Перенесення тепла: калорія, питома теплоємність
З погляду фізики теплота – це енергія, яка переноситься від фізичних тіл з вищою температурою до тіл з нижчою температурою (теплота вимірюється в джоулях).
З молекулярної точки зору теплоту можна охарактеризувати як міру енергії руху молекул усередині фізичного тіла. Якщо ця енергія не залишатиме межі тіла, воно не втрачатиме температуру.
Різні матеріали можуть зберігати різну кількість теплоти, що характеризується їх питомою теплоємністю – мірою кількості теплоти, що міститься у фізичному тілі.
Кількість теплоти Q, необхідна для підвищення температури тіла на певне значення, можна визначити за формулою:
- Q – кількість теплової енергії (Дж).
- c – питома теплоємність матеріалу, Дж/(кг·°C).
- m – маса тіла.
- ΔT – зміна температури тіла.
Кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання 1 г води на 1°C називають калорією:
1 калорія = 4,186 Дж.
Кількість теплоти, яка необхідна для нагріву 1 фунта води на 1°F називають британською тепловою одиницею (BTU – British thermal unit).
1 BTU = 1055 Дж.
Практичне завдання
У чашці знаходиться 100 г чаю, який охолонув до 40°C. На плиті стоїть чайник із окропом (100°C). Скільки треба додати окропу в чашку, щоб температура чаю в чашці стала 60°C (теплові втрати в посуді не будемо враховувати)?
Щоб відповісти на питання, необхідно дізнатися необхідну кількість теплової енергії, яку треба передати з чайника в чашку.
Теплова енергія, яку втрачає окріп масою m1:
Теплова енергія, яку отримує чай у чашці масою m2:
Оскільки, кількість теплової енергії, що втрачається чайником з окропом, дорівнює теплоті, яку отримує чай у чашці: ΔQ1=-ΔQ2, то:
Проводимо нескладні математичні перетворення, і підставляємо числові значення:
Відповідь: Для того, щоб підвищити температуру 100 г чаю з 40°C до 60°C, необхідно додати 50 г окропу.