علوم وفضاء

تحديد الحرارة النوعية وسعة المسعر: كيف نفصلهما؟

معادلتان مستقلتان تحددان المجهولين
حساب المعادلتين من بيانات المثال.

تحديد الحرارة النوعية وسعة المسعر: افصل حرارة الوعاء عن الماء. [2]

الخلاصة السريعة

مع ثبات خواص النموذج، يمكن لتجربتين مستقلتين فصل الحرارة النوعية للعينة عن سعة المسعر. [1]

  • نفترض عينة صلبة وماءً ومسعرًا معزولة عن الخارج، بلا تبخر أو تغير طور أو تفاعل. c حرارة العينة النوعية، وC سعة المسعر وحده؛ ثابتتان في التجربتين. ms كتلة العينة وmw كتلة الماء؛ cw حرارة الماء النوعية المعروفة. [1]
  • تبدأ العينة عند Th، والماء والمسعر معًا عند Tc، ثم تتزن كلها عند Tf، مع Th>Tf>Tc. ميزان الطاقة: ms c(Th−Tf)=(mw cw+C)(Tf−Tc). c وcw بوحدة J/(kg·K)، وC بوحدة J/K؛ الكتل kg والحرارات °C. فرق °C يساوي فرق K؛ J جول. [1]
  • لكل تجربة نعرف r=ms(Th−Tf)/(Tf−Tc)، بوحدة kg؛ تصبح المعادلة rc=mw cw+C. تجربة واحدة تسمح بأزواج مختلفة من c وC. لتجربتين مع r2≠r1 نستنتج c=cw(mw2−mw1)/(r2−r1)، ثم C=r1c−mw1cw. يجب فحص معقولية القيم المستنتجة وشروط النموذج. [1]
  • مثال مفترض: ms=0.2kg وTc=20°C وTf=35°C في التجربتين، مع cw=4200J/(kg·K) قيمة تعليمية مقربة. الأولى mw1=0.1kg وTh1=80°C؛ الثانية mw2=0.2kg وTh2=115°C. ينتج r1=0.6kg وr2=(16/15)kg؛ ومنهما c=900J/(kg·K) وC=120J/K. هذه بيانات حسابية، لا تجربة منفذة. [2]
  • في الأولى تفقد العينة 8100J؛ يكتسب الماء 6300J والمسعر 1800J. في الثانية تفقد العينة 14400J؛ يكتسب الماء 12600J والمسعر 1800J. تجاهل C في الأولى يعطي c_app=700J/(kg·K)، أصغر من c الحقيقية في هذا المثال. [2]
  • إذا كررنا الشروط نفسها، نكرر المعادلة ولا نضيف معلومة مستقلة. حتى تغيير حرارة العينة أو كتلتها وحدهما مع ثبات كتلة الماء والخواص لا يفصل المجهولين؛ يبقى r=(mw cw+C)/c ثابتًا في النموذج. استقلال البيانات، لا عدد التجارب وحده، هو ما يحدد إمكان الحل. [2]

حدد الأجسام والخواص

نفترض عينة صلبة وماءً ومسعرًا معزولة عن الخارج، بلا تبخر أو تغير طور أو تفاعل. c حرارة العينة النوعية، وC سعة المسعر وحده؛ ثابتتان في التجربتين. ms كتلة العينة وmw كتلة الماء؛ cw حرارة الماء النوعية المعروفة. [1]

اكتب ميزان الطاقة

تبدأ العينة عند Th، والماء والمسعر معًا عند Tc، ثم تتزن كلها عند Tf، مع Th>Tf>Tc. ميزان الطاقة: ms c(Th−Tf)=(mw cw+C)(Tf−Tc). c وcw بوحدة J/(kg·K)، وC بوحدة J/K؛ الكتل kg والحرارات °C. فرق °C يساوي فرق K؛ J جول. [1]

افصل المجهولين بمعادلتين

لكل تجربة نعرف r=ms(Th−Tf)/(Tf−Tc)، بوحدة kg؛ تصبح المعادلة rc=mw cw+C. تجربة واحدة تسمح بأزواج مختلفة من c وC. لتجربتين مع r2≠r1 نستنتج c=cw(mw2−mw1)/(r2−r1)، ثم C=r1c−mw1cw. يجب فحص معقولية القيم المستنتجة وشروط النموذج. [1]

حل مثالًا بتغيير كتلة الماء

مثال مفترض: ms=0.2kg وTc=20°C وTf=35°C في التجربتين، مع cw=4200J/(kg·K) قيمة تعليمية مقربة. الأولى mw1=0.1kg وTh1=80°C؛ الثانية mw2=0.2kg وTh2=115°C. ينتج r1=0.6kg وr2=(16/15)kg؛ ومنهما c=900J/(kg·K) وC=120J/K. هذه بيانات حسابية، لا تجربة منفذة. [2]

تحقق من توزيع الحرارة

في الأولى تفقد العينة 8100J؛ يكتسب الماء 6300J والمسعر 1800J. في الثانية تفقد العينة 14400J؛ يكتسب الماء 12600J والمسعر 1800J. تجاهل C في الأولى يعطي c_app=700J/(kg·K)، أصغر من c الحقيقية في هذا المثال. [2]

حرارة الماء والوعاء في التجربتين
جزء من الحرارة يصل إلى المسعر.

افحص استقلال التجربتين

إذا كررنا الشروط نفسها، نكرر المعادلة ولا نضيف معلومة مستقلة. حتى تغيير حرارة العينة أو كتلتها وحدهما مع ثبات كتلة الماء والخواص لا يفصل المجهولين؛ يبقى r=(mw cw+C)/c ثابتًا في النموذج. استقلال البيانات، لا عدد التجارب وحده، هو ما يحدد إمكان الحل. [2]

المراجع

  1. الحرارة النوعية وميزان الطاقة
  2. امتصاص المسعر للحرارة ومعايرته

مفهوم الحرارة النوعية

أُعدّ هذا المقال بمساعدة الذكاء الاصطناعي، وخضع لمراجعة ذاتية بالأداة نفسها. لا يُنسب إلى مراجع بشري أو خبير مستقل. منهجية المحتوى.