Seiring dengan energi mekanik, setiap benda (atau sistem) memiliki energi internal. Energi dalam adalah energi istirahat. Ini terdiri dari gerakan kacau termal molekul yang membentuk tubuh, energi potensial dari posisi relatifnya, energi kinetik dan potensial elektron dalam atom, nukleon dalam inti, dan sebagainya.
Dalam termodinamika, penting untuk mengetahui bukan nilai absolut energi internal, tetapi perubahannya.
Dalam proses termodinamika, hanya energi kinetik dari molekul yang bergerak yang berubah (energi panas tidak cukup untuk mengubah struktur atom, dan terlebih lagi untuk nukleus). Oleh karena itu, sebenarnya di bawah energi internal dalam termodinamika berarti energi kekacauan termal gerakan molekuler.
Energi dalam kamu satu mol gas ideal sama dengan:
Dengan demikian, energi dalam hanya bergantung pada suhu. Energi dalam U adalah fungsi dari keadaan sistem, terlepas dari latar belakang.
Jelas bahwa, dalam kasus umum, sistem termodinamika dapat memiliki energi internal dan mekanik, dan sistem yang berbeda dapat menukar jenis energi ini.
Menukarkan energi mekanik ditandai dengan sempurna pekerjaan A, dan pertukaran energi internal - jumlah kalor yang dipindahkan Q.
Misalnya, di musim dingin Anda melemparkan batu panas ke salju. Karena cadangan energi potensial, pekerjaan mekanis dilakukan untuk menghancurkan salju, dan karena cadangan energi internal, salju mencair. Jika batu itu dingin, mis. suhu batu sama dengan suhu lingkungan, maka hanya pekerjaan yang akan dilakukan, tetapi tidak akan ada pertukaran energi internal.
Jadi, kerja dan panas bukanlah bentuk energi khusus. Anda tidak dapat berbicara tentang stok panas atau pekerjaan. Ini ukuran ditransfer sistem lain dari energi mekanik atau internal. Kita dapat berbicara tentang cadangan energi ini. Selain itu, energi mekanik dapat diubah menjadi energi panas dan sebaliknya. Misalnya, jika Anda memukul landasan dengan palu, maka setelah beberapa saat palu dan landasan akan memanas (ini adalah contoh menghilangnya energi).
Masih banyak lagi contoh transformasi dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang lain.
Pengalaman menunjukkan bahwa dalam semua kasus, transformasi energi mekanik menjadi energi panas dan sebaliknya selalu dilakukan dalam jumlah yang setara. Ini adalah inti dari hukum pertama termodinamika, yang mengikuti dari hukum kekekalan energi.
Jumlah panas yang diberikan ke tubuh digunakan untuk meningkatkan energi internal dan untuk melakukan pekerjaan pada tubuh:
| , | (4.1.1) |
- Itulah apa itu hukum pertama termodinamika , atau hukum kekekalan energi dalam termodinamika.
Aturan tanda: jika kalor berpindah dari lingkungan sistem ini, dan jika sistem melakukan kerja pada benda di sekitarnya, sedangkan . Mengingat aturan tanda, hukum pertama termodinamika dapat ditulis sebagai:
Dalam ekspresi ini kamu adalah fungsi status sistem; d kamu adalah diferensial totalnya, dan Q dan TETAPI mereka tidak. Di setiap keadaan, sistem memiliki nilai energi internal tertentu dan hanya seperti itu, sehingga kita dapat menulis:
 ,
|
Penting untuk dicatat bahwa panas Q dan bekerja TETAPI tergantung pada bagaimana transisi dari keadaan 1 ke keadaan 2 dibuat (isokhorik, adiabatik, dll.), dan energi internal kamu tidak tergantung. Pada saat yang sama, tidak dapat dikatakan bahwa sistem memiliki nilai kalor dan kerja yang ditentukan untuk keadaan tertentu.
Dari rumus (4.1.2) berikut bahwa jumlah panas dinyatakan dalam satuan yang sama dengan usaha dan energi, yaitu. dalam joule (J).
