Wasser ist die häufigste Substanz auf der Erde und eine der wichtigsten Substanzen in der Natur. Es nimmt mehr als drei Viertel der Oberfläche des Planeten ein und spielt eine Schlüsselrolle in vielen biologischen, chemischen und physikalischen Prozessen.
Eine der grundlegenden Eigenschaften von Wasser ist seine Wärmekapazität. Die Wärmekapazität ist die Menge an Wärme, die benötigt wird, um eine Substanz pro Masseneinheit um ein Grad Celsius zu erhitzen oder zu kühlen. Wasser hat eine sehr hohe Wärmekapazität, was es zu einem ausgezeichneten Temperaturregler auf der Erde und in Organismen von Lebewesen macht.
Betrachten wir ein konkretes Beispiel. Angenommen, wir möchten wissen, wie viel 2 Liter Wasser erhitzt wird, wenn 84 KJ Energie hinzugefügt wird. Für Berechnungen müssen wir die Formel verwenden:
Wo Q – Wärmemenge, m - die Masse des Wassers, c - die Wärmekapazität von Wasser und ΔT - temperaturunterschied.
Bestimmung der Wärmemenge
Die Menge an Wärme, die eine Substanz absorbiert oder abgibt, kann mit einer Formel berechnet werden:
Q = mcΔT
- Q - die Menge an Wärme, gemessen in Joule (J)
- m - masse der Substanz, gemessen in Kilogramm (kg)
- c - die spezifische Wärmekapazität des Stoffes, gemessen in Joule pro Kilogramm pro Celsius (J/kg·°C)
- ΔT - temperaturänderung der Substanz, gemessen in Grad Celsius (°C)
Um also die Menge an Wärme zu bestimmen, die benötigt wird, um 2 Liter Wasser zu erhitzen, wenn 84 KJ Energie hinzugefügt wird, müssen Sie die spezifische Wärmekapazität des Wassers und die Temperaturänderung kennen.
Wenn beispielsweise die spezifische Wärmekapazität von Wasser 4,18 J/kg·° C beträgt und die Temperaturänderung 1 Grad Celsius beträgt, kann die Wärmemenge wie folgt berechnet werden:
Q = (2kg) * (4,18 J/kg·°C) * (1°C) = 8,36 J
Somit wird das Wasser in diesem Fall um 8,36 J. erhitzt.
Physikalische Eigenschaften von Wasser
- Dichte: Wasser hat die höchste Dichte bei einer Temperatur von 4 Grad Celsius. Die Wasserdichte bei dieser Temperatur beträgt etwa 1000 kg / m3.
- Wärmekapazität: Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, dh die Fähigkeit, große Mengen an Wärmeenergie zu absorbieren und abzugeben, ohne seine Temperatur drastisch zu ändern. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Wasser als Kühlmedium verwendet.
- Wärmeleitfähigkeit: Wasser ist ein schlechter Wärmeleiter, daher kann es für die Wärmedämmung verwendet werden.
- Oberflächenspannung: Wasser hat eine Oberflächenspannung, die sich in der Bildung von Wasserfilmen auf der Oberfläche manifestiert und die Fähigkeit von Käfern, auf dem Wasser herumzulaufen, zeigt.
- Gefrierpunkt und Siedepunkt: Der Gefrierpunkt des Wassers beträgt 0 Grad Celsius und der Siedepunkt beträgt 100 Grad Celsius bei Atmosphärendruck.
- Volumenänderung beim Erhitzen: Wasser dehnt sich beim Erhitzen aus und schrumpft beim Abkühlen zusammen, was die Bildung von Eis und thermischen Konvektionen in der Natur verursacht.
Diese physikalischen Eigenschaften machen Wasser zu einer besonders wichtigen und notwendigen Substanz für das Leben auf der Erde. Dank ihnen erfüllt Wasser eine Reihe wichtiger Funktionen in Organismen, der Umwelt und der Industrie.
Formel für die Berechnung
Sie können die Formel verwenden, um die Temperaturänderung zu berechnen:
q ist die Menge an Wärme, die dem System übertragen wird (die Energie in dieser Aufgabe wird in Joule gemessen);
m ist die Masse der Substanz (in unserem Fall wird die Wassermenge in Kilogramm gemessen);
c ist die spezifische Wärmekapazität des Stoffes (für Wasser wird ungefähr 4.18 J / g * ° C berücksichtigt);
ΔT - Temperaturänderung (Temperatur nach dem Erhitzen minus die Ausgangstemperatur, beide Werte werden in Grad Celsius gemessen).
