Varmekapacitet | Modellering af energi | Fysik i Gymnasiet | Khan Academy

Varmekapacitet er en egenskab, der beskriver, hvor meget energi der er nødvendigt for at ændre temperaturen af et materiale. Objekter med en høj specifik varmekapacitet kræver mere energi for at ændre deres temperatur end objekter med lav specifik varmekapacitet. Målt i enheden Joules pr. kilogram Kelvin kan materialets specifikke varmekapacitet anvendes til at finde ændringen i termisk energi, når et objekt gennemgår en temperaturændring.

Fysik på Khan Academy: I fysik lærer vi om de grundlæggende principper, der hersker i den fysiske verden omkring os. Vi start med at se på bevægelse. Dernæst vil vi lære om kræfter, impuls, energi og andre begreber i mange fysiske situationer. For at få det fulde udbytte ud af fysik, skal du huske også at lære algebra og grundlæggende trigonometri.

Khan Academy har en mission om at give gratis, verdensklasse undervisning til hvem som helst, hvor som helst. Vi tilbyder quizzer, opgaver, videoer og artikler inden for områder som matematik, kunst, computerprogrammering, økonomi, fysik, kemi, biologi, medicin, finans, historie, og meget mere. Vi giver lærere værktøjer og data som de kan bruge til at hjælpe deres elever med at udvikle deres færdigheder, vaner og tankegang, så de fremover kan have succes både i skolen og senere i livet. Khan Academy er oversat til mange sprog og over 15 millioner mennesker verden over lærer via Khan Academy hver måned. Khan Academy er et 501(c)(3) nonprofit selskab.

Giv en donation eller Bliv frivillig i dag!

https://www.khanacademy.org/donate
https://www.khanacademy.org/contribute

Hej alle sammen.

I dag skal vi snakke om
varmekapacitet,

eller termisk kapacitet.

Det er den mængde af
varme, der skal tilføres

for at ændre temperaturen af et materiale.

Ud fra denne definition, hvilken enhed
vil du så forvente varmekapacitet har?

Varme er en type af energi
og vi beskriver, hvor meget

der skal bruges for at ændre temperaturen.

Enheden for varmekapacitet
er energi per temperatur.

SI-enheden er J per K.

SI-enheden bruger K (kelvin)
for temperaturen,

som har den samme skala som ℃.

En ændring på 1 ℃

er lig med en ændring på 1 K,

men K har ikke nogle negative tal,

så 0 K er det laveste, man kan have.

Du har sikkert allerede en forståelse for
begrebet varmekapacitet,

selvom du ikke har hørt om det før.

Forestil dig to beholdere med vand,
der varmes af den samme flamme.

Den ene er fyldt med vand,
og den anden er kun halvt fyldt.

Du forventer sikkert, at den med
mindst vand vil koge hurtigere.

Det skyldes faktisk varmekapacitet.

Den beholder med mindre vand
har en lavere varmekapacitet.

Det er fordi varmekapacitet blandt
andet afhænger af

massen af objektet eller systemet.

Mindre vand har mindre masse
og mindre varmekapacitet.

Den anden ting som varmekapacitet
afhænger af er materialet.

Det er sikkert også noget du
allerede har kendskab til.

Forstil dig, at du griller på en varm dag

og der er to klapstole klappet op,
som du kan vælge i mellem.

Den ene er lavet af metal
og den anden af plastik,

og de står begge i solen.

Du vælger nok den af plastik
for at undgå et vist ubehag.

Grunden til at metal stolen er varmere
selvom begge stole står i solen er, fordi

metal og plastik er forskellige materialer
og har forskellige varmekapaciteter.

Varmekapaciteten af et objekt eller system

afhænger altså både af masse og materiale.

Vi kan kombinere disse til det vi kalder
den specifikke varmekapacitet.

Den specifikke varmekapacitet
er varmekapacitet per masse.

Derfor er den specifikke varmekapacitet
uafhængig af systemets masse,

da den opgives per masse.

Det er en konstant for hvert materiale.

Der skal der altid tilføres
den samme mængde energi

for at hæve temperaturen af
1 kg af et vist materiale,

mens der for et andet materiale skal,
bruges en anden mængde energi.

Hvilken enhed tror du
specifik varmekapacitet har?

Ligesom varmekapacitet er det energi per
temperatur, men nu er der også per masse.

SI-enheden er
J per K per kg.

Specifik varmekapacitet gange masse
er lig med varmekapacitet.

Hvis du har den specifikke varmekapacitet

og du skal bestemme den samlede
varmekapacitet af et objekt eller system,

så skal du gange med objektets
eller systemets masse.