Yang sangat penting dalam termodinamika adalah proses melingkar atau siklik di mana sistem, setelah melewati serangkaian keadaan, kembali ke keadaan semula. Gambar 4.1 menunjukkan proses siklik 1– sebuah–2–b-1, sementara pekerjaan A selesai.
Beras. 4.1
Sebagai kamu adalah fungsi keadaan, maka
| (4.1.3) |
Ini berlaku untuk semua fungsi status.
Jika kemudian menurut hukum pertama termodinamika, yaitu tidak mungkin untuk membangun mesin yang beroperasi secara berkala yang akan melakukan lebih banyak pekerjaan daripada jumlah energi yang diberikan kepadanya dari luar. Dengan kata lain, mesin gerak abadi jenis pertama tidak mungkin. Ini adalah salah satu rumusan hukum pertama termodinamika.
Perlu dicatat bahwa hukum pertama termodinamika tidak menunjukkan ke arah mana proses perubahan keadaan berjalan, yang merupakan salah satu kekurangannya.
« Fisika - Kelas 10 "
Dalam proses apa transformasi agregat materi terjadi?
Bagaimana keadaan materi dapat berubah?
Anda dapat mengubah energi internal tubuh apa pun dengan melakukan kerja, pemanasan atau, sebaliknya, pendinginan.
Jadi, ketika menempa logam, pekerjaan dilakukan dan itu dipanaskan, sementara pada saat yang sama logam dapat dipanaskan di atas nyala api yang menyala.
Juga, jika piston tetap (Gbr. 13.5), maka volume gas tidak berubah saat dipanaskan dan tidak ada kerja yang dilakukan. Tetapi suhu gas, dan karenanya energi internalnya, meningkat.
Energi internal dapat bertambah dan berkurang, sehingga jumlah kalor bisa positif atau negatif.
Proses perpindahan energi dari suatu benda ke benda lain tanpa melakukan usaha disebut pertukaran panas.
Ukuran kuantitatif perubahan energi dalam selama perpindahan panas disebut jumlah panas.
Gambar molekul perpindahan panas.
Selama pertukaran panas pada batas antara benda, molekul yang bergerak lambat dari benda dingin berinteraksi dengan molekul yang bergerak cepat dari benda panas. Akibatnya, energi kinetik molekul menjadi sama dan kecepatan molekul benda dingin meningkat, sedangkan benda panas berkurang.
Selama pertukaran panas, tidak ada konversi energi dari satu bentuk ke bentuk lain; bagian dari energi internal dari benda yang lebih panas ditransfer ke benda yang kurang panas.
Jumlah panas dan kapasitas panas.
Anda sudah tahu bahwa untuk memanaskan benda bermassa m dari suhu t 1 ke suhu t 2, perlu untuk mentransfer jumlah panas ke sana:
Q \u003d cm (t 2 - t 1) \u003d cm t. (13,5)
Ketika tubuh mendingin, suhu akhirnya t 2 ternyata lebih kecil dari suhu awal t 1 dan jumlah panas yang dilepaskan oleh tubuh adalah negatif.
Koefisien c dalam rumus (13,5) disebut kapasitas panas spesifik zat.
Panas spesifik- ini adalah nilai numerik yang sama dengan jumlah panas yang diterima atau dilepaskan suatu zat dengan massa 1 kg ketika suhunya berubah sebesar 1 K.
Kapasitas panas spesifik gas tergantung pada proses perpindahan panas. Jika Anda memanaskan gas pada tekanan konstan, itu akan memuai dan melakukan pekerjaan. Untuk memanaskan gas sebesar 1 °C pada tekanan konstan, perlu mentransfer lebih banyak panas daripada memanaskannya pada volume konstan, ketika gas hanya akan memanas.
Zat cair dan zat padat memuai sedikit bila dipanaskan. Kapasitas panas spesifik mereka pada volume konstan dan tekanan konstan sedikit berbeda.
Panas spesifik penguapan.
