De voelbare warmte is de thermische energie die aan een object wordt geleverd, waardoor het de temperatuur ervan verhoogt. Het is het tegenovergestelde van latente warmte, waarbij thermische energie de temperatuur niet verhoogt maar juist een faseverandering bevordert, bijvoorbeeld van vast naar vloeibaar..
Een voorbeeld verduidelijkt het concept. Stel dat we een pot water hebben met een kamertemperatuur van 20 ° C. Wanneer we het op het fornuis plaatsen, verhoogt de geleverde warmte de temperatuur van het water langzaam tot 100 ° C (kooktemperatuur van water op zeeniveau). De geleverde warmte wordt voelbare warmte genoemd.
Zodra het water het kookpunt bereikt, verhoogt de warmte die door de brander wordt geleverd niet langer de temperatuur van het water, dat op 100 ° C blijft. In dit geval wordt de geleverde thermische energie geïnvesteerd in het verdampen van het water. De toegevoerde warmte is latent omdat deze de temperatuur niet heeft verhoogd, maar in plaats daarvan heeft geleid tot een overgang van de vloeistoffase naar de gasfase.
Het is een experimenteel feit dat de voelbare warmte die nodig is om een bepaalde temperatuurvariatie te bereiken, recht evenredig is met die variatie en met de massa van het object..
Artikel index
Waargenomen is dat behalve de massa en het temperatuurverschil, de voelbare warmte ook afhangt van het materiaal. Om deze reden wordt de evenredigheidsconstante tussen voelbare warmte en het product van massa en het temperatuurverschil specifieke warmte genoemd.
De hoeveelheid voelbare warmte die wordt geleverd, hangt ook af van hoe het proces wordt uitgevoerd. Het is bijvoorbeeld anders als het proces bij constant volume wordt uitgevoerd dan bij constante druk.
De formule voor voelbare warmte in een proces isobaar, dat wil zeggen, bij constante druk is het het volgende:
Q = cp . m (T.F. - Tik
In de bovenstaande vergelijking Q is de voelbare warmte die aan het massaobject wordt geleverd m, dat zijn aanvankelijke temperatuur heeft verhoogd Tik tot de uiteindelijke waarde Tf. In de bovenstaande vergelijking komt het ook voor cp, dat is de soortelijke warmte van het materiaal bij constante druk omdat het proces op deze manier is uitgevoerd.
Merk ook op dat voelbare warmte positief is wanneer deze door het object wordt geabsorbeerd en een temperatuurstijging veroorzaakt..
In het geval dat warmte wordt geleverd aan een gas dat is ingesloten in een stijve container, zal het proces zijn isochoor, dat wil zeggen bij constant volume; en de formule voor voelbare warmte wordt als volgt geschreven:
Q = cv. m. (T.F. - Tik
Het quotiënt tussen de soortelijke warmte bij constante druk en de soortelijke warmte bij constant volume voor hetzelfde materiaal of dezelfde stof wordt genoemd adiabatische coëfficiënt, die gewoonlijk wordt aangeduid met de Griekse letter gamma γ.
De adiabatische coëfficiënt is groter dan eenheid. De warmte die nodig is om de temperatuur van een lichaam van één grammassa met één graad te verhogen, is bij een isobaar proces groter dan bij een isochoor..
Dit komt doordat in het eerste geval een deel van de warmte wordt gebruikt om mechanische werkzaamheden uit te voeren.
Naast soortelijke warmte wordt ook vaak de warmtecapaciteit van een lichaam gedefinieerd. Dit is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van dat lichaam met één graad Celsius te verhogen.
Warmtecapaciteit wordt aangeduid met C hoofdletter, terwijl de soortelijke warmte met c kleine letters. De relatie tussen beide grootheden is:
C = c⋅ m
Waar m is de massa van het lichaam.
Molaire soortelijke warmte wordt ook gebruikt, die wordt gedefinieerd als de hoeveelheid voelbare warmte die nodig is om een temperatuur van één mol stof met één graad Celsius of Kelvin te verhogen..
De molaire soortelijke warmte van de meeste vaste stoffen heeft een waarde dichtbij 3 keer R, waar R is de universele gasconstante. R = 8,314472 J / (mol ℃).
Aluminium heeft bijvoorbeeld molaire soortelijke warmte 24,2 J / (mol ℃), Koper 24,5 J / (mol ℃), goud 25,4 J / (mol ℃), en het zoete ijzer 25,1 J / (mol ℃). Merk op dat deze waarden dicht bij 3R = 24,9 J / (mol ℃).
Daarentegen is voor de meeste gassen de molaire soortelijke warmte dichtbij n (R / 2), waar is n een geheel getal en R is de universele gasconstante. Het hele nummer n is gerelateerd aan het aantal vrijheidsgraden van het molecuul waaruit het gas bestaat.
