Eines der interessanten physikalischen Phänomene ist der Prozess des Abkühlens von Metallgegenständen. Betrachten wir den Fall eines Kupferzylinders mit einem Gewicht von 3 kg.
Wenn sich der Kupferzylinder in einer höheren Temperatur befindet, gibt er der Umwelt Wärme ab. Die Menge der abgegebenen Wärme beträgt bekanntlich 54 kj.
Die Aufgabe besteht darin, die Umgebungstemperatur zu berechnen, bei der der Kupferzylinder abkühlt. Dazu müssen das Energiespar-Gesetz und die Gleichung des thermischen Gleichgewichts verwendet werden. Da Kupfer eine hohe Wärmekapazität aufweist, kann die Berechnung der Temperatur schwierig sein.
Abkühlen des Kupferzylinders
Um die Umgebungstemperatur anhand der bekannten Menge an abgegebener Wärme und dem Gewicht des Zylinders zu berechnen, muss eine Wärmetauscherformel verwendet werden:
wobei Q die Menge der übertragenen Wärme ist, m die Masse des Zylinders ist, c die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist, Δt die Temperaturänderung des Zylinders ist.
Aus dieser Formel kann Δt ausgedrückt werden:
Wenn Sie das Gewicht des Zylinders (3 kg), die Menge der übertragenen Wärme (54 KJ) und die spezifische Wärmekapazität von Kupfer kennen, können Sie die Temperaturänderung des Zylinders berechnen. Somit kann die Umgebungstemperatur als die Differenz zwischen der Anfangstemperatur des Zylinders und Δt definiert werden:
Masse, Volumen und Dichte
Volumen ist eine physikalische Größe, die die Abmessungen eines Körpers im Raum charakterisiert und in Kubikmetern (m3) gemessen wird. Es ist definiert als die Menge an Platz, die der Körper im Raum einnimmt.
Die Dichte ist eine physikalische Größe, die die Masse einer Substanz charakterisiert, die in einer Volumeneinheit enthalten ist und in Kilogramm pro Kubikmeter (kg / m3) gemessen wird. Es ist definiert als das Verhältnis des Körpergewichts zu seinem Volumen.
Für Kupfer sind Masse und Volumen wie für jede andere Substanz durch Dichte miteinander verbunden. Die Dichte von Kupfer beträgt etwa 8 960 kg / m3. Wenn Sie die Masse eines Kupferzylinders kennen, können Sie sein Volumen berechnen, indem Sie die Masse durch Dichte teilen.
spezifische Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität ist ein Merkmal jedes einzelnen Stoffes und kann sich abhängig von verschiedenen Faktoren wie Temperatur und Druck ändern. Die spezifische Wärmekapazität von Kupfer kann als konstanter Wert verwendet werden, um den Kühlprozess eines Kupferzylinders zu berücksichtigen, da sie sich in einem bestimmten Temperaturbereich geringfügig ändert.
Für die Berechnung ist es notwendig, das Gewicht des Zylinders und die Menge der abgegebenen Wärme zu kennen. Die Formel zur Berechnung der Temperaturänderung einer Substanz durch die spezifische Wärmekapazität lautet wie folgt:
| Bekannte Werte: | Formel: | Ergebnis: |
|---|---|---|
| Zylindergewicht (m) | Q = m * S * Δt | 3 kg |
| Menge der abgegebenen Wärme (Q) | Q = m * S * Δt | 54 KJ |
Die Berechnung der Umgebungstemperatur (Δt) kann durchgeführt werden, indem die Formel und der Ausdruck Δt neu angeordnet werden:
Indem wir bekannte Werte in diese Formel einfügen, erhalten wir:
Δt = 54 KJ / (3 kg * S)
Als Ergebnis aller erforderlichen Berechnungen können Sie die Umgebungstemperatur und ihre Auswirkungen auf den Kühlprozess des Kupferzylinders abschätzen. Die Kenntnis der spezifischen Wärmekapazität ermöglicht es Ihnen, die Temperaturänderung einer Substanz vorherzusagen und diese Informationen in verschiedenen technischen und technischen Berechnungen anzuwenden.
