Teplota je jednou z nejzákladnějších vlastností látky, která ovlivňuje její vlastnosti. Voda není výjimkou. Studium teplotních změn je důležitým úkolem na cestě k pochopení jedinečných vlastností této kapalné látky.
V tomto článku se podíváme na příklad, který nám umožní lépe porozumět tomu, jak moc se voda může ochladit, když se změní její hmotnost a počáteční a konečné teploty. Vezměte vodu o hmotnosti 2 kg, která měla počáteční teplotu 95 stupňů a ochladila se na 25 stupňů. Naším úkolem je určit, o kolik stupňů se ochladí.
K vyřešení tohoto problému použijeme fyzikální vzorec pro výpočet tepelného toku. Tento vzorec umožňuje určit množství tepla, které bylo přeneseno nebo odebráno z látky, když se mění její teplota. Použitím tohoto vzorce na náš příklad budeme schopni určit, kolik tepla bylo odebráno z vody, a tedy o kolik stupňů se ochladilo.
Výpočet změny teploty vody o hmotnosti 2 kg
K výpočtu množství tepla přeneseného nebo odebraného z vody lze použít vzorec:
Kde Q je množství tepla, m je hmotnost vody (2 kg), c je specifická tepelná kapacita vody (4186 J/kg∙°c), ΔT je změna teploty.
Vložením známých hodnot do vzorce získáme:
Q = 2 * 4186 * (25 - 95) = - 2 * 4186 * 70 = - 586040 J
Množství tepla odebraného z vody o hmotnosti 2 kg při jejím ochlazení z 95 na 25 stupňů je tedy -586040 J. Negativní hodnota naznačuje, že teplo bylo odebráno z vody. Voda se ochladila o 70 stupňů.
Výchozí data
Pro řešení tohoto problému známe následující údaje:
- Hmotnost vody: 2 kg
- Původní teplota vody: 95 stupňů
- Konečná teplota vody: 25 stupňů
Výpočtový algoritmus
Chcete-li vypočítat, o kolik stupňů se voda ochladila o hmotnosti 2 kg mezi 95 a 25 stupni, musíte k určení změny tepla použít vzorec:
Q = mcΔT
V tomto případě je hmotnost vody 2 kg, měrná tepelná kapacita vody je 4186 J/(kg·°C) a změna teploty se rovná rozdílu počáteční a konečné teploty.
Vložením hodnot do vzorce získáme:
Q = (2 kg) * (4186 J/(kg * °C) * (95-25 °C)
Q = 83600 J
Voda se tak ochladila o 83 600 J. Tuto hodnotu lze považovat za změnu tepla uvolněného do životního prostředí při chlazení vody.
Výsledky výpočtu
Pro výpočet tepelných ztrát je nutné použít vzorec:
- Q-množství tepla přenášeného nebo absorbovaného
- m-hmotnost látky
- c-měrná tepelná kapacita látky
- ΔT-teplotní rozdíl
Tím, že dosadíme známé hodnoty, získáme:
Q = 2 kg * c *(25 stupňů-95 stupňů)
Vzhledem k tomu, že měrná tepelná kapacita vody je 4200 J / kg∙°c, dostaneme:
Q = 2 kg * 4200 J / kg∙°c * (-70 stupňů) = -588000 J
Voda se tak ochladila o 70 stupňů.