Sciencing_Icons_Biology

Sciencing_Icons_Cells

Sciencing_Icons_Molecular

Sciencing_Icons_Microorganisms

Sciencing_Icons_Genetics

Sciencing_Icons_Human Body

Sciencing_Icons_Ecology

Sciencing_Icons_Chemistry

Sciencing_Icons_Atomic & Molecular Structure

Structura atomică și moleculară

calculează

Sciencing_Icons_Bonds

Sciencing_Icons_Reactions

Sciencing_Icons_Stoichiometry

Sciencing_Icons_Solutions

Sciencing_Icons_Acids & Bases

Științe_Icone_Termodinamică

Sciencing_Icons_Organical Chemistry

Sciencing_Icons_Physics

Sciencing_Icons_Fundamentals-Physics

Sciencing_Icons_Electronics

Sciencing_Icons_Waves

Sciencing_Icons_Energy

Sciencing_Icons_Fluid

Sciencing_Icons_Astronomy

Sciencing_Icons_Geology

Sciencing_Icons_Fundamentals-Geology

Sciencing_Icons_Minerals & Rocks

Sciencing_Icons_Earth Scructure

Sciencing_Icons_Fossils

Sciencing_Icons_Natural Disasters

Sciencing_Icons_Nature

Sciencing_Icons_Ecosystems

Sciencing_Icons_Environment

Sciencing_Icons_Insects

Științe_Icone_Plante și ciuperci

Sciencing_Icons_Animals

Sciencing_Icons_Arithmetic

Sciencing_Icons_Addition & Subtraction

Sciencing_Icons_Multiplication & Division

Sciencing_Icons_Decimals

Sciencing_Icons_Fractions

Sciencing_Icons_Conversions

Sciencing_Icons_Algebra

Sciencing_Icons_Working with Units

Lucrul cu unitățile

Sciencing_Icons_Equations & Expressions

Sciencing_Icons_Ratios & Proportions

Sciencing_Icons_Inequalities

Sciencing_Icons_Exponents & Logarithms

Sciencing_Icons_Factorization

Sciencing_Icons_Functions

Sciencing_Icons_Linear Equations

Sciencing_Icons_Graphs

Sciencing_Icons_Quadratics

Sciencing_Icons_Polynomials

Sciencing_Icons_Geometry

Sciencing_Icons_Fundamentals-Geometry

Sciencing_Icons_Cartesian

Sciencing_Icons_Circles

Sciencing_Icons_Solids

Sciencing_Icons_Trigonometry

Sciencing_Icons_Probability-Statistics

Sciencing_Icons_Mean-Median-Mode

Sciencing_Icons_Independent-Dependent Variables

Sciencing_Icons_Deviation

Sciencing_Icons_Correlation

Sciencing_Icons_Sampling

Sciencing_Icons_Distributions

Sciencing_Icons_Probability

Sciencing_Icons_Calculus

Sciencing_Icons_Differentiation-Integration

Sciencing_Icons_Application

Sciencing_Icons_Biology

Sciencing_Icons_Chemistry

Sciencing_Icons_Physics

Sciencing_Icons_Geology

Sciencing_Icons_Nature

Sciencing_Icons_Arithmetic

Sciencing_Icons_Algebra

Sciencing_Icons_Geometry

Sciencing_Icons_Probability-Statistics

Sciencing_Icons_Calculus

Cum se convertește Celsius în Kilojoules

La un moment dat în viața ta, probabil te-ai întrebat ce calorii este după ce a analizat o etichetă de informații nutriționale pentru un anumit aliment. În afară de ceva ce mulți oameni le place să vadă numere mai mici asociate atunci când scanează astfel de etichete, ce este o calorie?

Și cum adaugă „caloriile” masă sistemelor vii, dacă acest lucru se întâmplă de fapt? Și cum poți fi sigur că numărul de calorii enumerate pentru un anumit articol - fie această valoare liniștitoare sau deprimantă - a fost determinat cu exactitate?

