SENSITIBONG INIT: KONSEPTO, PORMULA AT PAGLUTAS NG MGA EHERSISYO - PISIKAL - 2025

Ang makatwirang init ay ang thermal energy na ibinibigay sa isang bagay sa pamamagitan ng temperatura upang tumaas. Ito ay kabaligtaran ng likas na init, kung saan ang thermal energy ay hindi nagpapataas ng temperatura ngunit nagtataguyod ng pagbabago sa phase, halimbawa mula sa solid hanggang likido.

Isang halimbawa ang nagpapaliwanag sa konsepto. Ipagpalagay na mayroon kaming isang palayok ng tubig sa temperatura ng silid na 20 ° C. Kung inilalagay natin ito sa kalan, ang init na ibinibigay ay pinapataas ang temperatura ng tubig nang marahan hanggang sa umabot sa 100 ° C (temperatura ng kumukulo ng tubig sa antas ng dagat). Ang ibinibigay na init ay tinatawag na matinong init.

Ang init na nagpapainit ng mga kamay ay may kamalayan na init. Pinagmulan: Pixabay

Sa sandaling maabot ng tubig ang kumukulo, ang init na ibinibigay ng burner ay hindi na tumataas ang temperatura ng tubig, na nananatili sa 100 ° C. Sa kasong ito ang thermal energy na ibinibigay ay namuhunan sa pagsingaw ng tubig. Ang ibinigay na init ay likas dahil hindi nito itaas ang temperatura, ngunit sa halip ay nagdulot ng pagbabago mula sa likidong yugto hanggang sa gas phase.

Ito ay isang eksperimentong katotohanan na ang makatwirang init na kinakailangan upang makamit ang isang tiyak na pagkakaiba-iba sa temperatura ay direktang proporsyonal sa pagkakaiba-iba at sa masa ng bagay.

Konsepto at pormula

Napansin na bukod sa masa at pagkakaiba sa temperatura, ang makatwirang init ay nakasalalay din sa materyal. Para sa kadahilanang ito, ang pare-pareho ng proporsyonal sa pagitan ng makatwirang init at ang produkto ng pagkakaiba-iba ng masa at temperatura ay tinatawag na tiyak na init.

Ang halaga ng makatwirang init na ibinibigay ay nakasalalay din sa kung paano isinasagawa ang proseso. Halimbawa, naiiba kung ang proseso ay isinasagawa sa palagiang dami kaysa sa pare-pareho na presyon.

Ang pormula para sa makatwirang init sa isang isobaric na proseso, ibig sabihin ay palagiang presyon, ay ang mga sumusunod:

Q = cp. m (T f - T i)

Sa equation sa itaas Q ay ang matalinong init na ibinibigay sa object ng mass m, na pinataas ang paunang temperatura na T _i sa panghuling halaga Tf. Sa nakaraang equation ay lilitaw din ang cp, na kung saan ay ang tiyak na init ng materyal sa palaging presyon dahil ang proseso ay isinagawa sa ganitong paraan.

Tandaan din na ang makatotohanang init ay positibo kapag ito ay nasisipsip ng bagay at nagiging sanhi ng pagtaas ng temperatura.

Sa kaso na ang init ay ibinibigay sa isang gas na nakapaloob sa isang mahigpit na lalagyan, ang proseso ay magiging isochoric, iyon ay, sa palaging dami; at ang makatwirang formula ng init ay isusulat tulad nito:

Q = c v. m. (T f - T i)

Ang kooperatiba ng adiabatic γ

Ang malinaw sa pagitan ng tukoy na init sa pare-pareho ang presyon at ang tiyak na init sa pare-pareho ang dami para sa parehong materyal o sangkap ay tinatawag na koepisyent ng adiabatic, na sa pangkalahatan ay ipinapahiwatig ng salitang Griyego na letra γ.

Ang kooperatiba ng adiabatic ay mas malaki kaysa sa pagkakaisa. Ang init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng isang-gramo na katawan sa pamamagitan ng isang degree ay mas malaki sa isang isobaric na proseso kaysa sa isang isochoric.

Ito ay dahil sa unang kaso ng bahagi ng init ay ginagamit upang isagawa ang gawaing mekanikal.

