El calor específico es la energía requerida para aumentar la temperatura de 1 gramo de una sustancia pura en 1 °. El parámetro depende de su composición química y estado de agregación: gaseoso, líquido o sólido. Después de su descubrimiento, comenzó una nueva ronda en el desarrollo de la termodinámica, la ciencia de los procesos de energía transitoria, que se relacionan con el calor y el funcionamiento del sistema.
Por lo general, El calor específico y los conceptos básicos de la termodinámica se utilizan en la fabricación. radiadores y sistemas diseñados para la refrigeración de automóviles, así como en química, ingeniería nuclear y aerodinámica. Si desea saber cómo se calcula el calor específico, consulte el artículo propuesto.
Fórmula
Antes de continuar con el cálculo directo del parámetro, debe familiarizarse con la fórmula y sus componentes.
La fórmula para calcular el calor específico es la siguiente:
- c = Q / (m * ∆T)
El conocimiento de las cantidades y sus designaciones simbólicas utilizadas en el cálculo es extremadamente importante. Sin embargo, es necesario no solo conocer su apariencia visual, sino también comprender claramente el significado de cada uno de ellos. El cálculo de la capacidad calorífica específica de una sustancia está representado por los siguientes componentes:
ΔT es un símbolo que significa un cambio gradual en la temperatura de una sustancia. El carácter "Δ" se pronuncia delta.
ΔT se puede calcular mediante la fórmula:
ΔT = t2 - t1, donde
- t1 - temperatura primaria;
- t2 es la temperatura final después del cambio.
m es la masa de la sustancia utilizada para calentar (gr).
Q - cantidad de calor (J / J)
Sobre la base de Tsr, se pueden derivar otras ecuaciones:
- Q = m * cp * ΔT - cantidad de calor;
- m = Q / cr * (t2 - t1) - la masa de la sustancia;
- t1 = t2– (Q / cp * m) - temperatura primaria;
- t2 = t1 + (Q / cp * m) - temperatura final.
Definición y fórmula de la cantidad de calor.
La energía interna de un sistema termodinámico se puede cambiar de dos formas:
- haciendo trabajo en el sistema,
- a través de la interacción térmica.
La transferencia de calor al cuerpo no está asociada con la realización de trabajo macroscópico en el cuerpo. En este caso, el cambio en la energía interna se debe al hecho de que las moléculas individuales del cuerpo con una temperatura más alta están trabajando en algunas moléculas del cuerpo, que tiene una temperatura más baja. En este caso, la interacción térmica se realiza debido a la conductividad térmica. La transferencia de energía también es posible a través de la radiación. El sistema de procesos microscópicos (no relacionados con todo el cuerpo, sino con moléculas individuales) se llama transferencia de calor. La cantidad de energía que se transfiere de un cuerpo a otro como resultado de la transferencia de calor está determinada por la cantidad de calor que se transfiere de un cuerpo a otro.
Definición
Calor
Se denomina energía que es recibida (o regalada) por el cuerpo en el proceso de intercambio de calor con los cuerpos circundantes (medio ambiente). El calor se indica, generalmente con la letra Q.
Esta es una de las cantidades básicas en termodinámica. El calor está incluido en las expresiones matemáticas del primer y segundo principios de la termodinámica. Se dice que el calor es energía en forma de movimiento molecular.
El calor se puede comunicar al sistema (cuerpo) o se le puede quitar. Se cree que si se imparte calor al sistema, entonces es positivo.
Instrucciones para calcular el parámetro
Calcular de
la sustancia es bastante simple y para hacer esto, debe seguir estos pasos:
- Tome la fórmula de cálculo: Capacidad calorífica = Q / (m * ∆T)
- Escribe los datos iniciales.
- Conéctelos a la fórmula.
- Calcula y obtén el resultado.
A modo de ejemplo, calculemos una sustancia desconocida que pesa 480 gramos y tiene una temperatura de 15ºC, que, como resultado del calentamiento (35 mil J), aumenta a 250º.
De acuerdo con las instrucciones dadas anteriormente, realizamos las siguientes acciones:
Escribimos los datos iniciales:
- Q = 35 mil J;
- m = 480 g;
- ΔT = t2 - t1 = 250-15 = 235 ºC.
Tomamos la fórmula, sustituimos los valores y resolvemos:
c = Q / (m * ∆T) = 35 mil J / (480 g * 235º) = 35 mil J / (112800 g * º) = 0.31 J / g * º.