Untuk mengubah cairan menjadi uap selama proses perebusan, perlu untuk mentransfer sejumlah panas ke dalamnya. Suhu zat cair tidak berubah ketika mendidih. Transformasi cairan menjadi uap pada suhu konstan tidak menyebabkan peningkatan energi kinetik molekul, tetapi disertai dengan peningkatan energi potensial interaksi mereka. Lagi pula, jarak rata-rata antara molekul gas jauh lebih besar daripada antara molekul cair.
Nilai numerik yang sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah 1 kg cairan menjadi uap pada suhu konstan disebut panas spesifik penguapan.
Proses penguapan cairan terjadi pada suhu berapa pun, sementara molekul tercepat meninggalkan cairan, dan mendingin selama penguapan. Panas spesifik penguapan sama dengan panas spesifik penguapan.
Nilai ini dilambangkan dengan huruf r dan dinyatakan dalam joule per kilogram (J / kg).
Panas spesifik penguapan air sangat tinggi: r H20 = 2,256 10 6 J/kg pada suhu 100 °C. Dalam cairan lain, seperti alkohol, eter, merkuri, minyak tanah, panas spesifik penguapan 3-10 kali lebih kecil daripada air.
Untuk mengubah cairan bermassa m menjadi uap, sejumlah panas diperlukan sama dengan:
Q p \u003d rm. (13.6)
Saat uap mengembun, jumlah panas yang sama dilepaskan:
Q k \u003d -rm. (13.7)
Panas spesifik fusi.
Ketika tubuh kristal meleleh, semua panas yang disuplai ke sana pergi untuk meningkatkan energi potensial interaksi molekul. Energi kinetik molekul tidak berubah, karena peleburan terjadi pada suhu konstan.
Nilai numerik yang sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah zat kristal dengan berat 1 kg pada titik leleh menjadi cairan disebut panas spesifik fusi dan dilambangkan dengan huruf .
Selama kristalisasi zat dengan massa 1 kg, jumlah kalor yang dilepaskan sama persis dengan yang diserap selama peleburan.
Kalor jenis peleburan es agak tinggi: 3,34 10 5 J/kg.
“Jika es tidak memiliki panas peleburan yang tinggi, maka pada musim semi seluruh massa es harus mencair dalam beberapa menit atau detik, karena panas terus-menerus ditransfer ke es dari udara. Konsekuensi dari ini akan mengerikan; karena bahkan di bawah situasi sekarang ini, banjir besar dan aliran air yang deras muncul dari pencairan es atau salju yang sangat banyak.” R. Black, abad ke-18
Untuk melelehkan benda kristal bermassa m, sejumlah panas yang diperlukan sama dengan:
Qpl \u003d m. (13.8)
Jumlah panas yang dilepaskan selama kristalisasi tubuh sama dengan:
Q cr = -λm (13,9)
persamaan keseimbangan panas.
Pertimbangkan pertukaran panas dalam suatu sistem yang terdiri dari beberapa benda yang awalnya memiliki suhu berbeda, misalnya, pertukaran panas antara air dalam bejana dan bola besi panas yang diturunkan ke dalam air. Menurut hukum kekekalan energi, jumlah panas yang dilepaskan oleh satu benda secara numerik sama dengan jumlah panas yang diterima oleh benda lain.
Jumlah panas yang diberikan dianggap negatif, jumlah panas yang diterima dianggap positif. Jadi, jumlah total kalor Q1 + Q2 = 0.
Jika pertukaran panas terjadi antara beberapa benda dalam sistem yang terisolasi, maka
Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... = 0. (13.10)
Persamaan (13.10) disebut persamaan keseimbangan panas.
Di sini Q 1 Q 2 , Q 3 - jumlah panas yang diterima atau dilepaskan oleh tubuh. Jumlah panas ini dinyatakan dengan rumus (13,5) atau rumus (13,6) - (13,9), jika berbagai transformasi fase zat terjadi dalam proses perpindahan panas (pelelehan, kristalisasi, penguapan, pengembunan).
Energi dalam sistem termodinamika dapat diubah dengan dua cara:
- melakukan kerja pada sistem
- melalui interaksi termal.