Bilang karagdagan sa tiyak na init, ang kapasidad ng init ng isang katawan ay karaniwang tinukoy din. Ito ang halaga ng init na kinakailangan upang itaas ang temperatura ng katawan na iyon ng isang degree centigrade.

Ang kapasidad ng init C

Ang kapasidad ng init ay minarkahan ng isang kapital C, habang ang tukoy na init ng isang maliit na c. Ang relasyon sa pagitan ng parehong dami ay:

C = c⋅ m

Kung saan m ang masa ng katawan.

Ginagamit din ang mismong mismong init, na tinukoy bilang ang halaga ng makatwirang init na kinakailangan upang itaas ang isang temperatura ng isang nunal ng sangkap sa pamamagitan ng isang degree Celsius o Kelvin.

Tukoy na init sa mga solido, likido at gas

Ang mismong tiyak na init ng karamihan sa mga solido ay may halaga na malapit sa 3 beses R, kung saan ang R ay ang unibersal na gas na pare-pareho. R = 8.314472 J / (mol *).

Halimbawa, ang aluminyo ay may molar na tiyak na init 24.2 J / (mol ℃), tanso 24.5 J / (mol ℃), ginto 25.4 J / (mol ℃), at malambot na bakal 25.1 J / (mol ℃). Tandaan na ang mga halagang ito ay malapit sa 3R = 24.9 J / (mol ℃).

Sa kaibahan, para sa karamihan ng mga gas ang tiyak na init ng molar ay malapit sa n (R / 2), kung saan ang n ay isang integer at R ay ang unibersal na gas na pare-pareho. Ang integer n ay nauugnay sa bilang ng mga antas ng kalayaan ng molekula na bumubuo sa gas.

Halimbawa, sa isang monatomic ideal gas, na ang molekula ay mayroon lamang tatlong antas ng kalayaang translational, ang mismong tiyak na init sa palagiang dami ay 3 (R / 2). Ngunit kung ito ay isang diatomic ideal na gas, mayroong karagdagan sa dalawang pag-ikot ng degree, kaya cv = 5 (R / 2).

Sa mainam na mga gas, ang sumusunod na ugnayan sa pagitan ng molar tiyak na init sa palaging presyon at pare-pareho ang dami ng hawak: cp = cv + R.

Nararapat ang tubig ng isang espesyal na pagbanggit. Sa likidong estado sa 25 ℃, ang tubig ay may cp = 4.1813 J / (g ℃), ang singaw ng tubig sa 100 degree na Celsius ay mayroong cp = 2.080 J / (g ℃), at ang tubig ng yelo sa zero degree na Celsius ay mayroong cp = 2,050 J / (g *).

Pagkakaiba sa latent heat

Ang bagay ay maaaring nasa tatlong estado: solid, likido, at gas. Ang enerhiya ay kinakailangan upang baguhin ang estado, ngunit ang bawat sangkap ay tumugon dito sa ibang paraan ayon sa mga molekular at atomic na katangian.

Kapag ang isang solid ay natutunaw o ang isang likido ay sumisigaw, ang temperatura ng bagay ay nananatiling palaging hanggang sa ang lahat ng mga partikulo ay nagbago ng kanilang estado.

Para sa kadahilanang ito, posible na ang isang sangkap ay nasa balanse sa dalawang yugto: solid - likido o likido - singaw, halimbawa. Ang isang dami ng sangkap ay maaaring ilipat mula sa isang estado patungo sa isa pa sa pamamagitan ng pagdaragdag o pag-alis ng kaunting init, habang ang temperatura ay nananatiling maayos.

Ang init na ibinibigay sa isang materyal ay nagiging sanhi ng mga particle nito na mag-vibrate nang mas mabilis at dagdagan ang kanilang kinetic enerhiya. Ito ay isinasalin sa isang pagtaas sa temperatura.

Posible na ang enerhiya na nakuha nila ay napakahusay na hindi na sila bumalik sa kanilang posisyon ng balanse at ang paghihiwalay sa pagitan ng mga ito ay tumataas. Kapag nangyari ito ang temperatura ay hindi tataas, ngunit ang sangkap ay mula sa solid hanggang likido o mula sa likido hanggang sa gas.