Einheiten konvertieren
Liter (L) – eine Art Volumeneinheit, die zur Messung des Flüssigkeitsvolumens verwendet wird. 1 Liter entspricht 1000 Millilitern oder 0,001 Kubikmetern.
Um die Temperaturänderung des Wassers bei der Zugabe von Energie zu berechnen, ist es notwendig, seine Masse und Wärmekapazität zu berücksichtigen.
Wassermasse (m) - dies ist die Menge an Wasser, gemessen in Kilogramm. Bei dieser Aufgabe ist die Wassermasse gleich 2 Kilogramm, da die Masse und das Volumen des Wassers miteinander verbunden sind und gleich sind: 1 Liter Wasser wiegt ungefähr 1 Kilogramm.
Wasserwärmekapazität (c) - dies ist ein Wert, der angibt, wie viel Wärme an eine Substanz übertragen werden muss, um ihre Temperatur zu erhöhen. Für Wasser beträgt die Wärmekapazität normalerweise 4,18 KJ/kg⋅°C.
Die von Wasser übertragene Wärme kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
- Q - an die Substanz übertragene Energie (KJ)
- m - masse der Substanz (kg)
- c - Wärmekapazität des Stoffes (KJ/kg⋅°C)
- ΔT - änderung der Stofftemperatur (°C)
Um die Änderung der Wassertemperatur zu berechnen, wenn 84 KJ Energie hinzugefügt wird, müssen Sie daher die bekannten Werte in die Formel einfügen:
84 KJ = 2 kg × 4,18 KJ/kg⋅°C × ΔT
Aus dieser Gleichung können Sie die Änderung der Wassertemperatur (ΔT) bestimmen.
Wert des Wärmekapazität-Koeffizienten für Wasser
Um also die Menge an Energie zu bestimmen, die benötigt wird, um 2 Liter Wasser um eine bestimmte Anzahl von Grad zu erhitzen, können Sie die Formel verwenden:
Energie = Masse * Wärmekapazität * Temperaturänderung
In diesem Fall beträgt die Wassermasse 2 Kilogramm (1 Liter Wasser entspricht ungefähr 1 Kilogramm), und die Temperaturänderung kann berechnet werden, indem man die Menge der hinzugefügten Energie kennt.
Mit dieser Formel und bekannten Werten können Sie also berechnen, wie viel Grad 2 Liter Wasser erhitzt werden, wenn Sie 84 KJ Energie hinzufügen.
Berechnungsbeispiel
Um die Temperaturänderung des Wassers bei der Zugabe von Energie zu berechnen, muss die Gleichung des thermischen Gleichgewichts verwendet werden:
wobei Q die zusätzliche Energie ist (in diesem Fall 84 KJ), m ist die Wassermasse (2 l), c ist die spezifische Wärmekapazität des Wassers, ΔT ist die Temperaturänderung.
Für Wasser beträgt die spezifische Wärmekapazität von c etwa 4.18 J / (g · °C), was 4.18 KJ/(kg·°C) entspricht. Übersetzen wir 2 Liter Wasser in kg:
2 l * 1 kg/L = 2 kg
Jetzt können wir die Temperaturänderung berechnen:
84 KJ = 2 kg * 4.18 KJ/(kg·°C) * ΔT
ΔT = 84 KJ / (2 kg * 4.18 KJ/(kg·°C))
Wenn also 84 KJ Energie zu 2 l Wasser hinzugefügt wird, ändert sich die Temperatur um etwa 10.05 ° C.
- Durch Zugabe von 84 KJ Energie zu 2 l Wasser wird das Wasser erhitzt.
- Die Gleichung Q = m * c * ΔT kann verwendet werden, um die Menge an Wärme zu bestimmen, die zum Erwärmen von Wasser benötigt wird, wobei Q die Wärmemenge ist, m die Masse der Substanz ist, c die spezifische Wärmekapazität ist und ΔT die Temperaturänderung ist.
- In diesem Fall beträgt die Wassermasse 2 kg (da die Wasserdichte 1 g / cm ^ 3 beträgt), die spezifische Wärmekapazität des Wassers beträgt 4.18 J / (g * ° C).
- Wenn man bedenkt, dass 1 KJ = 1000 J ist, erhalten wir, dass 84 KJ = 84000 J ist.
- Mit der Formel Q = m*c *ΔT und durch Ersetzen bekannter Werte kann die Temperaturänderung von ΔT gefunden werden.
