Kemi

Värme


Termen värme

Notera
I vardagsspråk förknippas termen värme med en sensorisk perception. Det orsakas av kroppar vars temperatur är högre än människors.Begreppet kyla ska förstås därefter. Inom fysiken är värme en speciell form av energi som utlöser denna känsla, även känd som termisk energi. Det ska förstås som energin i den oordnade rörelsen av ämnenas atomer och molekyler. Även om termen "termisk energi" ofta förekommer i dagligt bruk är den ur fysisk synvinkel en pleonasm och bör därför undvikas.

Under värmeflödet F Mellan två kroppar A och B förstår vi övergången av energi, som sker som summan av energiöverföringar genom kollisioner mellan partiklarna i kropparna A och B vid kontaktytan (termisk kontakt). För att summan inte ska vara noll måste den kinetiska medelenergin för partiklarna på ena sidan av gränsytan vara större än på den andra.

Kort sagt, värme flödar från den varmare till den kallare kroppen! Värmeflödet är noll om temperaturen för båda kropparna är densamma (se 0:e lagen).

Värmeöverföring mellan två system

Mellan två system A och B i termisk kontakt med olika temperaturer T1 (het) eller T2 (kyla) sker genom att en värme överförs F temperaturjämvikt äger rum tills termisk jämvikt uppnås.


Skillnaden mellan värme och temperatur 2021

Värme och temperatur är två termer som används mycket ofta i studier av fysik och kemi. De två begreppen hänvisar till samma fysiska tillstånd hos ett objekt, men skiljer sig från varandra på många sätt. Människor använder termerna omväxlande, vilket är felaktigt. Naturligtvis ökar en kropps värme när dess temperatur stiger, men det är nödvändigt att förstå skillnaden mellan de två för att få en tydligare förståelse av ett objekts energi.

Värme är den totala energin i en kropp, både potentiell och kinetisk energi. Den potentiella energin är den lagrade energin, medan den kinetiska energin är den rörliga energin. Det mäts i joule (J).

Temperatur är ett mått på den kinetiska energin hos ett objekts molekyler. Det är ett tal som relaterar till energi men som inte är energi i sig. Det mäts i ett antal enheter som Kelvin, Fahrenheit och Celsius.

När värme förs in i en kropp rör sig dess molekyler snabbare. Molekylerna kolliderar, skapar mer värme och ökar temperaturen i kroppen. Måttet på dessa kollisioner är temperaturen. Det betyder att en temperaturförändring uppstår när en kropp utsätts för värme. Införandet av värme kan orsaka en fasförändring, såsom smältande is, utan att temperaturen ändras.

Värme är den energi som tillförs en kropp och är ett mått på den totala energi som kroppen har, medan temperatur bara är ett mått på den kinetiska energin hos kroppens molekyler.

Temperatur är en intensiv egenskap medan värme är en bred egenskap. Detta kan förklaras med ett exempel. Om vattnets koktemperatur är 100 grader Celsius spelar det ingen roll om vi kokar en liter eller 50 liter vatten. Men mängden värme som genereras när man kokar 1 liter vatten är mindre än den mängd värme som genereras när 50 liter vatten kokas till 100 grader Celsius.

Ett annat exempel på skillnaden mellan värme och temperatur är fyrverkeriet som används. När vi tänder ett tomtebloss ser vi gnistor från tomteblosset. Dessa är utstötta metallpartiklar, vars temperatur kan stiga upp till 3000 grader C. Även om några av dessa gnistor rör vid din kropp, kommer de inte att brännas eftersom de innehåller väldigt lite massa och därför inte kan innehålla värme. Även om dessa gnistor har så höga temperaturer, är mängden värme de innehåller mycket liten.

Formeln för att mäta värme är följande:

Q är värmekapacitet, C är specifik värmekapacitet, M är kroppens massa och T är dess temperatur.

sammanfattning

• Värme och temperatur är fysiska egenskaper hos en kropp.

• Medan värme är en form av energi, är temperaturen ett mått på hur varm en kropp är.

• Temperaturen är direkt proportionell mot kroppens värme. När värmen appliceras ökar kroppstemperaturen.


Värme - kemi och fysik

Experimenten är upplagda efter ämne

Bubble Coin (expansion)

Lägg ett mynt på en (avkyld) tom flaska (fukta flasköppningen) och tryck på flaskan med båda händerna (föna). Myntet börjar bubbla när det värms upp. Vattenfilmen tätar öppningen lufttätt.