Omvendt, hvis du har varmekapaciteten
og massen, så kan du bestemme den

specifikke varmekapacitet af det materiale
ved at dividere varmekapacitet med massen.

Da specifik varmekapacitet er en konstant
for hvert materiale kan man slå det op,

da videnskabsmænd har målt den specifikke
varmekapacitet for mange materialer.

Lad os vende tilbage til
de to beholdere med vand.

Rent flydende vand har en
specifik varmekapacitet

på 4184 J per K per kg,

men andre materialer har andre
specifikke varmekapaciteter.

Lad os vende tilbage til klapstolene, hvor
metal stolen er varmere end plastik stolen.

Metal klapstole er typisk lavet af

aluminum som har en specifik varmekapacitet
på 897 J /(K·kg).

Plastik har en specifik varmekapacitet
på 1670 J/(K·kg).

Ud fra disse specifikke varmekapaciteter
kan du se, når solen tilfører den samme

mængde af energi til begge stole,
så vil temperaturen af metal stolen

stige meget mere, da der skal bruges
mindre energi for at øges dens temperatur,

fordi den har en lavere specifik
varmekapacitet.

Nu da vi har set, hvordan materialet
ændrer varmekapacitet,

lad os se på massen, og vende
tilbage til de to beholdere.

I disse beholdere har vi rent vand,

som vi ved, har en specifik varmekapacitet

på 4184 J/(K·kg).

Beholderne selv har også en varmekapacitet

men den ser vi bort fra for at
gøre det mere enkelt.

Hvis denne beholder har 2 kg vand,
så kan vi udregne, hvor meget energi

der skal tilføres for at ændre
temperaturen af vandet.

Starttemperaturen af vandet er omkring
300 K, som er cirka stuetemperatur.

Vi vil bruge vandet til at lave noget te,

som bedst laves med vand,
der er omkring 355 K.

Ud fra din forståelse af varmekapacitet,
så kan vi nu bestemme, hvor mange

J der skal bruges for at få vandet
fra 300 K til 355 K.

Vi har den specifikke varmekapacitet
og massen, som kan ganges for at få

den samlede varmekapacitet.

Per definition er varmekapacitet den
energi, der skal bruges per temperatur,

så hvis vi ganger varmekapacitet med
temperaturændringen,

så får vi mængden af energi.

Denne sammenhæng er en
vigtig termodynamisk ligning.

c bruges for specifik varmekapacitet.

Q bruges for varme.

Det er præcis det, vi lige har udregnet.

Den varme eller energi, der skal bruges,

er lig med den specifikke varmekapacitet
gange massen gange temperaturændringen.

Lad os indsætte værdierne.

Masse

specifik varmekapacitet

og temperaturændringen.

Som altid kan enhederne hjælpe os.

Specifik varmekapacitet
har enheden J/(K·kg),

Vi ganger med masse,
der har enheden kg

så disse kg reduceres.

Vi ganger også med temperaturændringen,
som måles i K,

så K vil også reduceres.

Tilbage har vi J, som er energi,
hvilket er hvad vi vil have.

Når vi ganger det sammen, får vi,
at der skal tilføres 460,24 kJ.

Lad os se på den anden beholder.

Denne beholder har 1 kg vand,
hvordan ændrer det udregningen?

Sæt videoen på pause og tænk over,
hvad dens varmekapacitet er.

Da vi har det samme materiale, så har
vi den samme specifikke varmekapacitet.

Den samlede varmekapacitet vil være
halvt så stor, da massen er halvt så stor.

Når vandets temperatur øges det samme,
så skal der bruges halvt så meget energi,

så der skal bruges 230,12 kJ.

Nu ved vi, hvordan massen så vel som
materialet påvirker varmekapaciteten.

I dag har vi snakket om varmekapacitet.

Vi har lært, det er den mængde af varme

der skal tilføres for at ændre
temperaturen af et materiale

og at det måles i joules per Kelvin

og den afhænger både af systemets masse
og det materiale systemet består af.

Vi gennemgik et par eksempler,

der sætter nogle tal på den
intuitative forståelse vi

allerede havde af verden omkring os.

Jeg vil opfordrer dig til at overveje,

hvor varmekapacitet
dukker op i din dagligdag.

For eksempel, hvorfor er nogle ting
mere tørre end andre

når du tømmer opvaskemaskinen?
Det kan du tænke lidt over.

Tusind tak for at have lyttet med.

Jeg håber, du har lært noget
og at vi ser dig igen snart. Hej.