Căldură este una dintre multele proprietăți ale lumii ambientale pe care probabil le puteți descrie bine în câteva dintre propriile cuvinte bine alese, dar are un sens mai concentrat în științele fizice. Caloria este o măsură de căldură, la fel ca joul (J) și unitatea termică britanică (btu). Studiul schimbului de căldură este o ramură a științei fizice cunoscută sub numele de calorimetre, care la rândul său se bazează pe dispozitive numite calorimetre.

Intuitiv, s-ar putea să vă fie ciudat faptul că alimentele refrigerate sau congelate, cum ar fi înghețata și cheesecake, pot împacheta o mulțime din ceea ce se presupune căldură într-o porție mică. De asemenea, dacă caloriile se traduce cumva prin căldură, alimentele care furnizează mai mult din ele nu ar trebui să conducă la pierderea în greutate, mai degrabă decât la adăugarea de masă corporală?

Acestea sunt întrebări bune și, după ce veți „arde” tot restul acestui articol, veți avea aceste răspunsuri și multe altele de urmat la următorul laborator de calorimetrie sau discuții despre nutriție sportivă.

Ce este căldura în fizică?

Căldura poate fi considerată în principal ca energie termică. Ca și alte forme de energie, are unități de jouli (sau echivalentul în unități non-SI). Căldura este o cantitate evazivă prin faptul că este dificil de măsurat direct. În schimb, schimbările de temperatură în condiții experimentale controlate pot fi utilizate pentru a determina dacă un sistem a câștigat sau a pierdut căldură.

Faptul că căldura este tratată ca energie înseamnă că urmărirea acesteia este un exercițiu matematic simplu, chiar dacă experimentele fac uneori dificilă stabilirea condițiilor în care nu scapă energie termică și evită măsurarea. Dar din cauza unor realități fundamentale precum legea conservării energiei, tabelarea cu căldură este destul de simplă în principiu.

Materialele au diferite niveluri de rezistență la schimbarea temperaturilor atunci când se adaugă o cantitate dată de căldură la o cantitate fixă ​​din acea substanță. Adică, dacă ați luat 1 kilogram de substanță A și 1 kilogram de substanță B și ați adăuga aceeași cantitate de căldură la fiecare, fără căldură permisă să părăsească niciunul dintre sisteme, temperatura A ar putea crește cu doar o cincime la fel de mult ca temperatura substanței B o face.

Acest lucru ar însemna că substanța A are o căldură specifică de cinci ori mai mare decât cea a substanței A, un concept care va fi explorat în detaliu mai jos.

Unități de căldură și „calorii”

„Caloria” listată pe etichetele nutriționale este de fapt o kilocalorie sau kcal. Deci, în realitate, o cutie tipică de sifon zahăr are aproximativ 120.000 de calorii, exprimate prin convenție ca o calorie în comunicarea de zi cu zi.

  • Calor este cuvântul latin pentru, în mod adecvat, căldură.

Caloria este echivalentă cu aproximativ 4.184 J, ceea ce înseamnă că kcal tratat ca o calorie pe etichetele alimentelor este egal cu 4.184 J sau 4.184 kJ. Rata cheltuielilor de energie (jouli pe secundă) în știința fizică se numește putere, iar unitatea SI este wattul (W), egal cu 1 J/s. Prin urmare, o kcal este o cantitate suficientă de energie pentru a alimenta un sistem care fredonează de la 0,35 la 0,4 kW (350 J/s) timp de aproximativ 12 secunde:

P = E/t, deci t = E/P = 4,186 kJ/(0,35 kJ/s) = 12,0.

  • Un sportiv de anduranță instruit, cum ar fi un biciclist sau un alergător, este capabil să mențină o astfel de putere pe perioade lungi. În teorie, atunci, o băutură energizantă de 100 de calorii (100 kcal) ar putea menține un ciclist olimpic sau un alergător de maraton mergând de aproximativ 100 de ori 12 secunde sau 20 de minute. Deoarece sistemul uman nu este aproape 100% eficient din punct de vedere mecanic, acesta necesită de fapt mai mult de 300 kcal pentru a funcționa la o capacitate aerobă apropiată pentru această perioadă lungă de timp.

calorii este definit ca cantitatea de căldură necesară pentru creșterea temperaturii de 1 gram de apă cu 1 grad Celsius. O problemă cu aceasta este că există o ușoară variație a c de apă cu temperatura în intervalul de temperaturi la care H2O este un lichid. „Specific” în „căldură specifică” se referă nu numai la anumite materiale ci la o anumită temperatură.