Luftbalans (expansion)

Häng en bambupinne på en tråd. Häng en tråd med en papperspåse i varje ände. Värm en påse med ett ljus. Balansen är ur balans.
Källa: Oberdorfer, s.89

Den blyga ballongen (expansion)

Material: två identiska flaskor av mörkt glas, två ballonger, varmvatten
Skölj en av flaskorna med varmt vatten. Rita en ballong över varje flaskhals. Ballongen på den sköljda flaskan försvinner ner i flaskan.

Källa: Oberdorfer, s.89 Melenk-Runge, s.130 (källa till illustrationen)

Spridande glasrör (expansion, värmeledning)

Om du placerar ett ljus mellan två tunna glasrör sprids de (dålig värmeledning, endast expansion på ljussidan).

Kokande vatten och is bredvid varandra (värmeledning)

Det finns vatten i ett provrör och en isbit i botten, som hindras från att stiga med en bit tråd. Vattnet värms upp på toppen.
På grund av vattnets relativt dåliga värmeledning förblir isen ostörd.

Värmerör (värmeledning, förångningsvärme)

Placera två kopparstavar i varmt vatten. Den ena är kompakt, den andra är ihålig och fylld med vätska med låg kokpunkt. När denna vätska avdunstar stiger gasen till toppen, kondenserar där och rinner ner i flytande form. Sedan börjar det om igen. Detta rör leder värme bättre än koppar.
Källa: Bublath2-10

Höstärter (värmeledning)

Placera skedar gjorda av olika material vertikalt i en behållare, limma några ärtor på spetsarna med lite smör och häll varmt vatten i behållaren. Ärtorna faller ner vid mycket olika tidpunkter på grund av olika värmeledningsförmåga. Du kan också smälta den med vax.

Inga brännhål (värmeledning)

Sträck en bomullsnäsduk över ett mynt och rör duken över myntet med en tänd cigarett. På grund av myntets värmeledningsförmåga når inte bomullen den temperatur som den behöver för att brinna.

En papperskastrull (värmeledning)

Varmt vatten i pappersmuggar (eller pappersstrutar). Papperet kommer inte att brinna, men vattnet kommer att värmas (eftersom det leder bort värmen). Helst kan du koka upp vattnet.

Ljus under vatten (värmeledning)

Ett ljus läggs i ett dricksglas och tänds (väg ner ljuset med en spik vid behov). Häll vatten upp till kanten av ljuset. Ljuset fortsätter att brinna under vattennivån. Orsak: Lågan äter en tratt eftersom vattnet kyler det yttre lagret av ljuset. (Vattnet blir varmt, byt vid behov.)
Källa: Oberdorfer, S.108, Gressmann, S.137

Den brinnande näsduken (värmeledning)

Doppa en våt näsduk i denaturerad alkohol, tänd på. Tyget förblir hel.
Källa: Bublath1-23

Den hopfällbara lågan (värmeledning)

a) Med ett kopparnät (hög värmeledningsförmåga) kan man komprimera lågan.
b) Om du tänder gasen ovanför nätet stannar lågan över nätet (se bild). Om nätet blir för varmt tränger lågan neråt.

Variation: håll kopparspiralen över ljuset. Det här slocknar. Gressmann, s.137

Uppstigning av en pappersservett (värmeflöde, flytkraft)

En mycket lätt servett av fint silkespapper rullas ihop till ett rör, vrids upptill, läggs på en tallrik och tänds uppifrån. Servetten brinner förutom en rest som reser sig.
Varmlyften skapar ett uppåtgående värmeflöde.

Källor: Melenk-Runge, s.146 (källa till illustrationen)

Koka vatten med is (tryckberoende kokpunkt)

Värm vatten i kolven. När det kokar och vattenångan har undanträngt luften, stäng kolven. Låt vattnet i kolven svalna och häll lite is eller kallt vatten på utsidan av kolven. Vattnet börjar koka igen. Tips: ta en rundbottnad kolv (risk för implosion).

