Specifinė šiluma, kurią sudaro, kaip ji apskaičiuojama ir pavyzdžiai

The specifinė šiluma tai energijos kiekis, kurį tam tikros medžiagos gramas turi sugerti, kad padidintų jo temperatūrą - vieną laipsnį. Tai intensyvi fizinė savybė, nes ji nepriklauso nuo masės, išreikštos tik gramui medžiagos; tačiau jis yra susijęs su dalelių skaičiumi ir dalelių moline mase, taip pat su jomis jungiančiomis tarpmolekulinėmis jėgomis.

Medžiagos sugertos energijos kiekis išreiškiamas džaulių (J) vienetais, o rečiau - kalorijų (Cal) vienetais. Apskritai manoma, kad energija absorbuojama per šilumą; tačiau energija gali būti gaunama iš kito šaltinio, pvz., atliekant darbą su medžiaga (pvz., griežtas maišymas)..

Viršutiniame vaizde matomas arbatinukas, iš kurio išleidžiami jo šildymo metu susidarę vandens garai. Norint šildyti vandenį, jis turi sugerti šilumą iš liepsnos, esančios po arbatinuko. Taigi, laikui bėgant ir priklausomai nuo ugnies intensyvumo, vanduo virs, kai pasiekia virimo temperatūrą.

Konkreti šiluma nustato, kiek energijos sunaudoja vanduo už kiekvieną laipsnį ° C, kuris padidina jo temperatūrą. Ši vertė yra pastovi, jei toje pačioje arbatiniame inde kaitinami skirtingi vandens kiekiai, nes, kaip minėta pradžioje, tai yra intensyvi nuosavybė.

Kas skiriasi, yra bendras energijos kiekis, absorbuojamas kiekviename šildomame vandens telkinyje, taip pat žinomas kaip šilumos pajėgumas. Kuo didesnis vandens kiekis, kuris bus šildomas (2, 4, 10, 20 litrų), tuo didesnė šilumos galia; tačiau jo specifinė šiluma tebėra tokia pati.

Ši savybė priklauso nuo slėgio, temperatūros ir tūrio; tačiau, siekiant paprasto supratimo, jų atitinkami variantai yra praleisti.

Indeksas

• 1 Kas yra konkreti šiluma??
• 2 Kaip apskaičiuojama specifinė šiluma?
  • 2.1 Vanduo kaip nuoroda
  • 2.2 Terminė pusiausvyra
  • 2.3 Matematinis vystymasis
  • 2.4 Skaičiavimo pavyzdys
• 3 Pavyzdžiai
  • 3.1 Vanduo
  • 3.2 Ledas
  • 3.3 Aliuminis
  • 3.4 Geležis
  • 3.5 Oro
  • 3.6 Sidabras
• 4 Nuorodos

Kas yra specifinė šiluma?

Nustatyta, kokia konkreti medžiaga skirta konkrečiai medžiagai. Tačiau jos tikrąją reikšmę geriausiai išreiškia jos formulė, kuri savo padaliniuose aiškiai parodo, kokie atstumai yra susiję, analizuojant kintamuosius, nuo kurių jis priklauso. Jo formulė:

Ce = Q / ΔT · m

Kai Q yra sugeriama šiluma, ΔT temperatūros pokytis ir m - medžiagos masė; kad pagal apibrėžimą jis atitinka vieną gramą. Atlikite savo padalinių analizę:

Ce = J / ºC · g

Kuris taip pat gali būti išreikštas šiais būdais:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · kg

Pirmasis yra paprasčiausias, ir būtent tokie pavyzdžiai bus nagrinėjami tolesniuose skyriuose.

Formulė aiškiai nurodo sugeriamos energijos kiekį (J) vienu gramu medžiagos vienu laipsniu ° C. Jei norėtumėte išvalyti tą energijos kiekį, jūs turite palikti J lygtį:

J = Ce ºC · g

Tai būtų išreikštas tinkamesniu būdu ir atsižvelgiant į kintamuosius:

Q = Ce · ΔT · m

Kaip apskaičiuojama specifinė šiluma?

Vanduo kaip nuoroda

Ankstesnėje formulėje „m“ nėra medžiagos gramas, nes jis jau netiesiogiai yra Ce. Ši formulė yra labai naudinga apskaičiuojant specifinę įvairių medžiagų šilumą kalorimetrijoje.