Căldurile specifice ale majorității materialelor sunt date la 20

Capacitate de căldură și căldură specifică definite

Din punct de vedere tehnic, termenii „capacitate de căldură” și „capacitate de căldură specifică” înseamnă lucruri diferite, chiar dacă este posibil să le vedeți folosite interschimbabil în surse mai puțin riguroase.

Capacitatea de căldură, când a fost inventată inițial, se referea pur și simplu la cantitatea de căldură necesară pentru a încălzi un întreg obiect (care poate fi realizat din mai multe materiale) cu o cantitate dată. Capacitatea de căldură specifică se referă la cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura de 1 gram dintr-un material specific cu 1 grad Celsius sau Kelvin (° C sau K).

  • În timp ce scalele de temperatură Celsius și Kelvin nu sunt aceleași, ele sunt diferite cu o cantitate fixă, ca ° C + 273 = K unde K nu poate fi negativ. Aceasta înseamnă că o modificare numerică dată a temperaturii într-o scară produce aceeași magnitudine a schimbării în cealaltă, spre deosebire de cazul interconversiilor Fahrenheit-Celsius.

În loc să scurtați „capacitatea de căldură specifică” la „capacitatea de căldură”, folosiți în schimb termenul căldura specifică, precum este convenția în surse reputate.

Ce este calorimetria?

Scopul unui calorimetru este de a captura căldura eliberată într-un anumit proces, cum ar fi o reacție chimică exotermă, care altfel s-ar pierde în mediul înconjurător. Când se cunosc schimbările de temperatură ale sistemului și masa și căldura specifică a ansamblului calorimetru, se poate determina cantitatea de căldură introdusă în sistem prin proces. Exemple sunt furnizate într-o secțiune ulterioară.

Un calorimetru poate fi construit dintr-un număr de materiale diferite, cu condiția ca acestea să fie izolante (de exemplu, nu sunt permise transferului de căldură; termenul este, de asemenea, utilizat în electromagnetism pentru a se referi la rezistența împotriva transferului de sarcină electrică).

O versiune obișnuită poate fi făcută dintr-o ceașcă din polistiren și un capac bine montat. În acest calorimetru pentru ceașcă de cafea, apa este de obicei folosită ca solvent, iar un termometru și (dacă este necesar) bățul de agitare sunt montate perfect prin găuri mici din capacul paharului.

Formula de calorimetrie

Schimbarea căldurii unui sistem închis (pozitivă prin definiție în cazul unui calorimetru) este dată de produsul masei sistemului, de capacitatea termică a calorimetrului și de schimbarea temperaturii sistemului:

  • Q = căldură evoluată (egală cu căldura absorbită - căldură degajată) în jouli (J)
  • m = masa în kilograme (kg)
  • c = capacitatea specifică de căldură în J/kg⋅ ° C (sau J/kg⋅K)
  • ∆T = schimbarea temperaturii în ° C (sau K)

Căldura care este eliberată de orice reacție chimică exotermă (care eliberează căldură) are loc în calorimetru s-ar dispersa în mod obișnuit în mediu. Aceasta este o pierdere calculată până la o modificare a unei cantități termodinamice cunoscută sub numele de entalpia care descrie atât energia internă a sistemului, cât și schimbările în relația presiune-volum a sistemului. Această căldură este în schimb prinsă între solvent și capacul cupei.

Anterior, a fost introdusă ideea conservării energiei. Deoarece căldura care intră în calorimetru trebuie să fie egală cu căldura eliberată de sistem în interiorul calorimetrului constând din reactanți și produse în sine, semnul schimbării căldurii pentru acest sistem este negativ și are aceeași magnitudine cu căldura câștigată de calorimetru.