Gå genom is (vattenanomali, smältning)

Häng två vikter från en trådögla och häng dem över en
Hängande isbitar. Trycket smälter isen, så att tråden
vandrar. Det fryser igen ovanför tråden.
Källor: Oberdorfer, s.102 Backe, Perelman2, s80 Moisl2, s.52,
Kratz3,1.21, Gressmann, s.155, Borucki, s.24

Hand som termometer (subjektiv värmeuppfattning)

Lägg först händerna i behållare med varmt och kallt vatten, sedan i två med lika varmt vatten.
Källa: Treitz, S.136, Zeier, S.110, Gressmann


Specifika värme och den första energilagen (energilagen)

Värme är liksom arbete kopplat till transportprocesser och är därför en processvariabel – i motsats till en tillståndsvariabel. På grund av termodynamikens andra lag överförs alltid termisk energi från systemet med den högre temperaturen i riktning mot systemet med den lägre temperaturen. Detta gäller så länge det finns en temperaturskillnad mellan två termiskt kopplade system, dvs de är ännu inte i termisk jämvikt.

Den överförda värmen F är vanligtvis med en temperaturförändring $ mathrmT $ ansluten:

$ delta Q = c_ mathrm cdot m cdot mathrm T ! $ $ delta Q = c_ mathrm

cdot m cdot mathrm T ! $

Här är cV de specifik värmekapacitet vid konstant volym V, och csid är specifik värmekapacitet vid konstant tryck, m massan i vilken temperaturförändringen sker.

Differentialkvoten för värmeöverföringen, $ frac < delta Q> < delta t> = dot $ är Värmeflöde, beskriver han Värmeöverföring (värmeflöde). Vid gränssnitt sker värmeöverföringen genom Värmeöverföringskoefficient beskrivs.

Men det finns också system där värmetillförseln leder till en fasförändring och inte till en temperaturhöjning, till exempel när vätskor avdunstar. Värmetillförseln kan också vara (delvis) på gång (symbol W.) omvandlas (principen för värmemotorn).

Termodynamiskt bestämmer värmetillförseln tillsammans med arbetstillförsel ökningen av den så kallade inre energin via termodynamikens första lag U av systemet:

& # 948W är det arbete som utförs, till exempel att komprimera vätskan. Summan av de två förändringarna i tillståndet resulterar i en kvantitet som bara beror på systemets tillstånd, t ex & # 160B. med en vätska av dess temperatur T och volymen V.


Former och effekter av värmeöverföring

Värmeöverföring mellan två kroppar eller en kropp och dess omgivning sker alltid när det finns en temperaturskillnad mellan dessa kroppar eller en kropp och dess omgivning. Värmeöverföringen kan ske genom

Detaljerad information om de tre nämnda formerna av värmeöverföring finns under respektive nyckelord.

Om värme avges eller absorberas av en kropp kan det ha följande effekter:


Varför lagrar svart värme?

Ladda.

Alla som någon gång har rört en svart bil som har stått i solen i några timmar vet att det kan bli ganska varmt. En ljus bil däremot värmer betydligt mindre. Detta kan förstås om du förstår hur färger skapas. Färgen på ett föremål baseras på vilka delar av solljuset det absorberar (absorberar) och vilka det reflekterar (reflekterar). Solljus är vitt eftersom solen sänder ut strålning i alla våglängder samtidigt. Om ett föremål absorberar ljus i det gröna området av spektrumet reflekterar det alla andra komponenter i ljuset och uppträder i en röd ton. Ett föremål som varken absorberar eller reflekterar ljus, utan låter det passera obehindrat (sändas), är genomskinligt.

Svarta föremål ser svarta ut eftersom de absorberar ljus från hela spektrat och knappt reflekterar någonting. Varför absorberar svart mer värme? Den energi som bilen absorberar i den gassande solen kan inte gå förlorad och omvandlas till värme, varför dess yta känns varm i solen. Fysiker talar här om värmestrålning. Vid normala omgivningstemperaturer består värmestrålningen till stor del av infrarött ljus, som är osynligt för det mänskliga ögat. En vit bil däremot reflekterar nästan all strålning. Så ljuset omvandlas knappast till värme och bilen värms upp mycket mindre.

Cool i svart

För att inte svettas för mycket verkar ljusa kläder vara mer lämpliga på sommaren än mörka. Även om det låter paradoxalt, tror beduinerna som bor i delar av de nordafrikanska och israeliska öknarna att det är tvärtom: de föredrar svarta dräkter. Det förbryllade forskarna, man skulle kunna tro att nomaderna skulle ha hittat en optimal lösning för hur man bäst lever i öknen.


