6.3 ΠΩΣ ΜΕΤΡΑΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ 6.3 ΠΩΣ ΜΕΤΡΑΜΕ ΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ

Στόχοι μαθήματος Από τι εξαρτάται το ποσό θερμότητας που απορροφά ένα σώμα για τη θέρμανσή του; Tι είναι η ειδική θερμότητα ενός υλικού; Με ποια σχέση υπολογίζουμε το ποσό θερμότητας που απορροφά ή απελευθερώνει ένα σώμα, κατά τη θέρμανση ή την ψύξη του αντίστοιχα; Γιατί τα συστήματα κεντρικής θέρμανσης και τα συστήματα ψύξης των αυτοκινήτων έχουν νερό για τη μεταφορά της θερμότητας; Γιατί την ημέρα η θερμοκρασία της ξηράς αυξάνεται γρηγορότερα από αυτή της θάλασσας; Τι είναι η θερμίδα;

Το ποσό θερμότητας που απορροφά ένα σώμα κατά τη θέρμανσή του: α. Είναι ανάλογο με την αύξηση της θερμοκρασίας του (Δθ). Για παράδειγμα: Αν διπλασιαστεί η αύξηση της θερμοκρασίας, διπλασιάζεται και το ποσό θερμότητας που απορροφάται. β. Είναι ανάλογο της μάζας του σώματος (m). Αν η μάζα του σώματος υποδιπλασιαστεί, υποδιπλασιάζεται και το ποσό της θερμότητας. γ. Εξαρτάται από το υλικό του σώματος. Ίσες μάζες νερού και λαδιού, χρειάζονται διαφορετικό ποσό θερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία τους κατά 1 ο C. Από τους ίδιους παράγοντες εξαρτάται και το ποσό θερμότητας που απελευθερώνει ένα σώμα κατά την ψύξη του.

Η ειδική θερμότητα ενός υλικού συμβολίζεται με c και είναι η ποσότητα της θερμότητας που χρειάζεται 1 Κg του υλικού για να μεταβληθεί 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 νερό έχει τη μεγαλύτερη ειδική θερμότητα από τα συνηθισμένα υλικά. Αυτό έχει σαν συνέπεια, αν μεταφερθεί ένα συγκεκριμένο ποσό θερμότητας με την ίδια μάζα νερού και ενός άλλου υλικού, η θερμοκρασία του νερού θα μεταβληθεί λιγότερο. Η θερμοκρασία της ξηράς την ημέρα αυξάνεται γρηγορότερα από αυτή της θάλασσας. Αυτό γίνεται γιατί η ειδική θερμότητα της ξηράς είναι περίπου 4 φορές μικρότερη από του νερού.

Για να υπολογίσουμε τη θερμότητα χρησιμοποιούμε 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 σώματος σε 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 για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 o C. Να σημειώσουμε ότι 1 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 των τροφών. 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 σώμα κατά τη θέρμανση ή την ψύξη του αντίστοιχα, υπολογίζεται από τη σχέση: Q = m · c · ΔΘ. • Ειδική θερμότητα ονομάζεται η ποσότητα της θερμότητας που χρειάζεται για να μεταβληθεί η θερμοκρασία 1 Κg ενός υλικού κατά 1 οC. • 1 cal είναι το ποσό θερμότητας το οποίο χρειάζεται 1 g νερού για να αυξηθεί η θερμοκρασία του κατά 1 oC. Να σημειώσουμε ότι 1 cal = 4,19 J.

Λυμένες ασκήσεις 1. Ίσες μάζες νερού, ελαιόλαδου και υδράργυρου, απορροφούν ίσα ποσά θερμότητας. Να αιτιολογήσετε σε ποιο υλικό θα έχουμε τη μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας και σε ποιο τη μικρότερη.

Λυμένες ασκήσεις 1. Ίσες μάζες νερού, ελαιόλαδου και υδράργυρου, απορροφούν ίσα ποσά θερμότητας. Να αιτιολογήσετε σε ποιο υλικό θα έχουμε τη μεγαλύτερη 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 αποκλειστικά από την ειδική θερμότητα. Πιο συγκεκριμένα, είναι αντιστρόφως ανάλογη, δηλαδή όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική θερμότητα, τόσο μικρότερη είναι η μεταβολή της θερμοκρασίας. Από τον πίνακα με τις ειδικές θερμότητες, βλέπουμε ότι το νερό έχει τη μεγαλύτερη ειδική θερμότητα, ενώ ο υδράργυρος τη μικρότερη. Άρα, τη μεγαλύτερη αύξηση της θερμοκρασίας θα έχει ο υδράργυρος και τη μικρότερη το νερό.

2. Πόση θερμότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1500 g ελαιόλαδου, από τους 10 ο C στους 40 ο C; Η ειδική θερμότητα του ελαιόλαδου είναι: 2000 J/(Kg · ο C).

2. Πόση θερμότητα χρειάζεται για να αυξηθεί η θερμοκρασία 1500 g ελαιόλαδου, από τους 10 ο C στους 40 ο C; Η ειδική θερμότητα του ελαιόλαδου είναι: 2000 J/(Kg · ο C). Λύση Για να υπολογίσουμε τη θερμότητα, θα χρησιμοποιήσουμε τη σχέση: Q = m · ΔΘ · c Πριν χρησιμοποιήσουμε την παραπάνω σχέση, πρέπει να μετατρέψουμε τη μάζα σε Kg και να υπολογίσουμε τη μεταβολή της θερμοκρασίας. 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 θερμότητα του χαλκού είναι 450 J/(Kg · o C) και η τελική θερμοκρασία του χαλκού είναι 230 ο C, ποια είναι η μάζα του χαλκού;

3.Ορισμένη ποσότητα χαλκού θερμοκρασίας 30 ο C, απορροφά 45 · 10 4 J θερμότητας. Αν η ειδική θερμότητα του χαλκού είναι 450 J/(Kg · o C) και η τελική θερμοκρασία του χαλκού είναι 230 ο C, ποια είναι η μάζα του χαλκού;

4.Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα:

4.Να συμπληρώσετε τα κενά στον παρακάτω πίνακα: