Výmena tepla medzi telesami vo učebnej pomôcke pre študentov lexiky
Ak dve telá s rôznymi teplotami prichádzajú do styku a sú ponechané na svoje vlastné zariadenia, dochádza k výmene tepla medzi nimi a tým k vyrovnaniu teploty. Platí základný zákon výmeny tepla, ktorý znie:
Keď sa dve telá s rôznymi teplotami dostanú do vzájomného tesného kontaktu, telo s vyššou teplotou vydáva teplo, telo s nižšou teplotou teplo absorbuje. Teplo vydávané organizmom pri vyššej teplote je rovnako veľké ako teplo absorbované organizmom pri nižšej teplote.
Týmto spojením je možné napr. B. na výpočet teploty miešania dvoch množstiev vody.
Dodávka tepla
# Teplo # vnútorná energia # teplota # teplomer # Kelvin # stupňov Celzia
Teplotné stupnice
# Teplota # Teplo # Kelvinova stupnica # Teplomer # Celzia # Celzia
Základný zákon výmeny tepla
Ak dávate do nádoby teplú a studenú vodu, napr. B. v umývadle alebo vo vani, potom teplá voda vydáva teplo, studená voda toto teplo absorbuje. Po chvíli bude mať všetka voda rovnakú teplotu. V takom prípade už nedochádza k ďalšej výmene tepla.
Aj keď si z. B. umiestni horúce varené vajce do studenej vody, teplo sa vymieňa medzi vajíčkom a vodou, kým nie sú obidve rovnaké teploty. Základný zákon výmeny tepla platí pre každé teleso, ktoré má rôzne teploty a prichádza do vzájomného blízkeho tepelného kontaktu.
Aplikácia základného zákona výmeny tepla
Na výpočet teploty miešania dvoch množstiev vody alebo iných kvapalín možno použiť základný zákon výmeny tepla. Predpokladáme dve kvapaliny s rôznymi teplotami, ktoré sú navzájom zmiešané a ktoré majú po zmiešaní spoločnú teplotu miešania.
Pôvodne teplejšia kvapalina 1 (obr. 2) vydáva po zmiešaní teplo. Toto teplo, ktoré vydáva, sa dá všeobecne vypočítať pomocou základnej rovnice teórie tepla:
Q ab = c 1 ⋅ m 1 ⋅ (ϑ 1 - ϑ M)
Teplo, ktoré absorbuje pôvodne chladnejšia kvapalina 2, sa dá vypočítať aj takto:
Q zu = c 2 ⋅ m 2 ⋅ (ϑ M - ϑ 2)
Podľa základného zákona výmeny tepla je odovzdávané teplo a absorbované teplo rovnaké. Platí nasledujúce:
c 1 ⋅ m 1 ⋅ (ϑ 1 - ϑ M) = c 2 ⋅ m 2 ⋅ (ϑ M - ϑ 2)
Ak niekto usporiada túto rovnicu podľa teploty miešania ϑ M, získa Richmannovo pravidlo miešania. To je:
Za podmienky, že nedôjde k žiadnym fyzikálnym zmenám a žiadnym tepelným stratám, možno teplotu zmesi dvoch telies vypočítať pomocou rovnice:
Táto rovnica nie je platná iba pre dve kvapaliny, ale pre akékoľvek dve telesá, pokiaľ nedochádza k zmenám vo fyzikálnom stave.
Toto pravidlo miešania je pomenované po nemeckom prírodovedcovi GEORGU WILHELMOVI RICHMANNOVI (1711-1753).
V prípade kvapalín vyrobených z rovnakej látky, napr. B. dve množstvá vody, špecifické tepelné kapacity sú rovnaké. Potom sa to zjednoduší richmannovo pravidlo miešania a znie:
ϑ M = m 1 ⋅ ϑ 1 + m 2 ⋅ ϑ 2 m 1 + m 2
Všimnite si: V praxi zvyčajne existujú tepelné straty, ktoré sa vo vyššie uvedených rovniciach nezohľadňujú. V závislosti od typu zmesi môže byť preto teplota zmesi v praxi vyššia alebo nižšia ako vypočítaná teplota.
Nádoba, v ktorej sa zmes nachádza, môže tiež absorbovať alebo vydávať teplo. Toto je možné zohľadniť pri takzvanej tepelnej kapacite (hodnote vody) nádoby. Podrobnejšie vysvetlenie nájdete v časti „Kalorimetrické merania“ v samostatnom článku na disku CD.