Abrufen der ursprünglichen Daten
Um das Problem der Bestimmung der Umgebungstemperatur zu lösen, müssen Sie die folgenden Informationen haben:
- Das Gewicht des Kupferzylinders beträgt 3 kg
- Die Menge der abgegebenen Wärme beträgt 54 KJ
Diese Parameter ermöglichen es uns, die Temperaturänderung eines Kupferzylinders während des Abkühlvorgangs zu berechnen.
Die Menge der abgegebenen Wärme
Bei dieser Aufgabe wird das Abkühlen eines Kupferzylinders mit einem Gewicht von 3 kg untersucht. Die Menge der abgegebenen Wärme beträgt 54 KJ.
Die Menge der abgegebenen Wärme kann durch die Formel bestimmt werden:
wobei Q die Menge der abgegebenen Wärme ist, m die Masse des Zylinders ist, c die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist, Δt die Temperaturänderung ist.
Um Δt zu bestimmen, ist es notwendig, die spezifische Wärmekapazität von Kupfer zu kennen, die ungefähr 0,39 KJ / (kg * ° C) beträgt.
Somit kann Δt gefunden werden, indem die Menge der abgegebenen Wärme durch das Produkt der Zylindermasse durch die spezifische Wärmekapazität von Kupfer dividiert wird:
Bekannte Werte ersetzen:
Δt = 54 KJ / (3 kg * 0,39 KJ/(kg * °C))
Somit beträgt die Änderung der Umgebungstemperatur ungefähr 46,15 °C.
Berechnung der Umgebungstemperatur
Die Formel kann verwendet werden, um die Umgebungstemperatur beim Abkühlen eines Kupferzylinders mit einem Gewicht von 3 kg und einer bekannten Menge an abgegebener Wärme (54 KJ) zu berechnen:
| Dat.: | Zylindergewicht (m) = 3 kg |
|---|---|
| Abgegebene Wärme (Q) = 54 KJ |
Umgebungstemperatur (TEntwicklungsarbeiten) kann mit der folgenden Formel gefunden werden:
wo mitKupfer - die spezifische Wärmekapazität von Kupfer, die etwa 0,385 J / deg beträgt. Daher übersetzen wir die Masse des Zylinders in Gramm:
m = 3 * 1000 = 3000g
Ersetzen wir alle Werte in die Formel:
TEntwicklungsarbeiten = 54 * 1000 / (3000 * 0,385)
Nach der Berechnung erhalten wir den Wert der Umgebungstemperatur.
Als Ergebnis der Berechnungen und Analyse der Abkühlung des Kupferkylinders mit einem Gewicht von 3 kg wurde festgestellt, dass die abgegebene Wärmemenge 54 KJ beträgt.
Um die Umgebungstemperatur zu bestimmen, wurde das Energiespar-Gesetz verwendet, um festzustellen, dass die Menge an abgegebener Wärme gleich der Menge an absorbierter Wärme ist. Auf der Grundlage dieser Bedingung und der bekannten Formel zur Berechnung der Wärmemenge (Q = m * c * ΔT) konnte daher die Temperaturänderung des Zylinders ermittelt werden.
Wenn Sie das Gewicht des Zylinders (3 kg) und die Menge der abgegebenen Wärme (54 KJ) kennen, können Sie die Temperaturänderung mit der Formel ΔT = Q / (m * c) berechnen, wobei c die spezifische Wärmekapazität von Kupfer ist. Für Kupfer beträgt die spezifische Wärmekapazität etwa 0,39 J / Deg.
Die Berechnungen zeigten daher, dass die Umgebung eine Temperatur von etwa 429 Grad Celsius aufweist.
