Перенос тепла: калория, удельная теплоемкость
С точки зрения физики теплота - это энергия, которая переносится от физических тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой (измеряется в джоулях).
С молекулярной точки зрения теплоту можно охарактеризовать, как меру энергии движения молекул внутри физического тела. Если эта энергия не будет покидать пределы тела, то оно не будет терять температуру.
Разные материалы могут хранить различное количество теплоты, что характеризуется их удельной теплоемкостью - мерой кол-ва теплоты, содержащегося в физическом теле.
Кол-во теплоты Q, необходимое для увеличения температуры тела на определенное значение, можно определить по формуле:Q = cmΔT
- Q - кол-во тепловой энергии (Дж).
- c - удельная теплоемкость материала, Дж/(кг·°C).
- m - масса тела.
- ΔT - изменение температуры тела.
Кол-во теплоты, необходимое для нагрева 1 г воды на 1°C называют калорией: 1 калория = 4,186 Дж.
Кол-во теплоты, необходимое для нагрева 1 фунта воды на 1°F называют британской тепловой единицей (BTU - British thermal unit). 1 BTU = 1055 Дж.
Предположим, что в вашей чашке находится 100 г чая, который остыл до 40°C. На плите стоит чайник с кипятком (100°C). Вопрос - сколько надо добавить кипятка в чашку, чтобы температура чая в чашке стала 60 °C (тепловые потери в посуде учитывать не будем)?
Чтобы ответить на вопрос, необходимо узнать необходимое кол-во тепловой энергии, которую надо передать из чайника в чашку.
Тепловая энергия, которую теряет кипяток массой m1:
ΔQ1 = cm1·(Tкон-Т1нач)
Тепловая энергия, которую получает чай в чашке массой m2:
ΔQ2 = cm2·(Tкон-Т2нач)
Поскольку, кол-во тепловой энергии, теряемого чайником с кипятком, равно телоте, которую получает чай в чашке: ΔQ1=-ΔQ2, то:
cm1·(Tкон-Т1нач) = cm2·(Tкон-Т2нач)
Проводим несложные алгебраические преобразования, и подставляем числовые значения:
-m1(60-100) = m1(40) m2(60-40) = 0,1(20) m1(40) = 0,1(20) m1 = 50 г
