Led - je to sloučenina vody, která vzniká při mrazu za určitých teplotních podmínek. Je zajímavé vědět, kolik stupňů ochladí LED o hmotnosti 40 kg.k provedení těchto výpočtů je nutné použít speciální vzorec.
Přenos tepla - jev, ve kterém dva objekty vyměňují teplo až do okamžiku, kdy je dosaženo tepelné rovnováhy. V případě ledu a prostředí je takovým objektem okolní atmosféra.
Jeden z ukazatelů, který určuje, kolik tepla musí být odebráno z ledu o hmotnosti 40 kg, aby se ochladilo na určitou teplotu, se nazývá tepelná kapacita. Závisí na látce, ze které se tělo skládá. Pro výpočet změny teploty ledu je třeba použít vzorec:
Q = m * c * ΔT,
- Q - množství tepla, které musí být odebráno z ledu;
- m - hmotnost ledu (v tomto případě 40 kg);
- c - tepelná kapacita ledu;
- ΔT - změna teploty.
Pomocí tohoto vzorce a známé tepelné kapacity ledu lze vypočítat, o kolik stupňů se led ochladí o hmotnosti 40 kg při daném množství odebraného tepla.
Zkoumáme vliv hmoty ledu a změny teploty
Studium vlivu hmoty ledu a změny teploty nám umožňuje pochopit, jaké faktory mohou ovlivnit proces ochlazování této látky.
Hmotnost ledu hraje důležitou roli při změně jeho teploty. Čím větší je hmotnost ledu, tím více tepla bude potřeba k jeho ochlazení. To je způsobeno skutečností, že velká hmotnost ledu obsahuje více molekul, z nichž každá potřebuje určité množství energie ke změně své teploty.
Vzorec pro výpočet změny teploty ledu v závislosti na jeho hmotnosti a množství tepla získaného nebo odevzdaného se nazývá rovnice tepelné vodivosti. Vypadá následovně:
Q = m * c * ΔT
- Q - množství tepla získaného nebo odevzdaného;
- m - množství ledu;
- c - měrná tepelná kapacita ledu;
- ΔT - změna teploty.
Měrná tepelná kapacita ledu je přibližně 2,09 kJ / (kg*°c). Pro výpočet množství tepla (Q) lze použít tuto hodnotu, stejně jako známé hodnoty hmotnosti ledu a změny jeho teploty.
Studium vlivu hmoty ledu a změny teploty nám tedy pomáhá pochopit, že hmotnost ledu a množství získaného nebo odevzdaného tepla hrají hlavní roli v procesu chlazení.
Hodnota hmotnosti ledu ve výpočtech
Vzorec pro výpočet změny teploty ledu při extrakci tepla má vzhled:
ΔT = Q / (m * c),
kde ΔT je změna teploty ledu, Q je množství extrahovaného tepla, m je hmotnost ledu, c je specifická tepelná kapacita ledu.
Měrná tepelná kapacita ledu je přibližně 2 090 J/kg·K.pro výpočet změny teploty ledu o hmotnosti 40 kg můžeme tuto hodnotu použít.
Předpokládejme, že musíme chladit LED o hmotnosti 40 kg na určitou teplotu a máme určité množství tepla k extrakci. Řekněme, že toto množství tepla je 83 600 J (to je asi tolik tepla, které je třeba extrahovat, aby se voda ochladila o hmotnosti 40 kg z teploty tání na teplotu -20°C).
Použitím vzorce a nastražením známých hodnot získáme:
ΔT = 83 600 J / (40 kg * 2090 J / kg·K) ≈ 10°C
LED o hmotnosti 40 kg se tak ochladí o přibližně 10 stupňů při extrakci 83 600 J tepla.
Změna teploty a její vliv na led
LED však při změně teploty nezůstává stabilní. Vystavení teplu nebo chladu ledu způsobuje změnu jeho struktury a fázového stavu.
Pokud je led v kontaktu s objektem nebo prostředím s nízkou teplotou, začne přenášet své teplo, dokud nedosáhne rovnovážné teploty. LED se tak ochlazuje, dokud se jeho teplota nevyrovná okolnímu prostředí.
Pro výpočet změny teploty ledu při dané hmotnosti a známé specifické tepelné kapacitě lze použít zákon zachování energie. Vzorec pro výpočet změny teploty má vzhled:
Kde ΔT je změna teploty ledu ve stupních Celsia, Q je množství tepla přenášeného nebo absorbovaného, m je hmotnost ledu v kilogramech, c je specifická tepelná kapacita ledu.
Například u ledu o hmotnosti 40 kg a specifické tepelné kapacitě ledu 2100 J/(kg·°c), abyste vypočítali, o kolik stupňů se led ochladí, musíte znát množství tepla (Q) přenášeného ledem.
Výpočet množství tepla potřebného k chlazení
Pro výpočet množství tepla potřebného k chlazení ledu o hmotnosti 40 kg lze použít zákon zachování energie. Na začátku je led při teplotě T.1 stupně Celsia a po ochlazení jeho teplota klesla na T2 stupeň Celsia.
Vzorec pro výpočet množství tepla (Q) potřebného k chlazení je následující:
kde m je hmotnost ledu, C je specifická tepelná kapacita látky a ΔT je změna teploty.
Měrná tepelná kapacita ledu je asi 2,09 J/(G * °C). Pro výpočet množství tepla potřebného k chlazení lze tedy použít následující vzorec:
Při znalosti počáteční a konečné teploty je tedy možné vypočítat množství tepla potřebné k chlazení ledu o hmotnosti 40 kg.
Použitý vzorec pro stanovení změny teploty ledu
Formule
K určení změny teploty ledu o hmotnosti 40 kg lze použít následující vzorec:
- Q - množství tepla přenášeného ledem (v joulech)
- m - hmotnost ledu (v kg)
- c - měrná tepelná kapacita ledu (přibližně 2,09 J / G°C)
- ΔT - změna teploty ledu (v °C)
Tento vzorec je založen na předpokladu, že led je v izolovaném systému, kde nejsou žádné jiné zdroje tepla nebo chladu.
Pomocí tohoto vzorce lze vypočítat, o kolik stupňů se led ochladí o hmotnosti 40 kg při přenosu určitého množství tepla.