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材料科学

热力学

总热量与相态变化热量计算

作者:小编2021-09-08 17:39:00

SPECIFIC HEAT CALCULATION 

总热量与相态变化热量计算

2019-07-05 lixingdotcom 材料科学基础知识 Leave a comment

 总热量与相态变化热量计算(图1)

公式:

 总热量与相态变化热量计算(图2)

计算一:(计算总热量)

有一金属水缸,装满20度c,重量为20kg的水,已知水1kg 上升一度所需要的热量为4186(joules/kilogram*digree celsius),如果欲加热水至50度c, 若不考虑外界热量影响因素,需要多少热量?

解答:
Q=mc ΔT
Q=(2 kg)*(4186 joules/kilogram*digree celsius )*(50 digree celsius-20 digree celsius )
Q=251160 joules (需要的热量)

计算二:(计算热平衡)

有一金属水缸,装满20度c,重量为20kg的水,放入一块重量为0.5kg,温度为90度c的铜块,已知 水1kg 上升一度所需要的热量为4186(joules/kilogram*digree celsius) 铜块 1kg 上升一度所需要的热量为387(joules/kilogram*digree celsius) ,若不考虑外界热量影响因素,最后温度平衡的温度会是几度?

解答:
因为假设实验温度为封闭环境不受外界热量干扰
Q=mc ΔT
Qc+Qw=0(热量守恒)


(2 kg)*(4186 joules/kilogram*digree celsius )*(Tf-20 digree celsius )-( 0.5 kg)*(387 joules/kilogram*digree celsius )*(Tf-90 digree celsius ) =0

Tf=21.58 digree celsius(最后温度)

计算三:(相态变换计算1)

有一金属水缸,装满20度c,重量为20kg的水,已知水1kg 上升一度所需要的热量为4186(joules/kilogram*digree celsius)和水1kg变为1kg水蒸气所需要的热量L为2260000 (joules/kilogram) ,如果欲加热水至水蒸气, 若不考虑外界热量影响因素,需要多少热量?

解答:
Q=mc ΔT
Q=(2 kg)*(4186 joules/kilogram*digree celsius )*(100 digree celsius-20 digree celsius )
Q=669760 joules (需要的热量)
但这个热量却还不足以将水变为水蒸气,只是会有100度c的水,必须要持续提供热量才会产生相态变化,变为水蒸气
这时我就需要知道 相态变化heat of fusion(融化) 与 vaporization(蒸发) 所需要的额外热量
而计算相位变化的公式为
Q=mL
L为latent heat ( 是物质在物态变化(相变)过程中,在温度没有变化的情况下,吸收或释放的能量。 )

所以最后的正确地计算会是

Q=mc ΔT (水到一百度的热量)+mL(水变成水蒸气的热量)
Q=669760 joules + (2kg)*( 2260000 joules/kilogram )
Q=5189760 joules (水变成水蒸气所需要的热量)

计算四:(相态变换计算2)

有一3kg冰块,-40度c,已知 冰1kg 上升一度所需要的热量为2090(joules/kilogram*digree celsius) ,水1kg 上升一度所需要的热量为4186(joules/kilogram*digree celsius) ,水蒸气1kg上升一度所需要的热量为2010(joules/kilogram*digree celsius) ,水1kg变为1kg水蒸气所需要的热量L为2260000 (joules/kilogram)和 冰1kg变为1kg水所需要的热量L为333000 (joules/kilogram) ,如果欲加热冰变为水蒸气且最后温度Tf为160度c, 若不考虑外界热量影响因素,需要多少热量?

解答:
Q=冰块-40度到0度所需热量+heat of fusion(冰变为水融化的热量)+水0度至100度所需热量+heat of vaporization (蒸发得热量)+水蒸气100度到160度所需的热量

冰块-40度到0度所需热量
Q= (3kg)*( 2090 joules/kilogram )*(0 digree celsius – (-40 digree celsius ))=250800 joules
heat of fusion(冰变为水融化的热量)
Q= (3kg)*( 333000 joules/kilogram ) =999000 joules
0度至100度所需热量
Q= (3kg)*( 4186 joules/kilogram )*(100 digree celsius – (0 digree celsius ))=1255800 joules
heat of vaporization (蒸发得热量)
Q= (3kg)*( 2260000 joules/kilogram ) =6280000 joules
水蒸气100度到160度所需的热量
Q= (3kg)*( 2010 joules/kilogram )*(160 digree celsius – (100 digree celsius ))=361800 joules

最后相加
250800+999000+1255800+6280000+361800=9147400 joules( 加热冰变为水蒸气且最后温度为160度c的热量 )