Perpindahan panas ke tubuh tidak berhubungan dengan kinerja kerja makroskopik pada tubuh. Dalam hal ini, perubahan energi internal disebabkan oleh fakta bahwa molekul individu dari tubuh dengan suhu yang lebih tinggi bekerja pada beberapa molekul tubuh, yang memiliki suhu lebih rendah. Dalam hal ini, interaksi termal diwujudkan karena konduksi termal. Transfer energi juga dimungkinkan dengan bantuan radiasi. Sistem proses mikroskopis (tidak berkaitan dengan seluruh tubuh, tetapi untuk molekul individu) disebut perpindahan panas. Jumlah energi yang dipindahkan dari satu benda ke benda lain sebagai akibat dari perpindahan panas ditentukan oleh jumlah panas yang dipindahkan dari satu benda ke benda lain.
Definisi
kehangatan disebut energi yang diterima (atau diberikan) oleh tubuh dalam proses pertukaran panas dengan tubuh sekitarnya (lingkungan). Panas dilambangkan, biasanya dengan huruf Q.
Ini adalah salah satu besaran dasar dalam termodinamika. Panas termasuk dalam ekspresi matematika dari hukum pertama dan kedua termodinamika. Panas dikatakan sebagai energi dalam bentuk gerak molekul.
Panas dapat dikomunikasikan ke sistem (tubuh), atau dapat diambil darinya. Dipercaya bahwa jika panas diberikan ke sistem, maka itu positif.
Rumus untuk menghitung panas dengan perubahan suhu
Jumlah dasar panas dilambangkan sebagai . Perhatikan bahwa elemen kalor yang diterima (diberikan) oleh sistem dengan perubahan kecil pada keadaannya bukanlah diferensial total. Alasan untuk ini adalah bahwa panas adalah fungsi dari proses perubahan keadaan sistem.
Jumlah panas dasar yang dilaporkan ke sistem, dan perubahan suhu dari T ke T + dT, adalah:
di mana C adalah kapasitas panas tubuh. Jika benda yang dipertimbangkan homogen, maka rumus (1) untuk jumlah panas dapat direpresentasikan sebagai:
di mana adalah panas jenis benda, m adalah massa benda, adalah kapasitas panas molar, adalah massa molar zat, adalah jumlah mol zat.
Jika benda homogen, dan kapasitas panas dianggap tidak tergantung pada suhu, maka jumlah panas () yang diterima benda ketika suhunya meningkat dengan suatu nilai dapat dihitung sebagai:
dimana t 2 , t 1 suhu tubuh sebelum dan sesudah pemanasan. Harap dicatat bahwa ketika menemukan perbedaan () dalam perhitungan, suhu dapat diganti baik dalam derajat Celcius maupun dalam kelvin.
Rumus untuk jumlah panas selama transisi fase
Perpindahan dari satu fase zat ke fase lain disertai dengan penyerapan atau pelepasan sejumlah panas tertentu, yang disebut panas transisi fase.
Jadi, untuk memindahkan suatu unsur materi dari wujud padat ke cair, harus diberitahukan jumlah kalor () yang sama dengan:
di mana panas spesifik fusi, dm adalah elemen massa tubuh. Dalam hal ini, harus diperhitungkan bahwa tubuh harus memiliki suhu yang sama dengan titik leleh zat yang bersangkutan. Selama kristalisasi, panas yang dilepaskan sama dengan (4).
Jumlah panas (panas penguapan) yang diperlukan untuk mengubah cairan menjadi uap dapat ditemukan sebagai:
di mana r adalah panas spesifik penguapan. Saat uap mengembun, panas dilepaskan. Panas penguapan sama dengan panas kondensasi dari massa materi yang sama.
Satuan untuk mengukur jumlah panas
Satuan dasar untuk mengukur jumlah kalor dalam sistem SI adalah: [Q]=J
Satuan panas di luar sistem yang sering ditemukan dalam perhitungan teknis. [Q]=kal (kalori). 1 kal = 4,1868 J.
Contoh pemecahan masalah
Contoh
Latihan. Berapa volume air yang harus dicampur untuk mendapatkan 200 liter air pada suhu t=40C, jika suhu satu massa air adalah t 1 =10C, massa kedua air adalah t2 =60C?