Kaip? Naudojant kalorijų apibrėžimą, kuris yra energijos kiekis, reikalingas vandens gramui šildyti nuo 14,5 iki 15,5 ° C; Tai lygi 4.184 J.

Specifinė vandens šiluma yra neįprastai didelė, ir ši savybė naudojama matuoti kitų medžiagų specifinį šilumą, žinant, kad 4.184 J vertė.

Ką reiškia, kad konkreti šiluma yra didelė? Tai prieštarauja dideliam atsparumui didinti temperatūrą, todėl ji turi sugerti daugiau energijos; tai yra, vanduo turi būti šildomas daug ilgiau, palyginti su kitomis medžiagomis, kurios šalia šilumos šaltinio yra šildomos beveik iš karto.

Dėl šios priežasties vanduo naudojamas kalorimetriniuose matavimuose, nes jame nėra staigių temperatūros pokyčių, sugeriančių cheminių reakcijų energiją; arba, šiuo atveju, sąlytis su kita karščia medžiaga.

Terminis balansas

Kadangi vanduo turi sugerti daug šilumos, kad padidintų temperatūrą, šiluma gali atsirasti, pavyzdžiui, karšto metalo. Atsižvelgiant į vandens ir metalo masę, abiejų pusių šiluma pasikeis, kol pasieks tai, kas vadinama termine pusiausvyra.

Tokiu atveju vandens ir metalo temperatūra yra lygi. Karšto metalo išskiriama šiluma yra lygi vandens sugeriamai šilumai.

Matematinė raida

Žinodami tai ir paskutinę Q aprašytą formulę turime:

Q_Vanduo= -Q_Metalas

Neigiamas ženklas rodo, kad karščiausias kūnas (metalas) išsiskiria į šaltiausią kūną (vandenį). Kiekviena medžiaga turi savo specifinę šilumą Ce ir jos masę, todėl ši išraiška turi būti plėtojama taip:

Q_Vanduo = Ce_Vanduo · ΔT_Vanduo · M_Vanduo = - (Ce_Metalas · ΔT_Metalas · M_Metalas)

Nežinomas yra Ce_Metalas, kadangi terminėje pusiausvyroje galutinė vandens ir metalo temperatūra yra vienoda; Be to, prieš kontaktuojant, taip pat jų masę, žinoma pradinė vandens ir metalo temperatūra. Todėl turime išvalyti Ce_Metalas:

Ce_Metalas = (Ce_Vanduo · ΔT_Vanduo · M_Vanduo) / (-TT_Metalas · M_Metalas)

Nepamirštant, kad Ce_Vanduo jis yra 4,84 J / ºC · g. Jei yra sukurta ΔT_Vanduo ir ΔT_Metalas, tai bus (T_f - T_Vanduo) ir (T_f - T_Metalas), atitinkamai. Vanduo kaitinamas, kol metalas atvės, todėl neigiamas ženklas daugėja iki ΔT_Metalas buvimas (T_Metalas - T_f). Priešingu atveju, ΔT_Metalas vertė būtų neigiama_f mažesnis (šaltesnis) nei T_Metalas.

Tada pagaliau lygtis išreiškiama taip:

Ce_Metalas = Ce_Vanduo · (T_f - T_Vanduo) · M_Vanduo/ (T_Metalas - T_f) · M_Metalas

Ir su juo apskaičiuojami konkretūs šilumai.

Skaičiavimo pavyzdys

Jame yra keista metalo sfera, sverianti 130 g ir 90 ° C temperatūroje. Tai yra panardintas į 100 g vandens talpyklą 25 ° C temperatūroje kalorimetro viduje. Kai pasiekiama terminė pusiausvyra, indo temperatūra tampa 40 ° C. Apskaičiuokite metalo Ce.

Galutinė temperatūra, T_f, Jis yra 40ºC. Žinodami kitus duomenis, galite nustatyti Ce tiesiogiai:

Ce_Metalas = (4.184 J / ° C · g · (40 - 25) ° C · 100g) / (90 - 40) ° C · 130 g

Ce_Metalas = 0,965 J / ° C · g

Atkreipkite dėmesį, kad specifinė vandens šiluma yra maždaug keturis kartus didesnė nei metalo (4.184 / 0.965).