Afirmațiile de mai sus și afirmațiile conexe presupun că doar caloric sau cantități neglijabile de căldură nu scapă din calorimetru. Căldura se deplasează din zone mai calde în zone mai reci atunci când nu există izolație, deci fără o izolație adecvată, căldura va părăsi ansamblul calorimetru pentru mediul ambiant, cu excepția cazului în care temperatura mediului este mai caldă decât cea a calorimetrului.

Unele capacități specifice de căldură specifice

Următorul grafic include căldura specifică în J/kg⋅ ° C a unor elemente și compuși frecvent întâlniți.

  • H2O, gheață: 2.108
  • H2O, apă: 4.184
  • H2O, vapori de apă: 2.062
  • Metanol: 2.531
  • Etanol: 2.438
  • Benzen: 1.745
  • Carbon, grafit: 0,709
  • Carbon, diamant: 0,509
  • Aluminiu: 0,897
  • Fier: 0,449
  • Cupru: 0,385
  • Aur: 0,129

Sare de masă (NaCI): 0,864

  • Cuarț: 0,742
  • Calcit: 0,915

    • Rețineți că apa are o capacitate de căldură neobișnuit de mare. Poate că este contraintuitiv faptul că un gram de apă se va încălzi cu mai puțin de o zecime cât un gram de apă având aceeași cantitate de căldură adăugată, dar acest lucru este important pentru viața de pe planetă.

    Apa reprezintă aproximativ trei sferturi din corp, ceea ce vă permite să tolerați oscilații majore ale temperaturii ambiante. Mai larg, oceanele acționează ca rezervoare de căldură pentru a ajuta la stabilizarea temperaturilor la nivel mondial.

    Capacitatea de căldură a unui calorimetru

    Acum sunteți gata pentru unele calcule care implică calorimetre.

    Exemplul 1: În primul rând, luați cazul simplu al unui gram de hidroxid de sodiu (NaOH) dizolvat în 50 ml de apă la 25 ° C. Luați capacitatea de căldură a apei la această temperatură să fie de 4,184 J/kg⋅ ° C și considerați că cei 50 ml de apă au o masă de 50 grame sau 0,05 kg. Dacă temperatura soluției crește la 30,32 ° C, câtă căldură este câștigată de calorimetru?

    Aveți Q = mc∆T = (0,05 kg) (4,184 kJ/kg⋅ ° C) (30,32 - 5,32 ° C)

    = 1.113 kJ sau 1.113 J.

    Exemplul 2: Acum luați în considerare cazul unei unități de stocare a energiei solare la domiciliu, un dispozitiv devenind din ce în ce mai popular în timp. Să presupunem că acest dispozitiv folosește 400 L de apă pentru stocarea energiei termice.

    Într-o zi senină de vară, temperatura inițială a apei este de 23,0 ° C. Pe parcursul zilei, temperatura apei crește la 39,0 ° C pe măsură ce circulă prin „peretele de apă” al unității. Câtă energie a fost stocată în apă?

    Din nou, presupunem că masa apei este de 400 kg, adică densitatea apei poate fi considerată a fi exact 1,0 în acest interval de temperatură (aceasta este o simplificare).

    Ecuația de interes de această dată este:

    Q = mc∆T = (400 kg) (4.184 kJ/kg⋅ ° C) (39 ° C - 23 ° C)

    = 26,778 J = 26,78 kJ.

    Aceasta este suficientă energie pentru a alimenta un încălzitor de 1,5 kW timp de aproximativ 17 secunde:

    (26,78 kJ) (kW/(kJ/s)/(1,5 kW) = 17,85 s

    Cel mai probabil, proprietarii de case au planificată o altă utilizare dacă locuiesc într-o casă solară.

    Calculator de calorimetrie

    Puteți utiliza calculatoare online care vă permit să convertiți cu ușurință între unități de căldură specifice, inclusiv unități neobișnuite, dar nu complet stinse, cum ar fi Btu/lbm o F.