6.3 ΠΩΣ ΜΕΤΡΑΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
6.3 ΠΩΣ ΜΕΤΡΑΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ
Στόχοι μαθήματος
Από τι εξαρτάται το ποσό θερμότητας που απορροφά ένασώμα για τη θέρμανσή του;
Tι είναι η ειδική θερμότητα ενός υλικού;
Με ποια σχέση υπολογίζουμε το ποσό θερμότητας πουαπορροφά ή απελευθερώνει ένα σώμα, κατά τη θέρμανσηή την ψύξη του αντίστοιχα;
Γιατί τα συστήματα κεντρικής θέρμανσης και τασυστήματα ψύξης των αυτοκινήτων έχουν νερό για τημεταφορά της θερμότητας;
Γιατί την ημέρα η θερμοκρασία της ξηράς αυξάνεταιγρηγορότερα από αυτή της θάλασσας;
Τι είναι η θερμίδα;
Το ποσό θερμότητας που απορροφά ένα σώμα κατά τη θέρμανσήτου:
α. Είναι ανάλογο με την αύξηση της θερμοκρασίας του (Δθ).
Για παράδειγμα:
Αν διπλασιαστεί η αύξηση της θερμοκρασίας, διπλασιάζεται καιτο ποσό θερμότητας που απορροφάται.
β. Είναι ανάλογο της μάζας του σώματος (m).
Για παράδειγμα:
Αν η μάζα του σώματος υποδιπλασιαστεί, υποδιπλασιάζεται και τοποσό της θερμότητας.
γ. Εξαρτάται από το υλικό του σώματος.
Για παράδειγμα:
Ίσες μάζες νερού και λαδιού, χρειάζονται διαφορετικό ποσόθερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία τους κατά 1 ο C.
Από τους ίδιους παράγοντες εξαρτάται και το ποσόθερμότητας που απελευθερώνει ένα σώμα κατά την ψύξη του.
•Η ειδική θερμότητα ενός υλικού συμβολίζεται με c και είναι ηποσότητα της θερμότητας που χρειάζεται 1 Κg του υλικού για ναμεταβληθεί η θερμοκρασία του κατά 1 o C.
•Μονάδα μέτρησης της ειδικής θερμότητας στο S.I. είναι:
Όπως βλέπουμε στον πίνακα με τις ειδικές θερμότητες, το νερόέχει τη μεγαλύτερη ειδική θερμότητα από τα συνηθισμένα υλικά.
Αυτό έχει σαν συνέπεια, αν μεταφερθεί ένα συγκεκριμένο ποσόθερμότητας με την ίδια μάζα νερού και ενός άλλου υλικού, ηθερμοκρασία του νερού θα μεταβληθεί λιγότερο.
Η θερμοκρασία της ξηράς την ημέρα αυξάνεται γρηγορότερα απόαυτή της θάλασσας. Αυτό γίνεται γιατί η ειδική θερμότητα τηςξηράς είναι περίπου 4 φορές μικρότερη από του νερού.
Για να υπολογίσουμε τη θερμότηταχρησιμοποιούμε τη σχέση: Q = m · ΔΘ · c
Όπου:
Q : το ποσό θερμότητας σε J.
M : η μάζα του σώματος σε Κg.
ΔΘ :η μεταβολή της θερμοκρασίας του σώματοςσε o C.
c : η ειδική θερμότητα του σώματος σε J /(Kg·oC).
Θερμίδα ή cal είναι άλλη μία μονάδα μέτρησης της θερμότητας.
1 cal είναι το ποσό θερμότητας το οποίο χρειάζεται 1 g νερού γιανα αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 o C. Να σημειώσουμε ότι1 cal = 4,19 J.
Τα πολλαπλάσια του cal είναι:
1 Κcal = 1.000 cal = 10 3 cal
1 Mcal = 1.000.000 cal = 10 6 cal
1 Gcal = 1.000.000.000 cal = 10 9 cal
Σε Κcal αναφέρεται συνήθως το ενεργειακό περιεχόμενο τωντροφών.
Τα πολλαπλάσια του J είναι:
1 ΚJ = 1.000 J = 10 3 J
1 MJ = 1.000.000 J = 10 6 J
1 GJ = 1.000.000.000 J = 10 9 J
Ανακεφαλαίωση
• Η θερμότητα που μεταφέρεται σε ένα σώμα:
α. Είναι ανάλογη με τη μεταβολή της θερμοκρασίας του.