Bijvoorbeeld, in een mono-atomisch ideaal gas, waarvan het molecuul alleen de drie translationele vrijheidsgraden heeft, is de molaire soortelijke warmte bij constant volume 3 (R / 2). Maar als het een diatomisch ideaal gas is, zijn er bovendien twee rotatiegraden, dus cv = 5 (R / 2).
In ideale gassen geldt de volgende relatie tussen molaire soortelijke warmte bij constante druk en constant volume: cp = cv + R.
Speciale vermelding verdient het water. In vloeibare toestand bij 25 ℃ heeft het water cp = 4,1813 J / (g ℃), waterdamp bij 100 graden Celsius heeft cp = 2080 J / (g ℃) en ijswater van nul graden Celsius heeft cp = 2050 J / (g ℃).
Materie kan in drie toestanden zijn: vast, vloeibaar en gasvormig. Er is energie nodig om van toestand te veranderen, maar elke stof reageert er op een andere manier op volgens zijn moleculaire en atomaire kenmerken..
Wanneer een vaste stof smelt of een vloeistof verdampt, blijft de temperatuur van het object constant totdat alle deeltjes van toestand zijn veranderd..
Om deze reden is het mogelijk dat een stof in twee fasen in evenwicht is: bijvoorbeeld vast - vloeibaar of vloeibaar - damp. Een hoeveelheid van de stof kan van de ene toestand naar de andere gaan door een beetje warmte toe te voegen of te verwijderen, terwijl de temperatuur constant blijft..
De warmte die aan een materiaal wordt geleverd, zorgt ervoor dat de deeltjes sneller trillen en hun kinetische energie verhogen. Dit vertaalt zich in een temperatuurstijging.
Het is mogelijk dat de energie die ze verwerven zo groot is dat ze niet meer terugkeren naar hun evenwichtspositie en de scheiding tussen hen toeneemt. Wanneer dit gebeurt, stijgt de temperatuur niet, maar gaat de stof van vast naar vloeibaar of van vloeistof naar gas.
De warmte die nodig is om dit te laten gebeuren, staat bekend als latente warmte. Daarom is latente warmte de warmte waarmee een stof van fase kan veranderen.
Hier is het verschil met voelbare warmte. Een stof die voelbare warmte opneemt, verhoogt zijn temperatuur en blijft in dezelfde toestand.
Latente warmte wordt berekend door de vergelijking:
Q = m. L.
Waar L. het kan de soortelijke verdampingswarmte of de smeltwarmte zijn. De eenheden van L. zijn energie / massa.
Wetenschappers hebben warmte verschillende namen gegeven, afhankelijk van het type reactie waaraan het deelneemt. Er is bijvoorbeeld de reactiewarmte, de verbrandingswarmte, de verhardingswarmte, de oplossingswarmte, de sublimatiewarmte en vele andere..
De waarden van veel van deze soorten warmte voor verschillende stoffen worden in tabelvorm weergegeven.
Stel dat een stuk aluminium met een massa van 3 kg een stuk aluminium heeft. In eerste instantie is het 20 ° C en wil je de temperatuur verhogen tot 100 ° C. Bereken de voelbare warmte die nodig is.
Eerst moeten we de soortelijke warmte van aluminium kennen
cp = 0,897 J / (g ° C)
Dan is de hoeveelheid warmte die nodig is om het stuk aluminium te verwarmen
Q = cp m (Tf - Ti) = 0,897 * 3000 * (100 - 20) J
Q = 215280 J.
Bereken de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 liter water op zeeniveau van 25 ° C naar 100 ° C te verwarmen. Druk het resultaat ook uit in kilocalorieën.
Het eerste dat u moet onthouden, is dat 1 liter water 1 kg weegt, dat wil zeggen 1000 gram.
Q = cp m (Tf - Ti) = 4,1813 J / (g ℃) * 1000 g * (100 ℃ - 25 ℃) = 313597,5 J
De calorie is een eenheid van energie die wordt gedefinieerd als de voelbare warmte die nodig is om een gram water met één graad Celsius te verhogen. Daarom is 1 calorie gelijk aan 4,1813 joule.
Q = 313597,5 J * (1 cal / 4,1813 J) = 75000 cal = 75 kcal.
Een stuk materiaal van 360,16 gram wordt verwarmd van 37 ℃ tot 140 ℃. De geleverde thermische energie is 1150 calorieën.
Zoek de soortelijke warmte van het materiaal.
We kunnen de soortelijke warmte schrijven als functie van de voelbare warmte, de massa en de variatie van de temperatuur volgens de formule:
cp = Q / (m ΔT)
Als we de gegevens vervangen, hebben we het volgende:
cp = 1150 cal / (360,16 g * (140 ℃ - 37 ℃)) = 0,0310 cal / (g ℃)
Maar aangezien één calorie gelijk is aan 4,1813 J, kan het resultaat ook worden uitgedrukt als
cp = 0,130 J / (g ℃)
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.