Die Wärmekapazität misst die Energiemenge, die einem Objekt zugeführt werden muss, um es um ein Grad wärmer zu machen. Die Wärmekapazität eines Objekts wird mit einer einfachen Formel ermittelt – indem man die zugeführte Wärmeenergiemenge durch die Temperaturänderung teilt, um den Energiebedarf pro Grad zu bestimmen. Jedes Material auf dieser Welt hat eine andere Wärmekapazität. (Quelle: Klasse 10 Standard-Physikbuch)
Formel: Wärmekapazität = (gegebene Wärmeenergie) / (Temperaturerhöhung)
Schritt
Methode 1 von 2: Berechnung der Wärmekapazität eines Objekts
Schritt 1. Kennen Sie die Formel für die Wärmekapazität
Die Wärmekapazität eines Objekts kann berechnet werden, indem die zugeführte Wärmeenergiemenge (E) durch die Temperaturänderung (T) geteilt wird. Die Gleichung lautet: Wärmekapazität = E/T.
- Beispiel: Die Energie, die benötigt wird, um einen Block auf 5 Grad Celsius zu erhitzen, beträgt 2000 Joule – wie groß ist die Wärmekapazität des Blocks?
- Wärmekapazität = E/T
- Wärmekapazität = 2000 Joule / 5˚C
- Wärmekapazität = 400 Joule pro Grad Celsius (J/˚C)
Schritt 2. Suchen Sie nach der Temperaturänderung
Wenn ich zum Beispiel die Wärmekapazität eines Blocks wissen möchte und ich weiß, dass es 60 Joule braucht, um die Temperatur des Blocks von 8 Grad auf 20 Grad zu erhöhen, muss ich den Unterschied zwischen den beiden Temperaturen kennen, um die Wärme zu erhalten Kapazität. Da 20 - 8 = 12, ändert sich die Temperatur des Blocks um 12 Grad. Deswegen:
- Wärmekapazität = E/T
- Wärmekapazität des Blocks = 60 Joule / (20˚C - 8˚C)
- 60 Joule / 12˚C
- Wärmekapazität des Blocks = 5 J/˚C
Schritt 3. Fügen Sie Ihrer Antwort die richtigen Einheiten hinzu, um ihr eine Bedeutung zu geben
Eine Wärmekapazität von 300 bedeutet nichts, wenn Sie nicht wissen, wie sie gemessen wird. Die Wärmekapazität wird durch die pro Grad benötigte Energie gemessen. Wenn wir also die Energie in Joule und die Temperaturänderung in Celsius messen, wäre die endgültige Antwort: „Wie viele Joule werden pro Grad Celsius benötigt. Daher geben wir unsere Antwort als 300 J/˚C oder 300 Joule pro Grad Celsius an.
Wenn Sie die Wärmeenergie in Kalorien und die Temperatur in Kelvin messen, lautet Ihre endgültige Antwort 300 Cal/K
Schritt 4. Wisse, dass diese Gleichung auch für Objekte funktioniert, die sich abkühlen
Wenn ein Objekt zwei Grad kälter wird, verliert es genau so viel Wärme, wie es braucht, um 2 Grad wärmer zu werden. Wenn Sie also fragen: "Wie groß ist die Wärmekapazität eines Objekts, wenn es 50 Joule Energie verliert und seine Temperatur um 5 Grad Celsius sinkt", können Sie immer noch diese Gleichung verwenden:
- Wärmekapazität: 50 J/5˚C
- Wärmekapazität = 10 J/˚C
Methode 2 von 2: Nutzung der spezifischen Wärme der Materie
Schritt 1. Wissen Sie, dass sich die spezifische Wärme auf die Energie bezieht, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Gramm eines Objekts um ein Grad zu erhöhen
Wenn Sie nach der Wärmekapazität einer Materieeinheit (1 Gramm, 1 Unze, 1 Kilogramm usw.) suchen, haben Sie nach der spezifischen Wärme dieses Objekts gesucht. Spezifische Wärme gibt die Energiemenge an, die erforderlich ist, um die Temperatur jeder Einheit eines Objekts um ein Grad zu erhöhen. Um beispielsweise 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erwärmen, werden 0,417 Joule Energie benötigt. Die spezifische Wärme von Wasser beträgt also 0,417 J/˚C pro Gramm.
