חום שהועבר: נוסחאות, כיצד לחשב אותו ופתרנו תרגילים - גוּפָנִי - 2025

החום המועבר הוא העברת אנרגיה בין שני גופים בטמפרטורות שונות. זה עם טמפרטורה גבוהה יותר מוותר על החום לזה עם הטמפרטורה הנמוכה יותר. בין אם גוף מוותר או סופג חום, הטמפרטורה שלו או מצבו הגופני יכולים להשתנות תלוי במסה ובמאפיינים של החומר ממנו הוא עשוי.

דוגמה טובה לכך היא בכוס קפה מהביל. כף המתכת שאיתה מערבבים את הסוכר מתחממת. אם ישאר בספל מספיק זמן, קפה וכף מתכת בסופו של דבר ישוו את הטמפרטורות שלהם: הקפה יתקרר והכף נתנה חום. חום מסוים יעבור לסביבה מכיוון שהמערכת אינה מבודדת.

הקפה והכף באים בשיווי משקל תרמי לאחר זמן מה. מקור: Pixabay.

ככל שהטמפרטורות נעשות שוות, הושגה שיווי משקל תרמי.

אם עשית את אותה בדיקה עם כפית פלסטיק, בוודאי היית שם לב שהיא לא מתחממת באותה מהירות כמו זו המתכתית, אך היא גם בסופו של דבר תגיע לאיזון עם הקפה וכל מה שמסביב.

הסיבה לכך היא שהמתכת מוליכה חום טוב יותר מפלסטיק. מצד שני, קפה ללא ספק מניב חום בקצב שונה משוקולד חם או משקה אחר. אז החום הניתן או נספג על ידי כל חפץ תלוי מאיזה חומר או חומר הוא עשוי.

ממה זה מורכב ונוסחאות

חום תמיד מתייחס לזרימה או מעבר של אנרגיה בין אובייקט אחד למשנהו, בגלל ההבדל בטמפרטורה.

זו הסיבה שאנו מדברים על חום המועבר או נספג חום, שכן על ידי הוספה או חילוץ של חום או אנרגיה בדרך כלשהי, ניתן לשנות את הטמפרטורה של אלמנט.

כמות החום שהאובייקט החם ביותר נותן נקראת בדרך כלל Q. ערך זה פרופורציונאלי למסה של אותו אובייקט. גוף בעל מסה גדולה מסוגל לוותר על חום רב יותר מאשר אחר בעל מסה נמוכה יותר.

הבדלי טמפרטורה

גורם חשוב נוסף בחישוב העברת החום הוא ההבדל בטמפרטורה שחווה האובייקט המעביר חום. זה מסומן כ- T ומחושב כך:

לבסוף, כמות החום המועברת תלויה גם בטיבו ובמאפייניו של האובייקט, אשר מסוכמים כמותית בקבוע הנקרא החום הספציפי של החומר, המצוין כ- c.

אז סוף סוף הביטוי לחום המועבר הוא הבא:

פעולת הכניעה מסומלת על ידי סימן שלילי.

יכולת חום וחום ספציפיים של חומר

חום ספציפי הוא כמות החום הנחוצה בכדי להעלות את הטמפרטורה של 1 גרם של חומר ב -1 מעלות צלזיוס. זהו מאפיין מהותי של החומר. יחידותיה במערכת הבינלאומית הן: ג'ול / ק"ג. K (Joule בין קילוגרם x טמפרטורה במעלות קלווין).

קיבולת החום C היא מושג מקושר, אך מעט שונה, מכיוון שמסת האובייקט מעורבת. קיבולת החום מוגדרת כך:

יחידות ה- SI שלה הן Joule / K. כך שהחום שמשוחרר יכול לבוא לידי ביטוי באופן שווה כמו:

איך לחשב את זה?

כדי לחשב את החום המועבר על ידי חפץ, יש לדעת את הדברים הבאים:

- החום הספציפי של החומר שמוותר על החום.

