Inzicht in kinetische energie en temperatuur

* Kinetische energie: De energie van beweging. In een stof bewegen moleculen constant en hun gemiddelde kinetische energie is direct gerelateerd aan de temperatuur.

* Temperatuur: Een maat voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen in een stof.

het probleem

U wilt de gemiddelde kinetische energie van de koffie en thee vinden. Het probleem is dat de gemiddelde kinetische energie * evenredig * is voor temperatuur, maar we hebben een specifieke relatie nodig om een numeriek antwoord te krijgen.

Dit is wat we moeten weten om de gemiddelde kinetische energie te berekenen:

1. Specifieke warmtecapaciteit: Dit vertelt ons hoeveel energie nodig is om de temperatuur van een specifieke massa van de stof met één graad Celsius (of Kelvin) te verhogen.

2. massa: We moeten de massa van de koffie en thee (niet alleen het volume) kennen om de totale energie te berekenen.

3. Een constante: De vergelijking voor kinetische energie is:

`` `

Ke =(3/2) * k * t

`` `

Waar:

* Ke is kinetische energie

* K is de constante van Boltzmann (1.380649 × 10⁻²³ j/k)

* T is temperatuur in Kelvin (K)

het berekenen van de gemiddelde kinetische energie:

1. Converteer temperaturen naar Kelvin: Voeg 273.15 toe aan de Celsius -temperaturen:

* Koffie 1:34 ° C + 273.15 =307.15 K

* Koffie 2:38 ° C + 273.15 =311.15 K

* Thee:43 ° C + 273.15 =316.15 k

2. Zoek de massa: Je moet de dichtheid van koffie en thee weten (ervan uitgaande dat ze voornamelijk water zijn) om het volume om te zetten in massa. De dichtheid van het water is ongeveer 1 g/ml.

3. Bereken de kinetische energie voor elk: Gebruik de vergelijking KE =(3/2) * K * t met de Kelvin -temperaturen.

4. Gemiddelde kinetische energie (optioneel): Als u de gemiddelde kinetische energie van alle koffie en thee samen wilt, moet u de totale energie (massa * specifieke warmte * temperatuurverandering) voor elk berekenen en deze vervolgens gemiddeld.

Voorbeeld

Laten we zeggen dat de koffie en thee een dichtheid hebben dicht bij water (1 g/ml).

* koffie 1: 0,5 L =500 ml. Ervan uitgaande dat dichtheid 1 g/ml is, is de massa 500 g.

* koffie 2: Hetzelfde als hierboven, 500 g.

* thee: 0,25 L =250 ml. Ervan uitgaande dat dichtheid 1 g/ml is, is de massa 250 g.

Gebruik vervolgens de vergelijking KE =(3/2) * k * t om de kinetische energie voor elk te berekenen.

Belangrijke opmerking: De gemiddelde kinetische energie van moleculen in de stof is onafhankelijk van het volume van de stof. Het hangt alleen af van de temperatuur.