Keputusan. Kami menulis persamaan keseimbangan panas dalam bentuk:
di mana Q=cmt - jumlah panas yang disiapkan setelah mencampur air; Q 1 \u003d cm 1 t 1 - jumlah panas sebagian air dengan suhu t 1 dan massa m 1; Q 2 \u003d cm 2 t 2 - jumlah panas sebagian air dengan suhu t 2 dan massa m 2.
Persamaan (1.1) menyiratkan:
Saat menggabungkan bagian air dingin (V 1) dan panas (V 2) menjadi satu volume (V), kita dapat menerima bahwa:
Jadi, kita mendapatkan sistem persamaan:
Menyelesaikannya, kita mendapatkan:
Fokus artikel kami adalah jumlah panas. Kami akan mempertimbangkan konsep energi internal, yang ditransformasikan ketika nilai ini berubah. Kami juga akan menunjukkan beberapa contoh penerapan perhitungan dalam aktivitas manusia.
Panas
Dengan kata apa pun dari bahasa ibu, setiap orang memiliki asosiasinya sendiri. Mereka ditentukan oleh pengalaman pribadi dan perasaan irasional. Apa yang biasanya dilambangkan dengan kata "kehangatan"? Selimut lembut, baterai pemanas sentral yang berfungsi di musim dingin, sinar matahari pertama di musim semi, seekor kucing. Atau tatapan seorang ibu, kata-kata penghiburan dari seorang teman, perhatian yang tepat waktu.
Fisikawan mengartikannya sebagai istilah yang sangat spesifik. Dan sangat penting, terutama di beberapa bagian dari ilmu yang kompleks namun menarik ini.
Termodinamika
Tidak ada gunanya mempertimbangkan jumlah panas dalam isolasi dari proses paling sederhana yang menjadi dasar hukum kekekalan energi - tidak ada yang akan jelas. Karena itu, untuk memulai, kami mengingatkan pembaca kami.
Termodinamika menganggap segala sesuatu atau objek sebagai kombinasi dari sejumlah besar bagian dasar - atom, ion, molekul. Persamaannya menggambarkan setiap perubahan dalam keadaan kolektif sistem secara keseluruhan dan sebagai bagian dari keseluruhan saat mengubah parameter makro. Yang terakhir dipahami sebagai suhu (dilambangkan sebagai T), tekanan (P), konsentrasi komponen (biasanya C).
Energi dalam
Energi internal adalah istilah yang agak rumit, artinya harus dipahami sebelum berbicara tentang jumlah panas. Ini menunjukkan energi yang berubah dengan kenaikan atau penurunan nilai parameter makro objek dan tidak bergantung pada sistem referensi. Ini adalah bagian dari energi total. Itu bertepatan dengan itu dalam kondisi ketika pusat massa benda yang dipelajari dalam keadaan diam (yaitu, tidak ada komponen kinetik).
Ketika seseorang merasa bahwa suatu benda (misalnya, sepeda) telah memanas atau mendingin, ini menunjukkan bahwa semua molekul dan atom yang membentuk sistem ini telah mengalami perubahan energi internal. Namun, keteguhan suhu tidak berarti pelestarian indikator ini.
Kerja dan kehangatan
Energi internal dari setiap sistem termodinamika dapat diubah dalam dua cara:
- dengan mengerjakannya;
- selama pertukaran panas dengan lingkungan.
Rumus untuk proses ini terlihat seperti ini:
dU=Q-A, di mana U adalah energi dalam, Q adalah kalor, A adalah kerja.
Biarkan pembaca tidak tertipu oleh kesederhanaan ekspresi. Permutasi menunjukkan bahwa Q=dU+A, tetapi pengenalan entropi (S) membawa rumus ke bentuk dQ=dSxT.
Karena dalam hal ini persamaan mengambil bentuk persamaan diferensial, ekspresi pertama membutuhkan hal yang sama. Selanjutnya, tergantung pada gaya yang bekerja pada objek yang diteliti dan parameter yang dihitung, rasio yang diperlukan diturunkan.
