Питома теплота в тому, що вона складається, як вона розраховується і приклади



The питомої теплоти це кількість енергії, яку грам певної речовини повинен поглинати, щоб збільшити її температуру на один градус Цельсія. Це інтенсивна фізична властивість, оскільки вона не залежить від маси, що виражається тільки для грам речовини; однак, це пов'язано з кількістю частинок і молярною масою частинок, а також міжмолекулярними силами, які зв'язують їх.

Кількість енергії, що поглинається речовиною, виражається в одиницях джоулю (J) і рідше в калоріях (Cal). Як правило, передбачається, що енергія поглинається через тепло; однак, енергія може надходити з іншого джерела, наприклад, робота над речовиною (наприклад, сувора хвилювання).

На верхньому зображенні з'являється чайник, з якого вивільняються пари, що утворюються при його нагріванні. Щоб нагріти воду, вона повинна поглинати тепло від полум'я, розташованого під чайником. Таким чином, з плином часу, і в залежності від інтенсивності вогню, вода закипить, коли вона досягне температури кипіння.

Питома тепло встановлює, скільки енергії споживає вода для кожного градуса ° C, що підвищує його температуру. Це значення є постійним, якщо в одному чайнику нагріваються різні обсяги води, оскільки, як згадувалося на початку, це інтенсивне властивість.

Що відрізняється від загальної кількості енергії, поглиненої кожним нагрітим водою, також відомим як теплоємність. Чим більше маса води, що підлягає нагріванню (2, 4, 10, 20 літрів), тим більша її теплоємність; але його питома теплота залишається незмінною.

Це властивість залежить від тиску, температури і об'єму; однак, для цілей простого розуміння, їх відповідні варіації опущені.

Індекс

  • 1 Яка теплоємність??
  • 2 Як розраховується питома теплоємність?
    • 2.1 Вода як еталон
    • 2.2 Теплова рівновага
    • 2.3 Математична розробка
    • 2.4 Приклад розрахунку
  • 3 Приклади
    • 3.1 Вода
    • 3.2 Лід
    • 3.3 Алюміній
    • 3.4 Залізо
    • 3.5 Повітря
    • 3.6 Срібло
  • 4 Посилання

Що таке питома теплоємність?

Було визначено, яка питома теплота призначена для даної речовини. Проте, його справжній зміст найкраще виражається його формулою, яка чітко простежується через її одиниці, які є зазорами, що беруть участь при аналізі змінних, від яких вона залежить. Його формула:

Ce = Q / ΔT · m

Де Q - поглинається тепло, ΔT - зміна температури, m - маса речовини; що за визначенням відповідає одному граму. Проводячи аналіз своїх одиниць, у вас є:

Ce = J / ºC · g

Що також може бути виражено наступними способами:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

Перший з них є найпростішим, і саме з цим приклади будуть розглянуті в наступних розділах.

Формула прямо вказує кількість енергії, поглиненої (J) одним грамом речовини на один градус ° C. Якщо ви хочете очистити цю кількість енергії, вам доведеться залишити осторонь рівняння J:

J = Ce · ºC · g

Це виражено більш відповідним чином і відповідно до змінних:

Q = Ce · ΔT · m

Як розраховується питома теплоємність?

Вода в якості посилання

У попередній формулі 'm' не являє собою грам речовини, тому що він вже неявно в Ce. Ця формула є дуже корисною для розрахунку питомих теплоти різних речовин за допомогою калориметрії..

Як? Використовуючи визначення калорій, яка є кількістю енергії, необхідної для нагрівання граму води з 14,5 до 15,5 ° C; Це дорівнює 4,184 Дж.

Питома теплота води аномально висока, і ця властивість використовується для вимірювання питомих теплоти інших речовин, що знають величину 4,184 J.

Що це означає, що певна теплота висока? Це виступає проти значного опору для підвищення його температури, тому він повинен поглинати більше енергії; водою потрібно нагрівати набагато довше в порівнянні з іншими речовинами, які в безпосередній близькості від джерела тепла нагріваються майже відразу.

З цієї причини вода використовується в калориметричних вимірах, оскільки вона не відчуває різких змін температури при поглинанні енергії, що виділяється при хімічних реакціях; або, для цього випадку, контактувати з іншим гарячим матеріалом.

Тепловий баланс

Оскільки вода повинна поглинати багато тепла, щоб підвищити свою температуру, тепло може виходити з гарячого металу, наприклад. Беручи до уваги маси води і металу, відбувається обмін тепла між обома, до досягнення того, що називається тепловою рівновагою.

Коли це відбувається, температура води і металу вирівнюється. Тепло, що виділяється гарячим металом, дорівнює тому, що поглинається водою.

Математична розробка

Знаючи це, і з останньою формулою для Q, що описується, ми маємо:

QВода= -QМетал

Негативний знак вказує на те, що тепло виходить з найгарячішого тіла (металу) до найхолоднішого тіла (води). Кожна речовина має свою специфічну теплоту Ce і її масу, тому цей вираз повинен бути розроблений наступним чином:

QВода = CeВода · ΔTВода · МВода = - (CeМетал · ΔTМетал · ММетал)

Невідомим є CeМетал, оскільки в тепловому рівновазі кінцева температура як для води, так і для металу однакова; Крім того, початкові температури води і металу відомі до контактування, а також їх маси. Тому ми повинні очистити СеМетал:

CeМетал = (CeВода · ΔTВода · МВода) / (-ΔTМетал · ММетал)

Не забуваючи про CeВода це 4,184 Дж / ºС · г. Якщо ΔT розробленіВода і ΔTМетал, це буде (Тf - TВода) і (Тf - TМетал), відповідно. Вода нагрівається, в той час як метал охолоджується, і тому негативний знак множиться на ΔTМетал перебування (ТМетал - Tf). В іншому випадку ΔTМетал буде мати від'ємне значення для Tf незначні (холодніше), ніж ТМетал.

