Comprensione dell'energia cinetica e della temperatura
* Energia cinetica: L'energia del movimento. In una sostanza, le molecole si muovono costantemente e la loro energia cinetica media è direttamente correlata alla temperatura.
* Temperatura: Una misura dell'energia cinetica media delle molecole in una sostanza.
Il problema
Vuoi trovare l'energia cinetica media del caffè e del tè. Il problema è che l'energia cinetica media è * proporzionale * alla temperatura, ma abbiamo bisogno di una relazione specifica per ottenere una risposta numerica.
Ecco cosa dobbiamo sapere per calcolare l'energia cinetica media:
1. Capacità termica specifica: Questo ci dice quanta energia è necessaria per aumentare la temperatura di una massa specifica della sostanza di un grado Celsius (o Kelvin).
2. Massa: Dobbiamo conoscere la massa del caffè e del tè (non solo il volume) per calcolare l'energia totale.
3. Una costante: L'equazione per l'energia cinetica è:
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Ke =(3/2) * k * t
`` `
Dove:
* Ke è energia cinetica
* K è costante di Boltzmann (1.380649 × 10⁻²³ J/K)
* T è la temperatura in Kelvin (K)
Calcolo dell'energia cinetica media:
1. Converti le temperature in Kelvin: Aggiungi 273.15 alle temperature di Celsius:
* Caffè 1:34 ° C + 273.15 =307,15 K
* Caffè 2:38 ° C + 273.15 =311,15 K
* Tè:43 ° C + 273.15 =316,15 K
2. Trova la massa: Dovrai conoscere la densità del caffè e del tè (supponendo che siano principalmente acqua) per convertire il volume in massa. La densità dell'acqua è di circa 1 g/ml.
3. Calcola l'energia cinetica per ciascuno: Usa l'equazione ke =(3/2) * K * T con le temperature Kelvin.
4. Energia cinetica media (opzionale): Se desideri l'energia cinetica media di tutto il caffè e il tè insieme, dovrai calcolare l'energia totale (cambiamento di temperatura di calore * di massa *) per ciascuno e quindi in media.
Esempio
Diciamo che il caffè e il tè hanno una densità vicina all'acqua (1 g/mL).
* caffè 1: 0,5 L =500 ml. Supponendo che la densità sia di 1 g/mL, la massa è di 500 g.
* caffè 2: Come sopra, 500 g.
* Tea: 0,25 L =250 ml. Supponendo che la densità sia di 1 g/mL, la massa è di 250 g.
Quindi, utilizzare l'equazione ke =(3/2) * K * T per calcolare l'energia cinetica per ciascuno.
Nota importante: L'energia cinetica media delle molecole all'interno della sostanza è indipendente dal volume della sostanza. Dipende solo dalla temperatura.
