Das Wärme gab nach ist die Energieübertragung zwischen zwei Körpern bei unterschiedlichen Temperaturen. Derjenige mit der höchsten Temperatur gibt Wärme an denjenigen ab, dessen Temperatur niedriger ist. Ob ein Körper Wärme abgibt oder absorbiert, seine Temperatur oder sein physikalischer Zustand können abhängig von der Masse und den Eigenschaften des Materials, aus dem er hergestellt ist, variieren..
Ein gutes Beispiel ist eine dampfende Tasse Kaffee. Der Metalllöffel, mit dem der Zucker gerührt wird, erwärmt sich. Wenn es lange genug in der Tasse bleibt, gleichen Kaffee und ein Metalllöffel ihre Temperaturen aus: Der Kaffee hat sich abgekühlt und der Löffel hat Wärme abgegeben. Es wird etwas Wärme an die Umgebung abgegeben, da das System nicht isoliert ist.
Bei ausgeglichenen Temperaturen werden die thermisches Gleichgewicht.
Wenn Sie den gleichen Test mit einem Plastik-Teelöffel durchführen würden, würden Sie sicherlich feststellen, dass er sich nicht so schnell erwärmt wie der Metall-Teelöffel, aber er wird schließlich auch mit dem Kaffee und allem, was ihn umgibt, ins Gleichgewicht kommen..
Dies liegt daran, dass Metall Wärme besser leitet als Kunststoff. Auf der anderen Seite liefert Kaffee sicherlich Wärme mit einer anderen Geschwindigkeit als heiße Schokolade oder andere Getränke. Die von jedem Objekt abgegebene oder absorbierte Wärme hängt also davon ab, aus welchem Material oder welcher Substanz es besteht..
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Wärme bezieht sich aufgrund des Temperaturunterschieds immer auf den Energiefluss oder -transit zwischen einem Objekt und einem anderen.
Deshalb sprechen wir von übertragener Wärme oder absorbierter Wärme, da durch Hinzufügen oder Extrahieren von Wärme oder Energie auf irgendeine Weise die Temperatur eines Elements geändert werden kann.
Die Wärmemenge, die das heißeste Objekt abgibt, wird normalerweise als Q bezeichnet. Dieser Wert ist proportional zur Masse des Objekts. Ein Körper mit einer großen Masse kann mehr Wärme abgeben als ein anderer mit einer geringeren Masse..
Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Berechnung der freigesetzten Wärme ist die Temperaturdifferenz des Objekts, das die Wärme abgibt. Es wird als Δ bezeichnetT. und es wird so berechnet:
ΔT = T.F. - T.oder
Schließlich hängt die übertragene Wärmemenge auch von der Art und den Eigenschaften des Objekts ab, die quantitativ in einer als Konstante bezeichneten Konstante zusammengefasst werden spezifische Wärme des Materials, bezeichnet als c.
Der Ausdruck für die übertragene Wärme lautet also wie folgt:
Q.gab nach = - m.c.ΔT.
Nachgeben wird durch ein negatives Vorzeichen symbolisiert.
Spezifische Wärme ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 g Substanz um 1 ºC zu erhöhen. Es ist eine intrinsische Eigenschaft des Materials. Seine Einheiten im internationalen System sind: Joule / kg. K (Joule zwischen Kilogramm x Temperatur in Grad Kelvin).
Die Wärmekapazität C ist ein verknüpftes Konzept, das sich jedoch geringfügig unterscheidet, da die Masse des Objekts beteiligt ist. Die Wärmekapazität ist wie folgt definiert:
C = mc
Seine Einheiten in S.I. sie sind Joule / K. Die freigesetzte Wärme kann also auch äquivalent ausgedrückt werden als:
Q = -C. ΔT.
Um die von einem Objekt abgegebene Wärme zu berechnen, muss Folgendes bekannt sein:
- Die spezifische Wärme der Substanz, die die Wärme abgibt.
- Die Masse der Substanz
- Die Endtemperatur zu erhalten
Spezifische Wärmewerte für viele Materialien wurden experimentell bestimmt und sind in Tabellen verfügbar.
Wenn dieser Wert nicht bekannt ist, kann er mit Hilfe eines Thermometers und Wasser in einem wärmeisolierten Behälter, dem Kalorimeter, ermittelt werden. Ein Diagramm dieses Geräts ist in der Abbildung zu Übung 1 dargestellt.