Kai Ce yra labai mažas, tuo didesnė tendencija įšilti; kuris yra susijęs su jo šilumos laidumu ir difuzija. Metalas su aukštesniu Ce linkęs į kitą medžiagą susilpninti arba prarasti daugiau šilumos, palyginti su kitu metalu su žemesniu Ce..

Pavyzdžiai

Žemiau pateikiami skirtingų medžiagų specialieji pašildymai.

Vanduo

Kaip nurodyta, specifinė vandens šiluma yra 4,84 J / ºC · g.

Dėl šios vertės ji gali padaryti daug saulės vandenyje ir vanduo vargu ar išgaruos iki pastebimo laipsnio. Tai lemia šiluminį skirtumą, kuris neturi įtakos jūros gyvybei. Pavyzdžiui, jei einate į paplūdimį plaukti, net jei jis yra saulėtas lauke, galite pajusti žemesnę, vėsesnę vandens temperatūrą.

Karštas vanduo taip pat turi atlaisvinti daug energijos. Šiame procese ji šildo cirkuliuojančias oro mases, o žiemos metu pakyla šiek tiek temperatūros (vidutinio) pakrančių regionuose..

Kitas įdomus pavyzdys yra tai, kad jei mes nebūtų suformuoti vandeniu, diena saulėje gali būti mirtina, nes mūsų kūnų temperatūra greitai pakils.

Ši unikali Ce vertė atsiranda dėl tarpmolekulinių vandenilio tiltų. Jie sugeria šilumą, kad sugadintų, taigi jie kaupia energiją. Kol jie nepažeis, vandens molekulės negali vibruoti, didindamos vidutinę kinetinę energiją, kuri atsispindi temperatūros padidėjime..

Ledo

Speciali ledo šiluma yra 2,090 J / ºC · g. Kaip ir vanduo, jis turi neįprastai didelę vertę. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, ledkalnis turėtų sugerti didžiulį šilumos kiekį, kad padidintų jo temperatūrą. Tačiau kai kurie šiandienos ledkalniai netgi sugeria šilumą, reikalingą lydyti (latentinė šiluma)..

Aliuminis

Konkreti aliuminio šiluma yra 0,900 J / ºC · g. Jis yra šiek tiek mažesnis už rutulio metalą (0,965 J / ºC · g). Čia šiluma sugeria, kad vibruotų aliuminio metalinius atomus kristalinėse struktūrose, o ne atskiros molekulės, sujungtos tarpmolekulinėmis jėgomis.

Geležis

Speciali geležies šiluma yra 0,444 J / ºC · g. Tai yra mažiau nei aliuminis, tai reiškia, kad jis sušildo mažiau atsparumo; tai yra, prieš ugnį geležies gabalas taps raudonas karštu prieš aliuminio gabalą.

Aliuminis, priešingai nei šildymas, saugo maistą ilgiau, kai garsaus aliuminio folija naudojama užkandžiams apvynioti.

Oras

Specifinė oro šiluma yra maždaug 1,003 J / ºC · g. Ši vertė labai priklauso nuo slėgio ir temperatūros, nes ji susideda iš dujų mišinio. Čia šiluma sugeria, kad vibruotų azoto, deguonies, anglies dioksido, argono ir kt..

Sidabras

Galiausiai, sidabro šiluma yra 0,234 J / ºC · g. Iš visų minėtų medžiagų yra mažiausia Ce vertė, o tai reiškia, kad prieš geležį ir aliuminį, sidabro gabalas tuo pačiu metu, kaip ir kiti du metalai, šildytų daug daugiau. Tiesą sakant, jis suderinamas su aukštu šilumos laidumu.

Nuorodos

1. Serway & Jewett. (2008). Fizika: mokslas ir inžinerija. (Septintasis leidimas), 1 tomas, „Cengage Learning“.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Chemija (Aštuntasis leidimas). Mokymasis mokytis.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 m. Lapkričio 5 d.). Specifinis chemijos šiluminis pajėgumas. Gauta iš: thinkco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Specifinis karštis. Gauta iš: scienceworld.wolfram.com
5. R laivas. (2016). Specifinis karštis. Džordžijos valstijos universitetas. Gauta iš: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Vikipedija. (2019). Specifinė šiluma Gauta iš: en.wikipedia.org