Panasnya ... Berapa banyak panas yang akan dilepaskan saat pembakaran?

Semua zat memiliki energi internal. Nilai ini ditandai oleh sejumlah sifat fisik dan kimia, di antaranya perhatian khusus harus diberikan pada panas. Nilai ini merupakan nilai matematis abstrak yang menggambarkan kekuatan interaksi molekul materi. Memahami mekanisme pertukaran panas dapat membantu menjawab pertanyaan berapa banyak panas yang dilepaskan saat pendinginan dan pemanasan zat, serta pembakarannya.

Sejarah penemuan fenomena panas

Awalnya, fenomena perpindahan panas dijelaskan dengan sangat sederhana dan mudah dimengerti: jika suhu zat naik, ia akan panas, dan dalam kasus pendinginan, ia melepaskannya ke lingkungan. Namun, panas bukan merupakan bagian integral dari cairan atau benda yang dimaksud, seperti yang dipikirkan tiga abad yang lalu. Orang secara naif percaya bahwa zat tersebut terdiri dari dua bagian: molekul dan panasnya sendiri. Sekarang sangat sedikit orang yang ingat bahwa istilah "suhu" dalam bahasa Latin berarti "campuran", dan, misalnya, mereka berbicara tentang perunggu sebagai "suhu timah dan tembaga".

Pada abad ke-17, dua hipotesis muncul yang bisa menjelaskan fenomena perpindahan panas dan panas. Yang pertama kali diusulkan pada tahun 1613 oleh Galileo. Perumusannya terdengar seperti ini: "Panas adalah zat yang tidak biasa yang bisa menembus tubuh manapun dan keluar dari sana." Galileo menyebut zat ini panas. Ia berpendapat bahwa panasnya tidak bisa hilang atau hancur, namun hanya bisa berpindah dari satu tubuh ke tubuh lainnya. Dengan demikian, semakin panas dalam kandungan, semakin tinggi suhunya.

Hipotesis kedua muncul pada tahun 1620, dan filsuf Bacon menyarankannya. Dia melihat bahwa di bawah pukulan palu yang kuat, setrika telah memanas. Prinsip ini juga bertindak saat api dinyalakan oleh gesekan, yang menyebabkan Bacon menyukai sifat molekuler panas. Dia berpendapat bahwa ketika sebuah tindakan mekanis pada tubuh molekulnya mulai saling melawan, meningkatkan kecepatan gerakan dan dengan demikian menaikkan suhu.

Hasil dari hipotesis kedua adalah kesimpulan bahwa panas adalah hasil dari aksi mekanis molekul materi satu sama lain. Lomonosov mencoba membuktikan teori ini dalam jangka waktu yang panjang.

Panas adalah ukuran energi internal suatu zat

Ilmuwan modern sampai pada kesimpulan berikut: energi termal adalah hasil interaksi molekul materi, yaitu energi internal tubuh. Kecepatan partikel tergantung pada suhu, dan besarnya panas berbanding lurus dengan massa zat. Jadi, seember air memiliki lebih banyak energi termal daripada cangkir yang terisi. Namun, piring dengan cairan panas bisa memiliki sedikit panas daripada baskom dengan yang dingin.

Teori panas, yang diajukan pada abad ke 17 oleh Galileo, dibantah oleh ilmuwan J. Joule dan B. Rumford. Mereka membuktikan bahwa energi panas tidak memiliki massa dan ditandai secara eksklusif oleh gerakan mekanis molekul.

Berapa banyak panas yang akan dilepaskan saat zat itu dibakar? Panas pembakaran khusus

Sampai saat ini, sumber energi universal dan banyak digunakan adalah gambut, minyak, batu bara, gas alam atau kayu. Saat membakar zat ini, sejumlah panas dilepaskan, yang digunakan untuk pemanasan, mekanisme awal, dll. Bagaimana nilai ini dapat dihitung dalam praktik?

Untuk tujuan ini, konsep panas spesifik pembakaran diperkenalkan . Nilai ini tergantung pada jumlah panas yang dilepaskan saat 1 kg zat tertentu dibakar. Hal ini dilambangkan dengan huruf q dan diukur dalam J / kg. Berikut adalah tabel nilai q untuk beberapa bahan bakar yang paling umum.

Insinyur dalam konstruksi dan perhitungan mesin perlu mengetahui berapa banyak panas yang akan dilepaskan saat sejumlah materi terbakar. Untuk ini, pengukuran tidak langsung dapat dilakukan dengan menggunakan rumus Q = qm, di mana Q adalah panas dari pembakaran bahan, q adalah panas spesifik pembakaran (nilai tabulasi), dan m adalah massa yang ditentukan.

Pembentukan panas dalam pembakaran didasarkan pada fenomena pelepasan energi selama pembentukan ikatan kimia. Contoh paling sederhana adalah pembakaran karbon, yang terkandung dalam jenis bahan bakar modern. Karbon membakar udara atmosfer dan menggabungkannya dengan oksigen, membentuk karbon dioksida. Pembentukan ikatan kimia berlanjut dengan pelepasan energi panas ke lingkungan, dan energi ini telah disesuaikan untuk digunakan untuk tujuannya sendiri.

Sayangnya, pengeluaran sumber daya berharga seperti minyak atau gambut yang tak berdaya bisa segera menyebabkan penipisan sumber ekstraksi bahan bakar ini. Saat ini ada peralatan listrik dan bahkan model mobil baru, yang karyanya didasarkan pada sumber energi alternatif seperti sinar matahari, air atau energi kerak bumi.

