吸収された熱は、異なる温度における二つの物体間のエネルギーの伝達として定義されます。温度の低い方が温度の高い方の熱を吸収します。これが起こると、熱を吸収する物質の熱エネルギーが増加し、それを構成する粒子がより速く振動して、それらの運動エネルギーを上昇させます。
これにより、温度が上昇したり、状態が変化したりする可能性があります。たとえば、室温で水やソーダと接触して溶けると、氷のように固体から液体になります。
金属のスプーンは、ホットコーヒーから熱を吸収します。出典：Pixabay。
熱のおかげで、オブジェクトの寸法が変わる可能性もあります。熱膨張はこの現象の良い例です。ほとんどの物質が加熱されると、サイズが大きくなる傾向があります。
これの例外は水です。同量の液体水は、4ºC未満に冷却されるとその量を増やします。さらに、温度の変化は密度の変化を経験する可能性があり、これは水の場合にも非常に観察可能です。
構成内容と数式
輸送中のエネルギーの場合、吸収される熱の単位はジュールです。しかし、長い間、熱には独自の単位、つまりカロリーがありました。
今日でもこの単位は食品のエネルギー含有量を定量化するために使用されますが、実際には1つの食事カロリーは1キロカロリーの熱に相当します。
カロリー
カロリーは、石灰と略され、1グラムの水の温度を1℃上げるために必要な熱量です。
19世紀、ジェームズプレスコットジュール卿（1818〜1889）は有名な実験を行い、機械的な仕事を熱に変換して次の同等性を獲得しました。
英国単位では、熱の単位はBtu（英国熱量単位）と呼ばれ、1ポンドの水の温度を1ºF上げるために必要な熱量として定義されます。
ユニット間の同等性は次のとおりです。
これらの古いユニットの問題は、熱量が温度に依存することです。つまり、70℃から75℃に加熱するために必要なものは、たとえば9℃から10℃に水を加熱するために必要なものと同じではありません。
そのため、定義では明確に定義された範囲が考慮されています。カロリーとBtuはそれぞれ14.5〜15.5°Cおよび63〜64°Fです。
吸収される熱量は何に依存しますか？
材料が吸収する熱量は、いくつかの要因によって異なります。
-ミサ。質量が大きいほど、より多くの熱を吸収できます。
-物質の特性。分子構造や原子構造によっては、他の物質よりも多くの熱を吸収できる物質があります。
-温度。温度を上げるには、さらに熱を加える必要があります。
Qで示される熱量は、説明されている要因に比例します。したがって、次のように書くことができます。
ここで、mは物体の質量、cは比熱と呼ばれる定数、物質の固有の特性、ΔTは熱を吸収することによって達成される温度の変化です。
熱を吸収するとき、T f > T oであると予想されるため、この差には正の符号があります。これは、物質が水から液体から蒸気に変化するような相変化を受けていない限り発生します。水が沸騰すると、沸騰速度に関係なく、その温度は約100℃で一定に保たれます。
計算方法は？
2つの物体を異なる温度で接触させることにより、しばらくして両方が熱平衡に達します。温度が均一になり、熱伝達が停止します。3つ以上のオブジェクトが接触した場合も同様です。一定の時間が経過すると、それらはすべて同じ温度になります。
接触する物体が閉じたシステムを形成し、そこから熱が逃げることができないと仮定すると、エネルギー保存の原則が適用されるため、次のように述べることができます。
Q 吸収 =-Q 降伏
これは、エネルギー収支を表し、人の収入と支出のそれと似ています。降伏するオブジェクトの場合、最終的な温度は初期の温度よりも低いため、伝達された熱は負の符号を持ちます。したがって：
式Qは、吸収 = - Qは、得られた 2つのオブジェクトが接触しているときはいつでも使用されます。
エネルギーバランス
エネルギーバランスを実行するには、熱を吸収するオブジェクトと降伏するオブジェクトを区別する必要があります。
ΣQ k = 0
つまり、閉じたシステムでのエネルギーの増加と損失の合計は0でなければなりません。
物質の比熱
吸収される熱の量を計算するには、各参加物質の比熱を知る必要があります。これは、材料1 gの温度を1℃上げるために必要な熱量です。国際システムにおけるその単位は、ジュール/ kgです。K.
多くの物質の比熱を示す表があり、通常は熱量計または類似のツールを使用して計算されます。
材料の比熱を計算する方法の例
金属リングの温度を20℃から30℃に上げるには、250カロリーが必要です。リングの質量が90 gの場合。SI単位での金属の比熱はどれくらいですか？
解決
単位が最初に変換されます。
Q = 250カロリー= 1046.5 J
m = 90 g = 90 x 10 -3 kg
運動が解決されました
アルミニウムカップには、225 gの水と40 gの銅製スターラーがすべて27°Cで含まれています。87°Cの初期温度の銀のサンプル400 gを水に入れます。
攪拌機を使用して、最終的な平衡温度である32°Cに達するまで混合物を攪拌します。環境への熱損失がないことを考慮して、アルミニウムカップの質量を計算します。
熱量計の概略図。出典：Solidswiki。
アプローチ
上記のように、熱を放棄するオブジェクトと吸収するオブジェクトを区別することが重要です。
・アルミカップ、銅スターラー、水が熱を吸収します。
-銀のサンプルは熱を発生します。
データ
各物質の比熱が供給されます：
各物質によって吸収または伝達される熱は、次の式を使用して計算されます。
解決
銀
Qが得 = 400×10 -3。234 x（32-87）J = -5148 J
銅攪拌機
Q 吸収 = 40 x 10 -3。387 x（32-27）J = 77.4 J
水
Q 吸収 = 225 x 10 -3。4186 x（32-27）J = 4709.25 J
アルミマグ
Q 吸収 = m アルミニウム。900 x（32-27）J = 4500 .m アルミニウム
の使用：
ΣQ k = 0
77.4 + 4709.25 + 4500 .m アルミニウム =-（-5148）
最後に、アルミニウムの質量がクリアされます。
m アルミニウム = 0.0803 kg = 80.3 g
参考文献
- Giancoli、D。2006。物理学：アプリケーションの原則。6 回目。Ed。Prentice Hall。400-410。
- カークパトリック、L。2007。物理学：世界の概観。6 ta編集の省略。Cengage Learning。156-164。
- レックス、A。2011。基礎物理学。ピアソン。309-332。
- シアーズ、ゼマンスキー。2016.現代物理学と大学物理学。14 番目。第1巻。556-553。
- Serway、R.、Vulle、C。2011。物理学の基礎。9 na Cengage Learning。362〜374