Cantidad de calor
La cantidad de calor es la energía que el cuerpo pierde o gana durante la transferencia de calor. Esto también se desprende del nombre. Al enfriarse, el cuerpo perderá una cierta cantidad de calor y, cuando se calienta, lo absorberá. Y las respuestas a nuestras preguntas nos mostraron ¿De qué depende la cantidad de calor? Primero, cuanto mayor es la masa corporal, más calor debe gastarse en cambiar su temperatura en un grado. En segundo lugar, la cantidad de calor necesaria para calentar un cuerpo depende de la sustancia en la que se compone, es decir, del tipo de sustancia. Y en tercer lugar, la diferencia en la temperatura corporal antes y después de la transferencia de calor también es importante para nuestros cálculos. Basado en lo anterior, podemos determine la cantidad de calor mediante la fórmula:
Q = cm (t_2-t_1),
donde Q es la cantidad de calor, m es la masa del cuerpo, (t_2-t_1) es la diferencia entre las temperaturas inicial y final del cuerpo, c es la capacidad calorífica específica de la sustancia, se encuentra en las tablas correspondientes .
Con esta fórmula, puede calcular la cantidad de calor que es necesaria para calentar cualquier cuerpo o que este cuerpo liberará cuando se enfríe.
La cantidad de calor se mide en julios (1 J), como cualquier tipo de energía. Sin embargo, este valor se introdujo no hace mucho tiempo y la gente comenzó a medir la cantidad de calor mucho antes. Y utilizaron una unidad que se usa mucho en nuestro tiempo: las calorías (1 cal). 1 caloría es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 gramo de agua en 1 grado Celsius. Guiados por estos datos, aquellos a los que les gusta contar las calorías de los alimentos ingeridos pueden, en aras del interés, calcular cuántos litros de agua se pueden hervir con la energía que consumen con los alimentos durante el día.
Pago
Hagamos el cálculo CP
agua y estaño en las siguientes condiciones:
- m = 500 gramos;
- t1 = 24ºC y t2 = 80ºC - para agua;
- t1 = 20ºC y t2 = 180ºC - para estaño;
- Q = 28 mil J.
Para empezar, determinamos ΔT para agua y estaño, respectivamente:
- ΔТв = t2 - t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2 - t1 = 180–20 = 160ºC
Luego encontramos el calor específico:
- с = Q / (m * ΔТв) = 28 mil J / (500 g * 56ºC) = 28 mil J / (28 mil g * ºC) = 1 J / g * ºC.
- s = Q / (m * ΔTo) = 28 mil J / (500 g * 160ºC) = 28 mil J / (80 mil g * ºC) = 0.35 J / g * ºC.
Así, el calor específico del agua fue de 1 J / g * ºC y el del estaño fue de 0,35 J / g * ºC. Por lo tanto, podemos concluir que con un valor igual del calor suministrado de 28 mil J, el estaño se calentará más rápido que el agua, ya que su capacidad calorífica es menor.
La capacidad calorífica la poseen no solo los gases, líquidos y sólidos, sino también los alimentos.
La fórmula para calcular el calor cuando cambia la temperatura.
La cantidad elemental de calor se indicará como. Tenga en cuenta que el elemento de calor que recibe (abandona) el sistema con un pequeño cambio en su estado no es un diferencial completo. La razón de esto es que el calor es una función del proceso de cambio de estado del sistema.
La cantidad elemental de calor que se imparte al sistema, y los cambios de temperatura de T a T + dT, es igual a:
donde C es la capacidad calorífica del cuerpo. Si el cuerpo en consideración es homogéneo, entonces la fórmula (1) para la cantidad de calor se puede representar como:
donde es el calor específico del cuerpo, m es la masa del cuerpo, es el calor molar, es la masa molar de una sustancia y es el número de moles de la sustancia.
Si el cuerpo es homogéneo y la capacidad calorífica se considera independiente de la temperatura, entonces la cantidad de calor () que recibe el cuerpo con un aumento de su temperatura en una cantidad se puede calcular como:
donde t2, t1 temperatura corporal antes de calentar y después.Tenga en cuenta que las temperaturas al encontrar la diferencia () en los cálculos se pueden sustituir tanto en grados Celsius como en Kelvin.
Cómo calcular la capacidad calorífica de los alimentos.
Al calcular la capacidad de potencia la ecuación toma la siguiente forma:
c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a), donde:
- w es la cantidad de agua en el producto;
- p es la cantidad de proteínas en el producto;
- f es el porcentaje de grasa;
- c es el porcentaje de carbohidratos;
- a es el porcentaje de componentes inorgánicos.
Determine la capacidad calorífica del queso crema procesado Viola.... Para hacer esto, escribimos los valores requeridos de la composición del producto (peso 140 gramos):
- agua - 35 g;
- proteínas - 12,9 g;
- grasas - 25,8 g;
- carbohidratos - 6,96 g;
- componentes inorgánicos - 21 g.
Luego encontramos con:
- c = (4.180 * w) + (1.711 * p) + (1.928 * f) + (1.547 * c) + (0.908 * a) = (4.180 * 35) + (1.711 * 12.9) + (1.928 * 25, 8 ) + (1.547 * 6.96) + (0.908 * 21) = 146.3 + 22.1 + 49.7 + 10.8 + 19.1 = 248 kJ / kg * ºC.
¿Qué determina la cantidad de calor?