β. Είναι ανάλογη της μάζας του.
γ. Εξαρτάται από το υλικό του σώματος.
• Η θερμότητα που απορροφά ή απελευθερώνει ένα σώμακατά τη θέρμανση ή την ψύξη του αντίστοιχα, υπολογίζεται απότη σχέση: Q = m · c · ΔΘ.
• Ειδική θερμότητα ονομάζεται η ποσότητα της θερμότηταςπου χρειάζεται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία 1 Κg ενόςυλικού κατά 1 οC.
• 1 cal είναι το ποσό θερμότητας το οποίο χρειάζεται 1 g νερούγια να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 oC. Να σημειώσουμεότι 1 cal = 4,19 J.
Λυμένες ασκήσεις
1. Ίσες μάζες νερού, ελαιόλαδου και υδράργυρου, απορροφούν ίσαποσά θερμότητας. Να αιτιολογήσετε σε ποιο υλικό θα έχουμε τημεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας και σε ποιο τη μικρότερη.
Λυμένες ασκήσεις
1. Ίσες μάζες νερού, ελαιόλαδου και υδράργυρου, απορροφούν ίσαποσά θερμότητας. Να αιτιολογήσετε σε ποιο υλικό θα έχουμε τημεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας και σε ποιο τη μικρότερη.
Λύση
Η μεταβολή στη θερμοκρασία ενός σώματος, δίνεται από τη σχέση:
, η οποία προκύπτει από την σχέση:
Και τα τρία υλικά, έχουν ίσες μάζες και απορροφούν το ίδιο ποσό θερμότητας.
Συνεπώς, η μεταβολή της θερμοκρασίας τους εξαρτάται αποκλειστικάαπό την ειδική θερμότητα.
Πιο συγκεκριμένα, είναι αντιστρόφως ανάλογη, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναιη ειδική θερμότητα, τόσο μικρότερη είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας.
Από τον πίνακα με τις ειδικές θερμότητες, βλέπουμε ότι το νερό έχει τημεγαλύτερη ειδική θερμότητα, ενώ ο υδράργυρος τη μικρότερη.
Άρα, τη μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας θα έχει ο υδράργυροςκαι τη μικρότερη το νερό.
2. Πόση θερμότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία1500 g ελαιόλαδου, από τους 10 ο C στους 40 ο C; Η ειδικήθερμότητα του ελαιόλαδου είναι: 2000 J/(Kg · ο C).
2. Πόση θερμότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία1500 g ελαιόλαδου, από τους 10 ο C στους 40 ο C; Η ειδικήθερμότητα του ελαιόλαδου είναι: 2000 J/(Kg · ο C).
Λύση
Για να υπολογίσουμε τη θερμότητα, θα χρησιμοποιήσουμε τησχέση: Q = m · ΔΘ · c
Πριν χρησιμοποιήσουμε την παραπάνω σχέση, πρέπει ναμετατρέψουμε τη μάζα σε Kg και να υπολογίσουμε τη μεταβολή τηςθερμοκρασίας.
Για να υπολογίσουμε τη μεταβολή της θερμοκρασίας,αφαιρούμε από την τελική θερμοκρασία την αρχική:
ΔΘ = 40 ο C – 10 ο C = 30 ο C
Τώρα μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη σχέση:
Q = m · ΔΘ · c = 1,5Κg · 30 ο C · 2000 J/(Kg · ο C) = 90000 J
3. Ορισμένη ποσότητα χαλκού θερμοκρασίας 30 ο C,απορροφά 45 · 10 4 J θερμότητας. Αν η ειδική θερμότητατου χαλκού είναι 450 J/(Kg · o C) και η τελική θερμοκρασίατου χαλκού είναι 230 ο C, ποια είναι η μάζα του χαλκού;
3.Ορισμένη ποσότητα χαλκού θερμοκρασίας 30 ο C, απορροφά45 · 10 4 J θερμότητας. Αν η ειδική θερμότητα του χαλκού είναι450 J/(Kg · o C) και η τελική θερμοκρασία του χαλκού είναι230 ο C, ποια είναι η μάζα του χαλκού;
4.Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα:
4.Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα: