Capitolul 4 · Lecția 4.2 din 2

Calorimetrie: căldura și schimbul termic

Căldura specifică, ecuația calorimetrică și căldurile latente.

Capitolul 4: Termodinamică: noțiuni fundamentaleConținut verificat

Pe scurt pentru BAC · 5 idei

Căldura specifică $c$ este caracteristică substanței, iar apa, cu $c_{apa} \approx 4185$ J/(kg·K), are una dintre cele mai mari valori, de aceea e un agent termic excelent.
La contactul termic a două corpuri izolate de exterior se scrie $m_1 c_1 (t_1 - t_e) = m_2 c_2 (t_e - t_2)$ , unde $t_e$ e temperatura de echilibru.
Când amesteci apă cu apă, $c$ se simplifică, iar temperatura de echilibru iese mai aproape de temperatura masei mai mari.
Căldura latentă specifică de topire a gheții este $\lambda_t \approx 334\,000$ J/kg, iar cea de vaporizare a apei $\lambda_v \approx 2{,}26 \cdot 10^6$ J/kg.
Graficul temperatură-timp are palier orizontal la topire și fierbere, pentru că energia primită rupe legăturile dintre molecule.

Pe această pagină4 secțiuni

Căldura la variația temperaturii

Căldura primită sau cedată de un corp la schimbarea temperaturii:

$Q = m c \Delta T$

unde $c$ = căldura specifică (J/(kg·K)), caracteristică substanței. Pentru apă: $c_{apa} \approx 4185$ J/(kg·K), printre cele mai mari: de aceea apa e agent termic excelent.

Exemplu. Încălzirea a 2 kg de apă cu 10°C: $Q = 2 \cdot 4185 \cdot 10 = 83\,700$ J.

Ecuația calorimetrică

La contactul termic a două corpuri izolate de exterior, căldura cedată de corpul cald = căldura primită de cel rece:

$Q_{cedat} = Q_{primit} \qquad m_1 c_1 (t_1 - t_e) = m_2 c_2 (t_e - t_2)$

unde $t_e$ = temperatura de echilibru (între $t_2$ și $t_1$ ).

Exemplu rezolvat. Amesteci $m_1 = 1$ kg apă la $80°$ C cu $m_2 = 3$ kg apă la $20°$ C (același $c$ , se simplifică):

$1 \cdot (80 - t_e) = 3 \cdot (t_e - 20) \Rightarrow 80 - t_e = 3t_e - 60 \Rightarrow t_e = 35°C$

Verificare: 35° e între 20° și 80°, mai aproape de temperatura masei mai mari ✓.

Căldurile latente (schimbările de stare)

La topire/vaporizare temperatura RĂMÂNE CONSTANTĂ; căldura schimbată:

$Q = m \lambda$

cu $\lambda$ = căldura latentă specifică (topire, vaporizare). Pentru gheață: $\lambda_t \approx 334\,000$ J/kg; pentru vaporizarea apei: $\lambda_v \approx 2{,}26 \cdot 10^6$ J/kg.

Exemplu. Topirea a 0,5 kg de gheață aflată deja la 0°C: $Q = 0{,}5 \cdot 334\,000 = 167\,000$ J.

Atenție

În timpul schimbării de stare temperatura NU crește, chiar dacă furnizezi căldură: energia rupe legăturile dintre molecule. Graficul temperatură-timp are palier orizontal la topire și fierbere.

Reține

$Q = mc\Delta T$ la încălzire sau răcire; $Q = m\lambda$ la schimbarea stării de agregare, cu temperatura constantă. Ecuația calorimetrică: $Q_{cedat} = Q_{primit}$ , iar temperatura de echilibru trebuie să iasă între temperaturile inițiale. $\Delta T$ are aceeași valoare în kelvin și în grade Celsius.

Greșeli frecvente

$\Delta T$ în kelvin sau grade Celsius e ACELAȘI numeric (e o diferență): nu converti.
Temperatura de echilibru trebuie să iasă ÎNTRE temperaturile inițiale; altfel ai greșit semnele.
Dacă gheața pornește de la sub 0°C, întâi o încălzești la 0°C (mc∆T), apoi o topești (mλ): două etape.

Instrumente pentru lecția asta

Laboratorul de calorimetrie

Amestecă apă caldă cu apă rece: temperatura de echilibru și căldura schimbată, cu ecuația calorimetrică demonstrată vizual.

Se încarcă instrumentul…

Bifează când ai terminat, ca s-o vezi citită pe toate dispozitivele.

Testează-te pe capitolul 4

Lecția în clipuri

Clipuri scurte, cu voce și subtitrări.