Värme och termisk energi

Värmeenergi (värmeenergi) är en form av inre Energi i ett fysiskt system, nämligen den kinetiska energin som är förknippad med den oriktade slumpmässiga rörelsen av de mikrofysiska komponenterna (atomer, molekyler, etc.) i systemet. Det beräknas som medelvärdet av den slumpmässiga kinetiska energin för alla partiklar, detta visar det nära sambandet mellan termodynamik och statistik.

som värme eller Mängd värme F är termen som används för att beskriva termisk energi som överförs från ett system till ett annat under en process. Precis som arbete förekommer värme bara i processer. En sten som ligger någonstans innehåller varken arbete eller värme, utan position och värmeenergi!

Den oriktade mikroskopiska rörelsen, som utgör värmeenergin, kan uppträda i många former: med en monoatomisk idealgas är det helt enkelt atomernas translationella rörelse, med molekyler finns det också rotation och vibration (Vibration av enskilda delar av molekylen mot varandra). I en fast kropp består värmen av svängningar av atomerna fixerade i kristallgittret runt deras viloläge, plus elektroniska och magnetiska stimuli som också kan bidra till värmeenergin. I metaller spelar den (mycket lilla) kinetiska energin hos de fria elektronerna också en roll vid låga temperaturer.

Som med alla andra energiformer är SI-enheten för termisk energi och värme joule (J). Sambandet mellan värme, arbete och inre energi beskrivs i termodynamikens första lag.


Beräkning av temperaturförändringen

Termodynamik är det fysikområde som handlar om temperatur, värme och i slutändan energiöverföringar. Även om termodynamikens lagar är något svåra att följa, är termodynamikens första lag ett enkelt förhållande mellan det utförda arbetet, den tillförda värmen och förändringen i den inre energin hos ett ämne. Om du behöver beräkna en temperaturförändring är det antingen en enkel process att subtrahera den gamla temperaturen från den nya, eller så är det den första lagen, mängden energi som tillförs som värme och den specifika värmekapaciteten för ämnet i fråga.

TL DR (för länge ej läst)

En enkel temperaturändring beräknas genom att subtrahera sluttemperaturen från starttemperaturen. Du kan behöva konvertera från Fahrenheit till Celsius eller vice versa. Du kan göra detta med en formel eller en onlineräknare.

Använd denna formel när det kommer till värmeöverföring: Temperaturförändring = Q / cm in Beräkna temperaturförändringen från en viss mängd tillförd värme. F
står för den tillförda värmen, c
är den specifika värmekapaciteten för ämnet du värmer och m
är massan av ämnet som du värmer.

Vad är skillnaden mellan värme och temperatur?

Den viktigaste bakgrunden du behöver i en temperaturberäkning är skillnaden mellan värme och temperatur. Du känner till ett ämnes temperatur från vardagen. Det är mängden som du mäter med en termometer. De vet också att ämnens kok- och smältpunkter beror på deras temperatur. I verkligheten är temperatur ett mått på den inre energin hos ett ämne, men denna information är inte viktig för att beräkna temperaturförändringen.

Värme är lite annorlunda. Detta är en term för överföring av energi genom termisk strålning. Termodynamikens första lag säger att förändringen i energi är lika med summan av tillförd värme och utfört arbete. Med andra ord kan du aktivera något genom att värma upp det (överföring av värme till det) eller fysiskt flytta eller röra om det (arbeta med det).

Ändra enkelt temperaturberäkningarna

Den enklaste temperaturberäkningen du kan behöva göra är att hitta skillnaden mellan start- och sluttemperaturen. Det är lätt. Du subtraherar sluttemperaturen från starttemperaturen för att hitta skillnaden. Så om något börjar vid 50 ° C och slutar vid 75 ° C är temperaturförändringen 75 ° C - 50 ° C = 25 ° C. När temperaturen sjunker blir resultatet negativt. Den största utmaningen för den här typen av beräkningar är som du behöver för att utföra en temperaturomvandling. Båda temperaturerna måste vara antingen Fahrenheit eller Celsius. Om du har en av varje, konvertera en av dem. För att växla från Fahrenheit till Celsius subtraherar du 32 från talet i Fahrenheit, multiplicerar resultatet med 5 och dividerar det sedan med 9. För att konvertera från Celsius till Fahrenheit, multiplicera först talet med 9, dividera sedan med 5 och addera slutligen 32 till resultatet. Alternativt, använd bara en online-kalkylator.

