수가 1보다 큽니다. 1g 몸의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열은 등압 과정에서보다 등압 과정에서 더 큽니다.
첫 번째 경우 열의 일부가 기계 작업을 수행하는 데 사용되기 때문입니다.
비열 외에도 신체의 열용량도 일반적으로 정의됩니다. 이것은 그 몸의 온도를 섭씨 1도 올리는 데 필요한 열량입니다.
열용량 C
열용량은 대문자 C로 표시되고 비열은 작은 c로 표시됩니다. 두 수량 간의 관계는 다음과 같습니다.
C = c⋅ m
여기서 m은 몸의 질량입니다.
몰 비열도 사용되는데, 이는 물질 1 몰의 온도를 섭씨 1도 또는 켈빈으로 올리는 데 필요한 현열의 양으로 정의됩니다.
고체, 액체 및 기체의 비열
대부분의 고체의 몰 비열은 R의 3 배에 가까운 값을 가지며, 여기서 R은 보편적 인 기체 상수입니다. R = 8.314472 J / (몰 *).
예를 들어, 알루미늄은 몰 비열이 24.2 J / (mol ℃), 구리 24.5 J / (mol ℃), 금 25.4 J / (mol ℃), 연철 25.1입니다. J / (몰 ℃). 이 값은 3R = 24.9 J / (mol ℃)에 가깝습니다.
대조적으로, 대부분의 기체의 경우 몰 비열은 n (R / 2)에 가깝습니다. 여기서 n은 정수이고 R은 보편적 기체 상수입니다. 정수 n은 가스를 구성하는 분자의 자유도 수와 관련이 있습니다.
예를 들어, 분자가 3 개의 번역 자유도만을 갖는 단일 원자 이상 기체에서 일정한 부피에서 몰 비열은 3 (R / 2)입니다. 그러나 이것이 이원자 이상 기체 인 경우 추가로 두 개의 회전 각도가 있으므로 cv = 5 (R / 2)입니다.
이상 기체에서 일정한 압력에서 몰 비열과 일정한 부피 사이의 관계는 다음과 같습니다. cp = cv + R.
물은 특별한 언급이 필요합니다. 25 ℃의 액체 상태에서 물은 cp = 4.1813 J / (g ℃), 섭씨 100 도의 수증기는 cp = 2.080 J / (g ℃), 섭씨 0 도의 물 얼음은 cp입니다 = 2,050 J / (g *).
잠열과의 차이
물질은 고체, 액체 및 기체의 세 가지 상태가 될 수 있습니다. 상태를 변화시키기 위해서는 에너지가 필요하지만 각 물질은 분자 및 원자 특성에 따라 각기 다른 방식으로 반응합니다.
고체가 녹거나 액체가 증발 할 때 모든 입자가 상태를 변경할 때까지 물체의 온도는 일정하게 유지됩니다.
이러한 이유로 물질은 예를 들어 고체-액체 또는 액체-증기의 두 단계에서 평형 상태에있을 수 있습니다. 물질의 양은 약간의 열을 추가하거나 제거하여 한 상태에서 다른 상태로 이동할 수 있지만 온도는 고정되어 있습니다.
재료에 공급되는 열은 입자가 더 빠르게 진동하고 운동 에너지를 증가시킵니다. 이것은 온도 상승으로 해석됩니다.
그들이 얻은 에너지가 너무 커서 더 이상 평형 위치로 돌아 가지 않고 그들 사이의 분리가 증가 할 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 온도는 상승하지 않지만 물질은 고체에서 액체로 또는 액체에서 기체로 이동합니다.
이를 위해 필요한 열을 잠열이라고합니다. 따라서 잠열은 물질이 상을 바꿀 수있는 열입니다.
여기에 현열과의 차이점이 있습니다. 현열을 흡수하는 물질은 온도를 높이고 같은 상태를 유지합니다.
잠열을 계산하는 방법?
잠열은 다음 방정식으로 계산됩니다.
여기서 L은 증발의 비열 또는 융합 열일 수 있습니다. L의 단위는 에너지 / 질량입니다.
과학자들은 열이 참여하는 반응의 유형에 따라 열에 수많은 이름을 부여했습니다. 예를 들어, 반응열, 연소열, 응고열, 용액 열, 승화열 등이 있습니다.
다양한 물질에 대한 이러한 유형의 많은 열 값이 표로 작성됩니다.
해결 된 운동
예 1
질량이 3kg 인 알루미늄 조각을 가진 a가 있다고 가정합니다. 처음에는 20 ° C이고 온도를 100 ° C로 높이고 싶습니다. 필요한 현열을 계산하십시오.
해결책
먼저 알루미늄의 비열을 알아야합니다
cp = 0.897 J / (g ° C)
그런 다음 알루미늄 조각을 가열하는 데 필요한 열량은
Q = cpm (Tf-Ti) = 0.897 * 3000 * (100-20) J
Q = 215280 J
예 2
해수면에서 25 ° C에서 100 ° C로 1 리터의 물을 데우는 데 필요한 열량을 계산합니다. 결과도 킬로 칼로리로 표현합니다.
해결책
가장 먼저 기억해야 할 것은 물 1 리터의 무게는 1kg, 즉 1000g이라는 것입니다.
Q = cpm (Tf-Ti) = 4.1813 J / (g ℃) * 1000g * (100 ℃-25 ℃) = 313597.5 J
칼로리는 물 1g을 섭씨 1도 올리는 데 필요한 현열로 정의되는 에너지 단위입니다. 따라서 1 칼로리는 4.1813 줄과 같습니다.
Q = 313597.5 J * (1 cal / 4.1813 J) = 75000 cal = 75 kcal.
예제 3
360.16g의 재료가 37 ℃에서 140 ℃로 가열됩니다. 공급되는 열 에너지는 1150 칼로리입니다.
샘플 가열. 출처 : 자체 제작.
재료의 비열을 찾으십시오.
해결책
비열은 다음 공식에 따라 현열, 질량 및 온도 변화의 함수로 쓸 수 있습니다.
cp = Q / (m ΔT)
데이터를 대체하면 다음이 있습니다.
cp = 1150 cal / (360.16 g * (140 ℃-37 ℃)) = 0.0310 cal / (g ℃)
그러나 1 칼로리가 4.1813J이므로 결과는 다음과 같이 표현 될 수도 있습니다.
cp = 0.130 J / (g ℃)
참고 문헌
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