Förstå kinetisk energi och temperatur
* kinetisk energi: Rörelsens energi. I ett ämne rör sig molekyler ständigt och deras genomsnittliga kinetiska energi är direkt relaterad till temperaturen.
* Temperatur: Ett mått på molekylernas genomsnittliga kinetiska energi i ett ämne.
Problemet
Du vill hitta den genomsnittliga kinetiska energin i kaffe och te. Problemet är att den genomsnittliga kinetiska energin är * proportionell * mot temperaturen, men vi behöver en specifik relation för att få ett numeriskt svar.
Här är vad vi behöver veta för att beräkna den genomsnittliga kinetiska energin:
1. Specifik värmekapacitet: Detta berättar hur mycket energi som krävs för att höja temperaturen på en specifik massa av ämnet med en grad Celsius (eller Kelvin).
2. massa: Vi måste känna till kaffet och teet (inte bara volymen) för att beräkna den totala energin.
3. en konstant: Ekvationen för kinetisk energi är:
`` `
Ke =(3/2) * k * t
`` `
Där:
* Ke är kinetisk energi
* K är Boltzmanns konstant (1.380649 × 10⁻²³ J/K)
* T är temperaturen i Kelvin (K)
Beräkna den genomsnittliga kinetiska energin:
1. Konvertera temperaturer till Kelvin: Lägg till 273.15 till Celsius -temperaturen:
* Kaffe 1:34 ° C + 273,15 =307,15 K
* Kaffe 2:38 ° C + 273,15 =311,15 K
* Te:43 ° C + 273,15 =316,15 K
2. Hitta massan: Du måste veta tätheten av kaffe och te (förutsatt att de främst är vatten) för att konvertera volymen till massa. Vattens densitet är cirka 1 g/ml.
3. Beräkna den kinetiska energin för varje: Använd ekvationen KE =(3/2) * K * T med Kelvin -temperaturen.
4. Genomsnittlig kinetisk energi (valfritt): Om du vill ha den genomsnittliga kinetiska energin för allt kaffe och te tillsammans måste du beräkna den totala energin (mass * specifik värme * temperaturförändring) för var och en i genomsnitt dem.
Exempel
Låt oss säga att kaffe och te har en densitet nära vatten (1 g/ml).
* kaffe 1: 0,5 L =500 ml. Förutsatt att densiteten är 1 g/ml, är massan 500 g.
* kaffe 2: Samma som ovan, 500 g.
* te: 0,25 L =250 ml. Förutsatt att densiteten är 1 g/ml, är massan 250 g.
Använd sedan ekvationen KE =(3/2) * K * T för att beräkna den kinetiska energin för varje.
Viktig anmärkning: Den genomsnittliga kinetiska energin hos molekyler i ämnet är oberoende av ämnets volym. Det beror bara på temperaturen.