Рівняння потім остаточно виражається таким чином:

CeМетал = CeВода · (Tf - TВода) · MВода/ (ТМетал - Tf) · MМетал

І з цим розраховуються специфічні теплоти.

Приклад розрахунку

Вона має сферу дивного металу, вагою 130г, і температурою 90ºC. Його занурюють у контейнер для води 100 г при температурі 25ºC, всередині калориметра. Коли досягається теплова рівновага, температура контейнера досягає 40 ° С. Розрахуйте метал Ce.

Кінцева температура, Тf, Це 40ºC. Знаючи інші дані, можна безпосередньо визначити Ce:

CeМетал = (4,184 Дж / ºС · г · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

CeМетал = 0,965 Дж / ºС · г

Зауважимо, що питома теплота води приблизно в чотири рази більша, ніж у металу (4.184 / 0.965).

Коли Ce є дуже малим, то більша схильність до нагрівання; що пов'язано з його теплопровідністю і дифузією. Метал з більш високою Ce має тенденцію вивільняти або втрачати більше тепла, коли він вступає в контакт з іншим матеріалом, порівняно з іншим металом з нижньою Ce.

Приклади

Конкретні нагрівання для різних речовин наведені нижче.

Вода

Питома теплота води, як було сказано, становить 4,184 Дж / ºС · г.

Завдяки цій цінності вона може зробити багато сонця в океані, і вода навряд чи випаруться до будь-якої помітної міри. Це призводить до теплової різниці, яка не впливає на морське життя. Наприклад, коли ви йдете на пляж, щоб плавати, навіть якщо на вулиці сонячно, ви можете відчути нижчу, більш прохолодну температуру у воді..

Гаряча вода також повинна звільнити багато енергії, щоб охолонути. При цьому він нагріває циркуляційні повітряні маси, трохи збільшуючи температури (помірний) в прибережних районах протягом зими..

Іншим цікавим прикладом є те, що якщо ми не були сформовані водою, то на сонці сон може стати смертельним, тому що температура нашого тіла швидко зросте..

Ця унікальна величина Ce обумовлена ​​міжмолекулярними водневими мостами. Вони поглинають тепло, щоб розбити, тому вони зберігають енергію. До тих пір, поки вони не зламаються, молекули води не можуть вібрувати, збільшуючи середню кінетичну енергію, що відображається в підвищенні температури..

Лід

Питома теплота льоду становить 2,090 Дж / ºС · г. Як і вода, вона має надзвичайно високу цінність. Це означає, що айсберг, наприклад, повинен буде поглинати величезну кількість тепла для підвищення своєї температури. Однак деякі айсберги сьогодні навіть поглинули тепло, необхідне для розплавлення (латентна теплота плавлення).

Алюміній

Питома теплоємність алюмінію становить 0,900 Дж / ºС · г. Він трохи нижче, ніж метал сфери (0,965 Дж / ºС · г). Тут тепло поглинається для вібрації атомів металу алюмінію в його кристалічних структурах, а не окремих молекул, з'єднаних міжмолекулярними силами.

Залізо

Питома теплота заліза становить 0,444 Дж / ºС · г. Будучи менше, ніж алюміній, це означає, що він протистоїть меншому опору при нагріванні; тобто перед вогнем залізний шматок стане червоним ще задовго до алюмінієвого шматка.

Алюміній, на відміну від нагрівання, зберігає їжу гарячою довше, коли відома алюмінієва фольга використовується для обгортання закусок.

Повітря

Питома теплота повітря становить приблизно 1,003 Дж / ºС · г. Ця величина дуже залежить від тиску і температури, оскільки вона складається з газової суміші. Тут тепло поглинається для вібрації молекул азоту, кисню, вуглекислого газу, аргону і т.д..

Срібло

Нарешті, питома теплота для срібла становить 0,234 Дж / ºС · г. З усіх згаданих речовин має найменше значення Се, що означає, що перед заліза і алюмінію шматок срібла нагрівався б набагато більше, ніж інші два метали. Фактично вона гармонізує з високою теплопровідністю.

Список літератури

  1. Serway & Jewett. (2008). Фізика: для науки і техніки. (Сьоме видання), Том 1, Cengage Learning.
  2. Уіттен, Девіс, Пек, Стенлі. (2008). Хімія (Восьме видання). Навчання Cengage.
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 листопада 2018). Специфічна теплоємність у хімії. Отримано з: thoughtco.com
  4. Ерік В. Вайсштейн. (2007). Специфічне тепло. Отримано з: scienceworld.wolfram.com
  5. R Корабель. (2016). Специфічне тепло. Державний університет Грузії. Отримано з: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  6. Вікіпедія. (2019). Питома теплоємність Отримано з: en.wikipedia.org