Mari kita ambil bola logam sebagai contoh sistem termodinamika. Jika Anda menekannya, membuangnya, menjatuhkannya ke dalam sumur yang dalam, maka ini berarti mengerjakannya. Secara lahiriah, semua tindakan tidak berbahaya ini tidak akan membahayakan bola, tetapi energi internalnya akan berubah, meskipun sangat sedikit.
Cara kedua adalah perpindahan panas. Sekarang kita sampai pada tujuan utama artikel ini: deskripsi tentang jumlah panas. Ini adalah perubahan energi internal sistem termodinamika yang terjadi selama perpindahan panas (lihat rumus di atas). Itu diukur dalam joule atau kalori. Jelas, jika bola dipegang di atas korek api, di bawah sinar matahari, atau hanya di tangan yang hangat, bola akan memanas. Dan kemudian, dengan mengubah suhu, Anda dapat menemukan jumlah panas yang dikomunikasikan kepadanya pada saat yang sama.
Mengapa gas adalah contoh terbaik dari perubahan energi internal, dan mengapa siswa tidak menyukai fisika karena itu
Di atas, kami menggambarkan perubahan dalam parameter termodinamika bola logam. Mereka tidak terlalu terlihat tanpa perangkat khusus, dan pembaca dibiarkan mengambil kata tentang proses yang terjadi dengan objek. Hal lain adalah jika sistemnya adalah gas. Tekan di atasnya - itu akan terlihat, panaskan - tekanannya akan naik, turunkan ke bawah tanah - dan ini dapat dengan mudah diperbaiki. Oleh karena itu, dalam buku teks, gaslah yang paling sering dianggap sebagai sistem termodinamika visual.
Tapi, sayangnya, tidak banyak perhatian diberikan pada eksperimen nyata dalam pendidikan modern. Seorang ilmuwan yang menulis manual metodologis sangat memahami apa yang dipertaruhkan. Tampaknya baginya, dengan menggunakan contoh molekul gas, semua parameter termodinamika akan cukup ditunjukkan. Tetapi bagi seorang siswa yang baru menemukan dunia ini, membosankan mendengar tentang labu ideal dengan piston teoretis. Jika sekolah memiliki laboratorium penelitian nyata dan jam khusus untuk bekerja di dalamnya, semuanya akan berbeda. Sejauh ini, sayangnya, eksperimen hanya di atas kertas. Dan, kemungkinan besar, inilah tepatnya yang menyebabkan orang menganggap cabang fisika ini sebagai sesuatu yang murni teoretis, jauh dari kehidupan dan tidak perlu.
Oleh karena itu, kami memutuskan untuk memberikan sepeda yang telah disebutkan di atas sebagai contoh. Seseorang menekan pedal - berhasil. Selain mengkomunikasikan torsi ke seluruh mekanisme (karena sepeda bergerak di ruang angkasa), energi internal bahan dari mana tuas dibuat berubah. Pengendara sepeda mendorong pegangan untuk berputar, dan kembali melakukan pekerjaan.
Energi internal lapisan luar (plastik atau logam) meningkat. Seseorang pergi ke tempat terbuka di bawah sinar matahari yang cerah - sepeda memanas, jumlah panasnya berubah. Berhenti untuk beristirahat di bawah naungan pohon ek tua dan sistem menjadi dingin, membuang kalori atau joule. Meningkatkan kecepatan - meningkatkan pertukaran energi. Namun, perhitungan jumlah panas dalam semua kasus ini akan menunjukkan nilai yang sangat kecil dan tidak terlihat. Oleh karena itu, tampaknya tidak ada manifestasi fisika termodinamika dalam kehidupan nyata.
Penerapan perhitungan untuk perubahan jumlah panas
Mungkin pembaca akan mengatakan bahwa semua ini sangat informatif, tetapi mengapa kita begitu tersiksa di sekolah dengan formula ini. Dan sekarang kami akan memberikan contoh di bidang aktivitas manusia mana mereka secara langsung dibutuhkan dan bagaimana ini berlaku untuk siapa pun dalam kehidupan sehari-harinya.