Eine Probe der Substanz bei einer bestimmten Temperatur wird in eine zuvor gemessene Wassermenge eingetaucht. Die Endtemperatur wird gemessen und die spezifische Wärme des Materials mit den erhaltenen Werten bestimmt..
Durch Vergleichen des Ergebnisses mit den tabellarischen Werten kann festgestellt werden, um welche Substanz es sich handelt. Diese Prozedur wird aufgerufen Kalorimetrie.
Der Wärmehaushalt erfolgt durch Energieeinsparung:
Q. gab nach + Q. absorbiert = 0
Ein 0,35 kg schweres Stück Kupfer wird bei einer Temperatur von 150 ° C in 500 ml Wasser bei einer Temperatur von 25 ° C eingebracht.
a) Die endgültige Gleichgewichtstemperatur
b) Wie viel Wärme fließt in diesem Prozess?
cKupfer = 385 J / kg. ºC
cWasser = 4180 J / kg. ºC
Wasserdichte: 1000 kg / m3
a) Kupfer gibt Wärme ab, während Wasser sie aufnimmt. Da das System als geschlossen betrachtet wird, greifen nur das Wasser und die Probe in den Wärmehaushalt ein:
Q. gab nach = Q. absorbiert
Andererseits muss die Masse von 500 ml Wasser berechnet werden:
500 ml = 0,5 l = 0,0005 m3
Mit diesen Daten wird die Masse des Wassers berechnet:
Masse = Dichte x Volumen = 1000 kg / m3 . 0,0005 m3 = 0,5 kg
Die Gleichung für die Wärme in jeder Substanz wird erhöht:
Q.gab nach = -mKupfer . cKupfer. ΔT = -0,35 kg. 385 J / kg ° C. . (T.F. -150 ºC) = -134,75 (T.F. - 150) J.
Q.absorbiert = mWasser . cWasser. ΔT = 0,5 kg. 4186 J / kg. ºC. (T.F. -25 ºC) = 2093 (T.F. -25) J.
Gleich die Ergebnisse haben wir:
2093 (T.F. - 25) = -134,75 (T.F. - 150)
Es ist eine lineare Gleichung mit einem Unbekannten, dessen Lösung lautet:
T.F. = 32,56 ºC
b) Die Wärmemenge, die fließt, ist die übertragene Wärme oder die aufgenommene Wärme:
Q. gab nach = - 134,75 (32,56 - 150) J = 15823 J.
Q. absorbiert = 2093 (32,56 - 25) J = 15823 J.
Ein 100 g Kupferstück wird in einem Ofen auf eine Temperatur T erhitztoder und dann wird es in ein 150 g Kupferkalorimeter eingeführt, das 200 g Wasser bei 16ºC enthält. Die Endtemperatur im Gleichgewicht beträgt 38ºC. Wenn das Kalorimeter und sein Inhalt gewogen werden, wird festgestellt, dass sie 1,2 g Wasser verdampft haben die Anfangstemperatur T.oder?
Daten: Die latente Verdampfungswärme von Wasser beträgt L.v = 2257 kJ / kg
Diese Übung unterscheidet sich von der vorherigen, da berücksichtigt werden muss, dass das Kalorimeter auch Wärme absorbiert. Die vom Kupferstück abgegebene Wärme wird in Folgendes investiert:
- Erhitze das Wasser im Kalorimeter (200 g)
- Erhitzen Sie das Kupfer, aus dem das Kalorimeter besteht (150 g).
- Verdampfe 1,2 Gramm Wasser (Energie wird auch für einen Phasenwechsel benötigt).
Q.gab nach = -100 x 1 x 10 -3 kg. 385 J / kg. ºC. (38 - T.oder ) ºC = -38.5. (38 - T.oder) J.
Q. absorbiert von Kalorimeter = Q. vom Wasser aufgenommen + Q. Verdampfung + Q. von Kupfer absorbiert
0,2 kg, 4186 J / kg ºC (38 - 16 ºC) + 1,2 x 10-3 kg. 2257000 J / kg +0,150 kg, 385 J / kg, ° C (38 - 16 ° C) =
18418,4 + 2708,4 + 1270,5 J = 22397,3 J.
Deshalb:
-38.5. (38 - T.oder) = 22397,3
T.oder = 619,7 ºC
Die Wärme, die benötigt wird, um die 1,2 g Wasser auf 100 ° C zu bringen, hätte ebenfalls berücksichtigt werden können, ist aber im Vergleich dazu eine recht kleine Menge..
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