La energía interna del cuerpo cambia al realizar trabajo o transferencia de calor. Con el fenómeno de la transferencia de calor, la energía interna se transfiere por conducción de calor, convección o radiación.
Cada cuerpo, cuando se calienta o se enfría (durante la transferencia de calor), recibe o pierde cierta cantidad de energía. En base a esto, se acostumbra llamar a esta cantidad de energía la cantidad de calor.
Entonces, la cantidad de calor es la energía que el cuerpo da o recibe en el proceso de transferencia de calor.
¿Cuánto calor se necesita para calentar el agua? Con un ejemplo simple, puede comprender que se requieren diferentes cantidades de calor para calentar diferentes cantidades de agua. Digamos que tomamos dos tubos de ensayo con 1 litro de agua y 2 litros de agua. ¿En qué caso se requiere más calor? En el segundo, donde hay 2 litros de agua en el tubo de ensayo. El segundo tubo tardará más en calentarse si los calentamos con la misma fuente de fuego.
Por tanto, la cantidad de calor depende del peso corporal. Cuanto mayor sea la masa, más calor se requiere para calentar y, en consecuencia, el cuerpo necesita más tiempo para enfriarse.
¿De qué más depende la cantidad de calor? Naturalmente, por la diferencia de temperatura entre cuerpos. Pero eso no es todo. Después de todo, si tratamos de calentar agua o leche, necesitaremos una cantidad de tiempo diferente. Es decir, resulta que la cantidad de calor depende de la sustancia de la que está compuesto el cuerpo.
Como resultado, resulta que la cantidad de calor que se necesita para calentar o la cantidad de calor que se libera cuando el cuerpo se enfría depende de su masa, de los cambios de temperatura y del tipo de sustancia que compone el cuerpo.
Consejos útiles
Siempre recuerda eso:
- El proceso de calentamiento del metal es más rápido que el del agua, ya que tiene CP
2,5 veces menos; - si es posible, convierta los resultados a un orden superior, si las condiciones lo permiten;
- para verificar los resultados, puede usar Internet y buscar la sustancia calculada;
- En las mismas condiciones experimentales, se observarán cambios de temperatura más significativos para materiales con un calor específico bajo.
Fórmula para la cantidad de calor durante las transiciones de fase.
La transición de una fase de una sustancia a otra va acompañada de la absorción o liberación de una cierta cantidad de calor, lo que se denomina calor de transición de fase.
Entonces, para transferir un elemento de materia del estado sólido a líquido, se le debe indicar una cantidad de calor () igual a:
donde es el calor específico de fusión, dm es el elemento de masa corporal. Debe tenerse en cuenta que el cuerpo debe tener una temperatura igual a la temperatura de fusión de la sustancia en cuestión. Durante la cristalización, se libera calor igual a (4).
La cantidad de calor (calor de vaporización) que se necesita para convertir un líquido en vapor se puede encontrar como:
donde r es el calor específico de vaporización. Cuando el vapor se condensa, se libera calor. El calor de vaporización es igual al calor de condensación de masas iguales de materia.
Cómo calcular la cantidad de calor para calentar el cuerpo.
Por ejemplo, es necesario calcular la cantidad de calor que se necesita gastar para calentar 3 kg de agua desde una temperatura de 15 ° C a una temperatura de 85 ° C. Conocemos el calor específico del agua, es decir, la cantidad de energía que se necesita para calentar 1 kg de agua en 1 grado. Es decir, para averiguar la cantidad de calor en nuestro caso, debe multiplicar la capacidad calorífica específica del agua por 3 y por la cantidad de grados en los que necesita aumentar la temperatura del agua. Entonces esto es 4200 * 3 * (85-15) = 882,000.
Entre paréntesis, calculamos el número exacto de grados, restando la inicial
Entonces, para calentar 3 kg de agua de 15 a 85 ° C, necesitamos 882 000 J de la cantidad de calor.
La cantidad de calor se indica con la letra Q, la fórmula para calcularlo es la siguiente:
Q = c * m * (t2-t1).
¿Qué es el calor específico?
Cada sustancia en la naturaleza tiene sus propias propiedades, y calentar cada sustancia individual requiere una cantidad diferente de energía, es decir, la cantidad de calor.
Calor específico de una sustancia Es un valor igual a la cantidad de calor que se necesita transferir a un cuerpo con una masa de 1 kilogramo para calentarlo a una temperatura de 1 0C.
El calor específico se indica con la letra c y tiene un valor de medición de J / kg *
Por ejemplo, la capacidad calorífica específica del agua es 4200 J / kg * 0C. Es decir, esta es la cantidad de calor que se debe transferir a 1 kg de agua para calentarla en 1 0C.
Debe recordarse que la capacidad calorífica específica de sustancias en diferentes estados de agregación es diferente. Es decir, se requiere una cantidad diferente de calor para calentar el hielo a 1 ° C.