Beräkna temperaturförändringen på grund av värmeöverföring

När du har ett mer komplicerat problem med värmeöverföring är det svårare att beräkna temperaturförändringen. Formeln du behöver är:

Varvid F
den extra värmen är c
ämnets specifika värmekapacitet, och m
är massan av ämnet du värmer upp. Värmen anges i joule (J), den specifika värmekapaciteten är en mängd i joule per kilogram (eller gram) ° C och massan anges i kilogram (kg) eller gram (g). Vatten har en specifik värmekapacitet på strax under 4,2 J / g ° C. Så om du ökar temperaturen på 100 g vatten med 4 200 J värme får du:

Temperaturförändring = 4200 J ÷ (4,2 J / g ° C × 100 g) = 10 ° C

Vattentemperaturen stiger med 10 ° C. Du behöver bara komma ihåg att du måste använda enhetliga enheter för massa. Om du har en specifik värmekapacitet i J / g ° C behöver du ämnets massa i gram, om du har den i J / kg ° C behöver du ämnets massa i kilogram.


Temperatur och värme – vad är det egentligen?

Författare: Tjurstad, Klaus

  • Kompakt introduktion till termodynamikens område
  • Lämplig för både nya studenter och praktikanter
  • Praktisk översikt för snabb orientering

Köp den här boken

  • ISBN 978-3-658-28645-3
  • Digitalt vattenmärkt, DRM-fri
  • Tillgängliga format: EPUB, PDF
  • e-böcker kan användas på alla slutenheter
  • Omedelbar nedladdning av e-bok efter köp
  • ISBN 978-3-658-28644-6
  • Fri frakt för enskilda kunder över hela världen
  • Institutionella kunder vänligen kontakta deras kontoansvariga
  • Skickas vanligtvis inom 3-5 arbetsdagar om det finns i lager

Detta grundläggande ger en introduktion till termodynamik och möjliggör för nybörjare att förstå ämnet, vilket är en förutsättning för modern fysik, kemi, biologi och teknik. Fokus ligger på grunderna och aktuella frågor. Boken bygger en bro mellan de två termodynamikföreläsningarna: den enkla termodynamiken på 1:a eller 2:a terminen och den krävande statistiska fysiken på 5:e terminen. Det du har glömt under tiden eller vad som krävs på 5:e terminen hittar du i denna grundläggande.

Prof. em. Klaus Stierstadt var professor i fysik vid universitetet i München och är författare till flera fysikläroböcker. Han var styrelseledamot i German Physical Society och vice ordförande för universitetet i München. Hans arbetsområden är atmosfärens radioaktivitet, magnetism, fasövergångar, neutronspridning och magnetohydrodynamik.


Experimentell fysik 1 - Mekanik och värme

Den föreliggande volymen "Mekanik och värme" är inledningsvolymen till den populära serien av läroböcker av professor Demtröder. Innehållet i första terminen i fysik förklaras på ett tydligt, tydligt och lättförståeligt sätt. I linje med stilen i hela serien presenteras mekaniken och termodynamiken här så kvantitativt som möjligt. Viktiga formler, mnemonics och alla figurer samt de flesta tabeller är designade i två färger. Omfattande uträknade exempel illustrerar texten och hjälper läsaren att förstå materialet bättre. Kapitelsammanfattningar ger en kort översikt över materialet och de viktigaste påståendena i respektive kapitel. Övningar med detaljlösningar i slutet av varje kapitel uppmuntrar till personligt samarbete och ger läsaren möjlighet att se över sina egna lösningar. En bibliografi bifogas varje kapitel för vidare studier. Den åttonde upplagan har reviderats, fel och felaktigheter i den tidigare upplagan har rättats. Framför allt har avsnitten om vindenergi och nya energiformer uppdaterats.

Den föreliggande volymen "Mekanik och värme" är inledningsvolymen till den populära serien av läroböcker av professor Demtröder. Innehållet i första terminen i fysik förklaras på ett tydligt, tydligt och lättförståeligt sätt. I linje med stilen i hela serien presenteras mekaniken och termodynamiken här så kvantitativt som möjligt. Viktiga formler, mnemonics och alla figurer samt de flesta tabeller är designade i två färger. Omfattande uträknade exempel illustrerar texten och hjälper läsaren att förstå materialet bättre. Kapitelsammanfattningar ger en kort översikt över materialet och de viktigaste påståendena i respektive kapitel. Övningar med detaljlösningar i slutet av varje kapitel uppmuntrar till personligt samarbete och ger läsaren möjlighet att se över sina egna lösningar. En bibliografi bifogas varje kapitel för vidare studier. Den åttonde upplagan har reviderats, fel och felaktigheter i den tidigare upplagan har rättats. Framför allt har avsnitten om vindenergi och nya energiformer uppdaterats.


Video: Vad är värme? (November 2021).