Ang init na kinakailangan para sa mangyari na ito ay kilala bilang tahimik na init. Samakatuwid, ang latent heat ay ang init kung saan maaaring magbago ang isang sangkap.

Narito ang pagkakaiba sa makatwirang init. Ang isang sangkap na sumisipsip ng makatotohanang init ay nagdaragdag ng temperatura at nananatili sa parehong estado.

Paano makalkula ang likid na init?

Ang latent heat ay kinakalkula ng equation:

Kung saan ang L ay maaaring maging tiyak na init ng singaw o ang init ng pagsasanib. Ang mga yunit ng L ay enerhiya / masa.

Ang mga siyentipiko ay nagbigay ng init ng maraming mga pangalan, depende sa uri ng reaksyon kung saan nakikilahok ito. Halimbawa, mayroong init ng reaksyon, ang init ng pagkasunog, ang init ng solidification, ang init ng solusyon, ang init ng pagbagsak, at marami pa.

Ang mga halaga ng marami sa mga ganitong uri ng init para sa iba't ibang mga sangkap ay naka-tabulated.

Malutas na ehersisyo

Halimbawa 1

Ipagpalagay na ang isang na mayroong isang piraso ng aluminyo ng masa 3 kg. Sa una ito ay nasa 20 ° C at nais mong itaas ang temperatura nito sa 100 ° C. Kalkulahin ang makatwirang init na kinakailangan.

Solusyon

Una kailangan nating malaman ang tiyak na init ng aluminyo

cp = 0.897 J / (g ° C)

Pagkatapos ang halaga ng init na kinakailangan upang mapainit ang piraso ng aluminyo ay magiging

Q = cpm (Tf - Ti) = 0.897 * 3000 * (100 - 20) J

T = 215 280 J

Halimbawa 2

Kalkulahin ang dami ng init na kinakailangan upang painitin ang 1 litro ng tubig mula 25 ° C hanggang 100 ° C sa antas ng dagat. Ipahayag ang resulta din sa mga kilocalories.

Solusyon

Ang unang dapat tandaan ay ang 1 litro ng tubig ay may timbang na 1 kg, iyon ay, 1000 gramo.

Q = cpm (Tf - Ti) = 4.1813 J / (g ℃) * 1000 g * (100 ℃ - 25 ℃) = 313597.5 J

Ang calorie ay isang yunit ng enerhiya na tinukoy bilang makatwirang init na kinakailangan upang itaas ang isang gramo ng tubig sa pamamagitan ng isang degree na Celsius. Samakatuwid, ang 1 calorie ay katumbas ng 4.1813 Joules.

Q = 313597.5 J * (1 cal / 4.1813 J) = 75000 cal = 75 kcal.

Halimbawa 3

Ang isang 360.16 gramo na piraso ng materyal ay pinainit mula 37 ℃ hanggang 140 ℃. Ang thermal energy na ibinibigay ay 1150 calories.

Pag-init ng sample. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Hanapin ang tukoy na init ng materyal.

Solusyon

Maaari naming isulat ang tiyak na init bilang isang function ng makatwirang init, ang masa at pagkakaiba-iba ng temperatura ayon sa pormula:

cp = Q / (m ΔT)

Pagsusulat ng data na mayroon tayo ng mga sumusunod:

cp = 1150 cal / (360.16 g * (140 ℃ - 37 ℃)) = 0.0310 cal / (g ℃)

Ngunit dahil ang isang calorie ay katumbas ng 4.1813 J, ang resulta ay maaari ring ipahiwatig bilang

cp = 0.130 J / (g ℃)

Mga Sanggunian

1. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. ^Ika- 6 . Ed. Prentice Hall. 400 - 410.
2. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: Isang Tumingin sa Mundo. 6 ^{ta Pag-} edit na pinaikling. Pag-aaral ng Cengage. 156-164.
3. Tippens, P. 2011. Pisika: Konsepto at Aplikasyon. Ika-7. Binagong Edisyon. McGraw Hill. 350 - 368.
4. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson. 309-332.
5. Mga Luha, Zemansky. 2016. Unibersidad sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. ^Ika- 14 . Dami1. 556-553.
6. Serway, R., Vulle, C. 2011. Mga Batayang Pangkatangay ng Pisika. 9 ^na Cengage Learning. 362-374.