Pertama-tama, lihat sekeliling Anda dan hitung: berapa banyak benda logam di sekitar Anda? Mungkin lebih dari sepuluh. Tetapi sebelum menjadi klip kertas, gerobak, cincin atau flash drive, logam apa pun dilebur. Setiap pabrik yang memproses, katakanlah, bijih besi harus memahami berapa banyak bahan bakar yang dibutuhkan untuk mengoptimalkan biaya. Dan ketika menghitung ini, perlu diketahui kapasitas panas bahan baku yang mengandung logam dan jumlah panas yang harus diberikan padanya agar semua proses teknologi dapat berlangsung. Karena energi yang dilepaskan oleh satu unit bahan bakar dihitung dalam joule atau kalori, rumus diperlukan secara langsung.
Atau contoh lain: sebagian besar supermarket memiliki departemen dengan barang beku - ikan, daging, buah-buahan. Jika bahan mentah dari daging hewan atau makanan laut diubah menjadi produk setengah jadi, mereka harus mengetahui berapa banyak unit pendingin dan pembekuan listrik yang akan digunakan per ton atau unit produk jadi. Untuk melakukan ini, Anda harus menghitung berapa banyak panas yang hilang dari satu kilogram stroberi atau cumi-cumi ketika didinginkan satu derajat Celcius. Dan pada akhirnya, ini akan menunjukkan berapa banyak listrik yang akan dihabiskan oleh freezer dengan kapasitas tertentu.
Pesawat, kapal, kereta api
Di atas, kami telah menunjukkan contoh objek statis yang relatif tidak bergerak yang diinformasikan atau, sebaliknya, sejumlah panas diambil darinya. Untuk benda yang bergerak dalam proses operasi dalam kondisi suhu yang terus berubah, perhitungan jumlah panas penting karena alasan lain.
Ada yang namanya "kelelahan logam". Ini juga termasuk beban maksimum yang diijinkan pada tingkat perubahan suhu tertentu. Bayangkan sebuah pesawat lepas landas dari daerah tropis yang lembab ke atmosfer atas yang membeku. Insinyur harus bekerja keras agar tidak hancur karena retakan pada logam yang muncul saat suhu berubah. Mereka mencari komposisi paduan yang dapat menahan beban nyata dan akan memiliki margin keamanan yang besar. Dan agar tidak mencari secara membabi buta, berharap secara tidak sengaja menemukan komposisi yang diinginkan, Anda harus melakukan banyak perhitungan, termasuk yang mencakup perubahan jumlah panas.
PERTUKARAN PANAS.
1. Perpindahan panas.
Pertukaran panas atau perpindahan panas adalah proses mentransfer energi internal dari satu tubuh ke tubuh lain tanpa melakukan usaha.
Ada tiga jenis perpindahan panas.
1) Konduktivitas termal adalah pertukaran panas antara benda-benda yang bersentuhan langsung.
2) Konveksi adalah perpindahan panas di mana panas ditransfer oleh aliran gas atau cairan.
3) Radiasi adalah perpindahan panas melalui radiasi elektromagnetik.
2. Jumlah panas.
Jumlah panas adalah ukuran perubahan energi internal suatu benda selama pertukaran panas. Dilambangkan dengan huruf Q.
Satuan besaran kalor = 1 J.
Jumlah panas yang diterima oleh suatu benda dari benda lain sebagai akibat dari perpindahan panas dapat digunakan untuk meningkatkan suhu (meningkatkan energi kinetik molekul) atau untuk mengubah keadaan agregasi (meningkatkan energi potensial).
3. Kapasitas panas spesifik suatu zat.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan benda bermassa m dari suhu T 1 ke suhu T 2 sebanding dengan massa tubuh m dan perbedaan suhu (T 2 - T 1), yaitu
Q = cm(T 2 - T 1 ) = denganmΔ T,
dengan disebut kapasitas panas spesifik zat benda yang dipanaskan.
Kapasitas kalor jenis suatu zat sama dengan jumlah kalor yang harus diberikan kepada 1 kg zat untuk memanaskannya sebesar 1 K.
Satuan kapasitas panas spesifik =.
Nilai kapasitas panas berbagai zat dapat ditemukan dalam tabel fisik.