Transfer panas

Kemampuan untuk menukar energi panas di dalam tubuh atau dari satu tubuh ke tubuh lainnya disebut perpindahan panas. Fenomena ini tidak terjadi secara spontan dan terjadi hanya dengan perbedaan suhu. Dalam kasus yang paling sederhana, energi termal ditransfer dari badan yang dipanaskan hingga kurang dipanaskan sampai ekuilibrium terbentuk.

Mayat tidak perlu menyentuh fenomena perpindahan panas. Bagaimanapun, pembentukan ekuilibrium dapat terjadi dan pada jarak yang kecil antara objek yang dimaksud, namun pada tingkat yang lebih lambat daripada saat mereka berada dalam kontak.

Perpindahan panas bisa dibagi menjadi tiga jenis:

1. Konduktivitas termal.

2. Konveksi.

3. Pertukaran radiasi.

Konduktivitas termal

Fenomena ini didasarkan pada transfer energi panas antara atom atau molekul materi. Alasan transfer adalah gerakan kacau molekul dan tumbukan konstan mereka. Karena ini, perpindahan panas dari satu molekul ke molekul lainnya di sepanjang rantai.

Amati fenomena konduktivitas termal dapat di nyalakan dari bahan besi, ketika kemerahan di permukaan secara bertahap menyebar dan secara bertahap membasahi (sejumlah panas dilepaskan ke lingkungan).

J. Fourier mengeluarkan formula untuk fluks panas, yang mengumpulkan semua jumlah yang mempengaruhi tingkat konduktivitas termal dari zat (lihat gambar di bawah).

Dalam rumus ini, Q / t adalah fluks panas, λ adalah koefisien konduktivitas termal, S adalah luas penampang melintang, dan T / X adalah rasio perbedaan suhu antara ujung-ujung bodi yang berada pada jarak tertentu.

Konduktivitas termal adalah nilai tabular. Ini sangat penting untuk isolasi bangunan apartemen atau isolasi peralatan termal.

Perpindahan panas radiasi

Cara lain perpindahan panas, yang didasarkan pada fenomena radiasi elektromagnetik. Perbedaannya dari konveksi dan konduktivitas termal terletak pada kenyataan bahwa transfer energi dapat terjadi di ruang vakum. Namun, seperti pada kasus pertama, diperlukan perbedaan suhu.

Pertukaran radiasi adalah contoh pengalihan energi panas Matahari ke permukaan Bumi, yang sebagian besar mengandung radiasi inframerah. Untuk menentukan berapa banyak panas sampai ke permukaan bumi, banyak stasiun dibangun yang memantau perubahan pada indikator ini.

Konveksi

Gerakan konveksi arus udara berhubungan langsung dengan fenomena perpindahan panas. Terlepas dari berapa banyak panas yang telah kita laporkan ke cairan atau gas, molekul zat mulai bergerak lebih cepat. Karena ini, tekanan seluruh sistem menurun, dan volume, sebaliknya, meningkat. Inilah penyebab pergerakan arus udara hangat atau gas lainnya ke atas.

Contoh paling sederhana penggunaan fenomena konveksi dalam kehidupan sehari-hari bisa disebut pemanasan ruangan dengan bantuan baterai. Mereka berada di dasar ruangan karena suatu alasan, tapi agar udara panas naik di tempat yang mengarah ke sirkulasi arus melalui ruangan.

Bagaimana Anda bisa mengukur jumlah panasnya?

Panas pemanasan atau pendinginan dihitung secara matematis dengan alat khusus - kalorimeter. Instalasi diwakili oleh bejana terisolasi termal besar yang diisi dengan air. Termometer diturunkan ke dalam cairan untuk mengukur suhu awal medium. Kemudian tubuh dipanaskan diturunkan ke dalam air untuk menghitung perubahan suhu cairan setelah kesetimbangan terbentuk.

Dengan meningkatkan atau menurunkan t media, ditentukan berapa panas yang harus dihangatkan tubuh harus dikeluarkan. Kalorimeter adalah perangkat paling sederhana yang bisa merekam perubahan suhu.

Selain itu, dengan menggunakan kalorimeter, Anda bisa menghitung berapa banyak panas dilepaskan saat zat dibakar. Untuk ini, "bom" ditempatkan di dalam bejana berisi air. "Bom" ini adalah bejana tertutup dimana zat uji berada. Elektroda khusus untuk pembakaran ditambahkan ke dalamnya, dan biliknya penuh dengan oksigen. Setelah pembakaran lengkap zat tersebut, terjadi perubahan suhu air.

Selama percobaan tersebut ditetapkan bahwa sumber energi termal adalah reaksi kimia dan nuklir. Reaksi nuklir terjadi di lapisan dalam Bumi, membentuk cadangan utama panas seluruh planet. Mereka juga digunakan oleh manusia untuk menghasilkan energi selama fusi termonuklir.

Contoh reaksi kimia adalah pembakaran zat dan pemisahan polimer menjadi monomer dalam sistem pencernaan manusia. Kualitas dan kuantitas ikatan kimia dalam molekul menentukan berapa banyak panas yang dilepaskan pada akhirnya.

Berapakah ukuran panasnya?

Unit pengukuran panas dalam sistem SI internasional adalah joule (J). Selain itu, unit non-sistem - kalori - digunakan dalam kehidupan sehari-hari. 1 kalori sama dengan 4,1868 J sesuai dengan standar internasional dan 4.184 J berdasarkan thermokimia. Sebelumnya, ada unit BTU Inggris, yang jarang digunakan oleh para ilmuwan. 1 BTU = 1,055 J.