- המסה של החומר האמור

- הטמפרטורה הסופית שתתקבל

ערכי חום ספציפיים לחומרים רבים נקבעו באופן ניסיוני והם זמינים בטבלאות.

קלורימטריה

כעת, אם לא ידוע על ערך זה, ניתן להשיג אותו בעזרת מד חום ומים בכלי מבודד תרמית: הקלורימטר. תרשים של מכשיר זה מוצג באיור המלווה תרגיל 1.

דגימה של החומר טובלת בטמפרטורה מסוימת בכמות מים שנמדדה בעבר. הטמפרטורה הסופית נמדדת והחום הספציפי של החומר נקבע על פי הערכים המתקבלים.

על ידי השוואה של התוצאה לערכים המוצגים בטבלה, ניתן לדעת באיזה חומר מדובר. הליך זה נקרא קלורימטריה.

איזון החום מתבצע על ידי שמירת אנרגיה:

Q _הניב + Q _{נקלט = 0}

תרגילים שנפתרו

תרגיל 1

חתיכת נחושת 0.35 ק"ג מוצגת בטמפרטורה של 150 מעלות צלזיוס ב 500 מ"ל מים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס.

א) טמפרטורת שיווי המשקל הסופית

ב) כמה חום זורם בתהליך זה?

נתונים

סכמטי של קלורימטר בסיסי: מיכל מים מבודד ומדחום למדידת שינויי טמפרטורה. l המקור: ד"ר טילהון טספיי

פִּתָרוֹן

א) הנחושת מוותרת על החום בזמן שהמים סופגים אותו. מכיוון שהמערכת נחשבת סגורה, רק המים והדגימה מתערבים במאזן החום:

מצד שני, נדרש לחשב את המסה של 500 מ"ל מים:

בעזרת נתונים אלה מחושב מסת המים:

המשוואה לחום בכל חומר עולה:

בהשוואה לתוצאות שיש לנו:

זו משוואה ליניארית עם לא ידוע, שהפתרון שלה הוא:

ב) כמות החום שזורמת היא החום המועבר או החום שנספג:

Q _הניב = - 134.75 (32.56 - 150) J = 15823 J

Q _נקלט = 2093 (32.56 - 25) J = 15823 J

תרגיל 2

חתיכת 100 גרם של נחושת מחוממת תנור בבית T טמפרטורת _o ואז להציב קלורימטר נחושה 150 גרם המכילה 200 גרם של מי 16ºC. הטמפרטורה הסופית פעם בשיווי משקל הוא 38 º C. כאשר שוקלים הקלורימטר ותוכנו נמצא כי התאיידו 1.2 גרם מים. מה הייתה הטמפרטורה הראשונית T _o ?

פִּתָרוֹן

תרגיל זה שונה מקודמו, מכיוון שיש לקחת בחשבון כי הקלורימטר סופג גם חום. החום שמשחרר חתיכת הנחושת מושקע בכל הדברים הבאים:

- מחממים את המים בקלורימטר (200 גרם)

- מחממים את הנחושת שממנה עשוי הקלורימטר (150 גרם)

- התאדו 1.2 גרם מים (אנרגיה נדרשת גם לשינוי פאזה).

לכן:

- 38.5. (38 - T _o ) = 22397.3

אפשר היה לקחת בחשבון גם את החום הדרוש בכדי להביא את 1.2 גרם המים למאה מעלות צלזיוס, אך מדובר בהשוואה לכמות קטנה למדי.

הפניות

1. Giancoli, D. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. 6 ^ה . אולם פרנטיס הול. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. פיזיקה: מבט על העולם. 6 ^ta עריכה מקוצרת. לימוד Cengage. 156-164.
3. Rex, A. 2011. יסודות הפיזיקה. פירסון. 309-332.
4. סירס, זמנסקי. 2016. פיזיקה באוניברסיטה עם פיזיקה מודרנית. 14 ^ה . כרך א '556 - 553.
5. Serway, R., Vulle, C. 2011. יסודות הפיזיקה. 9 ^נה למידה Cengage.