Jumlah kalor Q yang sama persis akan dilepaskan ketika benda didinginkan oleh T.
4. Panas spesifik penguapan.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang dibutuhkan untuk mengubah cairan menjadi uap sebanding dengan massa cairan, mis.
Q = aku,
di mana adalah koefisien proporsionalitas L disebut panas spesifik penguapan.
Panas spesifik penguapan sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah 1 kg cairan pada titik didih menjadi uap.
Satuan ukuran untuk panas spesifik penguapan.
Dalam proses sebaliknya, kondensasi uap, panas dilepaskan dalam jumlah yang sama yang dihabiskan untuk penguapan.
5. Panas spesifik peleburan.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah kalor yang diperlukan untuk mengubah benda padat menjadi cair sebanding dengan massa benda, mis.
Q = λ m,
di mana koefisien proporsionalitas disebut panas spesifik peleburan.
Panas spesifik peleburan sama dengan jumlah panas yang diperlukan untuk mengubah benda padat dengan berat 1 kg menjadi cairan pada titik leleh.
Satuan ukuran untuk panas spesifik peleburan.
Dalam proses sebaliknya, kristalisasi cairan, panas dilepaskan dalam jumlah yang sama yang dihabiskan untuk mencair.
6. Panas spesifik pembakaran.
Pengalaman menunjukkan bahwa jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna bahan bakar sebanding dengan massa bahan bakar, mis.
Q = qm,
Dimana faktor proporsionalitas q disebut panas spesifik pembakaran.
Panas spesifik pembakaran sama dengan jumlah panas yang dilepaskan selama pembakaran sempurna 1 kg bahan bakar.
Satuan ukuran untuk panas spesifik pembakaran.
7. Persamaan keseimbangan panas.
Dua atau lebih benda terlibat dalam pertukaran panas. Beberapa tubuh mengeluarkan panas, sementara yang lain menerimanya. Perpindahan panas terjadi sampai suhu benda menjadi sama. Menurut hukum kekekalan energi, jumlah panas yang dilepaskan sama dengan jumlah yang diterima. Atas dasar ini, persamaan keseimbangan panas ditulis.
Pertimbangkan sebuah contoh.
Sebuah benda bermassa m 1 , yang kapasitas panasnya c 1 , memiliki suhu T 1 , dan sebuah benda bermassa m 2 , yang kapasitas panasnya c 2 , memiliki suhu T 2 . Selain itu, T 1 lebih besar dari T 2. Tubuh-tubuh ini dibawa ke dalam kontak. Pengalaman menunjukkan bahwa benda yang dingin (m 2) mulai memanas, dan benda yang panas (m 1) mulai mendingin. Ini menunjukkan bahwa bagian dari energi internal dari benda panas dipindahkan ke benda yang dingin, dan suhunya merata. Mari kita nyatakan suhu total akhir dengan . 
Jumlah panas yang dipindahkan dari benda panas ke benda dingin
Q ditransfer. = c 1 m 1 (T 1 – θ )
Jumlah panas yang diterima oleh tubuh dingin dari yang panas
Q diterima. = c 2 m 2 (θ – T 2 )
Menurut hukum kekekalan energi Q ditransfer. = Q diterima., yaitu
c 1 m 1 (T 1 – θ )= c 2 m 2 (θ – T 2 )
Mari kita buka kurung dan nyatakan nilai suhu kondisi tunak total .
Nilai suhu dalam hal ini akan diperoleh dalam kelvin.
Namun, karena dalam ekspresi untuk Q berlalu. dan Q diterima. jika ada perbedaan antara dua suhu, dan sama dalam kelvin dan derajat Celcius, maka perhitungan dapat dilakukan dalam derajat Celcius. Kemudian
Dalam hal ini, nilai suhu akan diperoleh dalam derajat Celcius.
Persamaan suhu sebagai akibat dari konduksi panas dapat dijelaskan atas dasar teori kinetika molekuler sebagai pertukaran energi kinetik antar molekul selama tumbukan dalam proses gerak kacau termal.
Contoh ini dapat diilustrasikan dengan grafik. 
