Ako vypočítať tepelnú kapacitu: 8 krokov (s obrázkami)

Tepelná kapacita meria, koľko energie musíte do niečoho pridať, aby sa to ohrialo o jeden stupeň. Zistenie tepelnej kapacity niečoho sa obmedzuje na jednoduchý vzorec – stačí vydeliť Množstvo dodanej tepelnej energie zmenou teploty, aby ste určili, koľko energie bolo potrebnej na jeden stupeň. Každý materiál na svete má inú tepelnú kapacitu.
(Zdroj: učebnica Fyzika štandard 10)

Vzorec:
Tepelná kapacita = (dodaná tepelná energia) / (nárast teploty)

Metóda 1 z 2:Výpočet tepelnej kapacity objektu


Poznajte vzorec pre tepelnú kapacitu. Tepelnú kapacitu objektu možno vypočítať vydelením množstva dodanej tepelnej energie (E) príslušnou zmenou teploty (T). Naša rovnica je: Tepelná kapacita = E / T.[1]

  • Príklad: Na zohriatie kvádra o 5 stupňov Celzia je potrebných 2000 Joulov energie — aká je tepelná kapacita kvádra?
  • Tepelná kapacita = E / T
  • Tepelná kapacita = 2000 Joulov / 5 C
  • Tepelná kapacita = 400 Joulov na stupeň Celzia (J/C)


Zistite rozdiel teplôt pri zmenách o viac stupňov. Napríklad, ak chcem poznať tepelnú kapacitu kvádra a viem, že na zvýšenie teploty kvádra z 8 stupňov na 20 stupňov je potrebných 60 Joulov, musím poznať rozdiel medzi týmito dvoma teplotami, aby som získal tepelnú kapacitu. Keďže 20 – 8 = 12, teplota kvádra sa zmenila o 12 stupňov.[2]
Preto:

  • Tepelná kapacita = E / T
  • Tepelná kapacita bloku = 60 Joulov / (20C – 8C)
  • 60 Joulov / 12 C
  • Tepelná kapacita bloku = 5 J/C


K odpovedi pridajte príslušné jednotky, aby ste jej dali zmysel. Tepelná kapacita 300 neznamená nič, ak neviete, ako bola nameraná. Tepelná kapacita sa meria energiou potrebnou na jeden stupeň. Ak teda zmeriame energiu v jouloch a zmenu teploty v stupňoch Celzia, naša konečná odpoveď bude predstavovať koľko Joulov sme potrebovali na jeden stupeň Celzia. Našu odpoveď by sme teda vyjadrili ako 300 J/C alebo 300 Joulov na stupeň Celzia.

  • Ak budete merať tepelnú energiu v kalóriách a teplotu v kelvinoch, vaša konečná odpoveď bude 300 C/K.


Vedzte, že táto rovnica funguje aj pri chladení predmetov. Keď sa niečo ochladí o dva stupne, stratí presne rovnaké množstvo tepla, aké by získalo, keby sa oteplilo o 2 stupne. Ak sa vás teda opýtame: „Aká je tepelná kapacita predmetu, ak stratí 50 joulov energie a jeho teplota klesne o 5 stupňov Celzia?“, stále môžete použiť našu rovnicu:

  • Tepelná kapacita: 50J / 5C
  • Tepelná kapacita = 10 J/C

Metóda 2 z 2:Použitie merného tepla materiálu


Vedieť, že merné teplo sa vzťahuje na energiu potrebnú na zvýšenie jedného gramu o jeden stupeň. Keď zistíte tepelnú kapacitu jednej jednotky niečoho (1 gram, 1 unca, 1 kilogram atď.), zistili ste merné teplo tohto objektu. Špecifické teplo vám hovorí množstvo energie potrebnej na zvýšenie každej jednotky o jeden stupeň. Napríklad je potrebné .417 Joulov na zvýšenie teploty 1 gramu vody o 1 stupeň Celzia. Takže merné teplo vody je .417 J/C na gram.[3]

  • Merné teplo materiálu je konštantné. To znamená, že všetka čistá voda má rovnaké merné teplo– .417 J/C.


Na zistenie merného tepla materiálu použite vzorec pre tepelnú kapacitu. Zistenie je jednoduché, jednoducho vydeľte svoju konečnú odpoveď hmotnosťou predmetu. To vám povie, koľko energie bolo potrebnej na každý kúsok predmetu, napríklad koľko joulov zmení teplotu len v jednom grame ľadu.

  • Príklad: „Mám 100 gramov ľadu. Na zvýšenie teploty ľadu o 2 stupne Celzia je potrebných 406 joulov – aké je merné teplo ľadu?“‚
  • Tepelná kapacita pre 100 g ľadu = 406 J / 2C
  • Tepelná kapacita pre 100 g ľadu = 203 J/C
  • Tepelná kapacita pre 1 g ľadu = 2.03 J/C na gram
  • Ak ste zmätení, predstavte si to takto — je potrebné 2.03 Joulov, aby sa každý gram ľadu zvýšil o jeden stupeň. Takže ak máme 100 gramov ľadu, potrebujeme 100-krát viac joulov, aby sme ho celý zohriali.


Použite merné teplo na zistenie energie potrebnej na zvýšenie teploty akéhokoľvek materiálu na akúkoľvek teplotu. Merné teplo materiálu hovorí, koľko energie je potrebné na zvýšenie jednej jednotky (zvyčajne 1 gram) o jeden stupeň. Ak chceme zistiť teplo potrebné na zvýšenie teploty akéhokoľvek predmetu na akúkoľvek teplotu, jednoducho vynásobíme všetky časti spolu. Potrebná energia = hmotnosť x merné teplo x zmena teploty. Odpoveď je vždy vo vašej jednotke energie, napríklad v jouloch.[4]

  • Príklad:“ Ak je merné teplo hliníka .902 Joulov na gram, koľko Joulov je potrebných na zvýšenie teploty 5 gramov hliníka o 2 stupne Celzia?
  • Potrebná energia = 5g x .902J/C x 2C
  • Potrebná energia = 9.2 J

  • Poznajte merné teplo bežných materiálov. Na pomoc pri precvičovaní si osvojte bežné merné teplo, s ktorým sa môžete stretnúť v teste alebo v reálnom živote. Čo sa z nich môžete naučiť? Všimnite si napríklad, že merné teplo kovov je oveľa nižšie ako dreva – to je dôvod, prečo sa kovová lyžička zohreje rýchlejšie ako drevo, ak ju necháte v šálke horúcej čokolády. Nižšie merné teplo znamená, že sa predmet zohrieva rýchlejšie.[5]

    • Voda: 4.179 J/C
    • Vzduch: 1.01 J/C
    • Drevo: 1.76
    • Hliník: .902 J/C
    • Zlato: .129 J/C
    • Železo: .450[6]
  • Odkazy