LED je cenný a rychle se ochlazující materiál, který často používáme k uchování potravin nebo k přípravě chladivých nápojů. Víme, že led taje, když se zahřívá, a tvoří vodu - proces, ke kterému dochází při absorpci tepla.
Ale co se stane, když se led ochladí? Pokud je led v izolovaném systému, může ztratit teplo a ochladit se. Ale kolik stupňů se led ochladí, pokud ztratí určité množství tepla? Podívejme se na tuto otázku podrobněji.
K určení teplotní změny ledu při ztrátě 40 kilojoulů tepla lze použít měrnou tepelnou kapacitu ledu. Měrná tepelná kapacita je množství tepla, které musí být předáno 1 gramu látky, aby se její teplota změnila o 1 stupeň Celsia.
Kolik stupňů ochladí LED?
Chcete-li zjistit, jak moc se led ochladí, když ztratíte 40 kilojoulů tepla, musíte vzít v úvahu tepelnou kapacitu ledu. Tepelná kapacita je množství energie potřebné ke změně teploty látky o jeden stupeň Celsia. Tepelná kapacita ledu je přibližně 2,09 kJ/kg·°C.
Pomocí vzorce:
Teplo přenesené nebo ztracené = hmotnost · tepelná kapacita * změna teploty
Změnu teploty můžeme vypočítat s vědomím, že je ztraceno 40 kilojoulů tepla:
40 kj = hmotnost · 2,09 kJ / kg * °c * změna teploty
Tím, že nastavíme hodnoty a vyřešíme rovnici, získáme:
40 kj = hmotnost · 2,09 kJ / kg * °c * změna teploty
změna teploty = 40 kj / (hmotnost · 2,09 kJ / kg * °C)
Z této rovnice je zřejmé, že změna teploty ledu bude záviset na jeho hmotnosti. Čím větší je hmotnost ledu, tím menší bude změna jeho teploty při ztrátě 40 kilojoulů tepla.
Ztráta 40 kilojoulů tepla
Když LED ztratí 40 kilojoulů tepla, ochladí se o určitý počet stupňů. Teplo přenášené z ledu do okolního prostředí vede ke ztrátě energie, a tedy k ochlazení ledu.
S vědomím, že led má teplo tání při 0 stupních Celsia, lze vypočítat, kolik stupňů se led ochladí při ztrátě 40 kilojoulů tepla.
Nechte ΔT - změna teploty, TP-bod tání, Q-ztráta tepla:
ΔT = Q / (hmotnost × měrná tepelná kapacita)
Měrná tepelná kapacita ledu je přibližně 2,093 J/(G * stupeň Celsia) a hmotnost ledu se rovná množství přenesené energie dělené měrným teplem tání ledu, což je 333,55 J / G.
Když vložíme hodnoty do vzorce, dostaneme:
ΔT = 40000 / (40000 / 333,55)
Při ztrátě 40 kilojoulů tepla se tak LED ochladí o zhruba 333,55 stupně Celsia.
Vzorec chlazení ledu
Při ztrátě 40 kilojoulů tepla se led ochladí o určitý počet stupňů. Pro výpočet této hodnoty lze použít následující vzorec:
kde ΔT-změna teploty ledu ve stupních Celsia,
Q-ztráta tepla v kilojoulech (v tomto případě 40 kilojoulů),
m-hmotnost ledu v gramech,
C-měrná tepelná kapacita ledu (přibližně 2,09 J / (G*°C)).
Při řešení tohoto vzorce vzhledem k ΔT lze získat velikost změny teploty ledu při ztrátě 40 kilojoulů tepla. To vám pomůže pochopit, jak moc se led v dané situaci ochladí.
Výsledky výpočtů
Při ztrátě 40 kilojoulů tepla se led ochladí o určitý počet stupňů. Výpočet lze provést pomocí vzorce:
| ΔQ = m * c * ΔT |
- ΔQ-ztracené teplo (v kilojoulech),
- m-hmotnost ledu (v gramech),
- C-měrná tepelná kapacita ledu (v J / G * °C·,
- ΔT-změna teploty ledu (ve stupních Celsia).
Když známe hmotnost ledu a jeho specifickou tepelnou kapacitu, můžeme vyřešit rovnici ΔT:
| ΔT = ΔQ / (m * c) |
Pro vypočítaný příklad ztráty 40 kilojoulů tepla tedy potřebujeme znát hmotnost ledu a jeho specifickou tepelnou kapacitu. Po výměně známých veličin do vzorce získáme výsledek změny teploty ledu ve stupních Celsia.