Die spezifische Wärme eines Materials ist konstant. Dies bedeutet, dass alle reinen Wasser die gleiche spezifische Wärme haben, die 0,417 J/˚C beträgt
Schritt 2. Verwenden Sie die Wärmekapazitätsformel, um die spezifische Wärme eines Materials zu ermitteln
Die Bestimmung der spezifischen Wärme ist einfach, dh dividieren Sie die endgültige Antwort durch die Masse des Objekts. Die Ergebnisse zeigen, wie viel Energie für jedes Objekt benötigt wird, beispielsweise wie viele Joule benötigt werden, um die Temperatur von nur einem Gramm Eis zu ändern.
- Beispiel: "Ich habe 100 Gramm Eis. Um die Temperatur des Eises um 2 Grad Celsius zu erhöhen, braucht es 406 Joule – was ist die spezifische Wärme von Eis?"
- Wärmekapazität für 100 g Eis = 406 J/ 2˚C
- Wärmekapazität für 100 g Eis = 203 J/˚C
- Wärmekapazität für 1 g Eis = 2,03 J/˚C pro Gramm
- Wenn Sie verwirrt sind, stellen Sie es sich so vor: Um die Temperatur für jedes Gramm Eis um ein Grad zu erhöhen, sind 2,03 Joule erforderlich. Wenn wir also 100 Gramm Eis haben, brauchen wir 100-mal mehr Joule, um alles aufzuheizen.
Schritt 3. Verwenden Sie spezifische Wärme, um die Energie zu finden, die erforderlich ist, um die Temperatur des Materials auf eine beliebige Temperatur zu erhöhen
Die spezifische Wärme der Materie gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um die Temperatur einer Stoffeinheit (normalerweise 1 Gramm) um ein Grad zu erhöhen. Um die Wärme zu ermitteln, die erforderlich ist, um die Temperatur eines beliebigen Objekts auf eine beliebige Temperatur zu erhöhen, multiplizieren wir einfach alle Teile. Benötigte Energie = Masse x spezifische Wärme x Temperaturänderung. Die Antwort ist immer in Energieeinheiten, wie zum Beispiel Joule.
- Beispiel: „Wenn die spezifische Wärme von Aluminium 0,902 Joule pro Gramm beträgt, wie viele Joule werden dann benötigt, um die Temperatur von 5 Gramm Aluminium um 2 Grad Celsius zu erhöhen?
- Erforderliche Energie = 5 g x 0,902 J/g˚C x 2˚C
- Benötigte Energie = 9,02 J
Schritt 4. Kennen Sie die spezifischen Wärmen üblicher Materialien
Studieren Sie zur Übung gängige spezifische Heats, die Sie in einer Prüfung sehen oder im wirklichen Leben erscheinen können. Was können Sie daraus lernen? Beachten Sie zum Beispiel, dass die spezifische Wärme von Metall viel niedriger ist als die von Holz. Dies ist der Grund, warum sich Metalllöffel schneller erhitzen als Holz, wenn sie in einer Tasse heißer Schokolade belassen werden. Eine niedrigere spezifische Wärme bedeutet, dass sich ein Objekt schneller aufheizt.
- Wasser: 4,179 J/g˚C
- Luft: 1,01 J/g˚C
- Holz: 1,76 J/g˚C
- Aluminium: 0,902 J/g˚C
- Gold: 0,129 J/g˚C
- Eisen: 0,450 J/g˚C
Tipps
- Die internationale (SI) Einheit der Wärmekapazität ist Joule pro Kelvin, nicht nur Joule
- Die Temperaturänderung wird durch eine Temperatureinheit Delta anstatt nur eine Temperatureinheit dargestellt (z. B. 30 Delta K statt nur 30 K)
- Energie (Wärme) muss in Joule (SI) angegeben werden [Empfohlen]
