Konkrētais siltums, ko tas veido, kā tas tiek aprēķināts un piemēri



The īpašs siltums ir enerģijas daudzums, kādam gramam noteiktai vielai ir jābūt absorbētai, lai paaugstinātu temperatūru vienu grādu pēc Celsija. Tā ir intensīva fiziska īpašība, jo tā nav atkarīga no masas, ko izsaka tikai gramam vielas; tomēr tas ir saistīts ar daļiņu skaitu un daļiņu molu masu, kā arī starpmolekulārajiem spēkiem, kas tos saista.

Vielas absorbētais enerģijas daudzums tiek izteikts džoulu (J) vienībās un retāk kalorijās (Cal). Parasti tiek pieņemts, ka enerģija tiek absorbēta caur karstumu; tomēr enerģija var nākt no cita avota, piemēram, darbs ar vielu (piemēram, stingra uzbudināšana)..

Augšējā attēlā redzams tējkanna, no kuras atbrīvojas ūdens tvaiki, kas rodas tās sildīšanas laikā. Lai uzsildītu ūdeni, tai ir jāiegūst siltums no liesmas, kas atrodas zem tējkanna. Tādējādi, turpinoties laikam, un atkarībā no uguns intensitātes, ūdens virs, kad sasniegs viršanas temperatūru.

Konkrētais siltums nosaka, cik daudz enerģijas ūdens patērē katrā ° C temperatūrā, kas palielina tās temperatūru. Šī vērtība ir nemainīga, ja vienā tējkannā tiek uzsildīti dažādi ūdens tilpumi, jo, kā jau minēts sākumā, tas ir intensīvs īpašums.

Kas atšķiras, ir kopējais enerģijas daudzums, ko absorbē katrs apsildāms ūdens, kas pazīstams arī kā siltuma jauda. Jo lielāks ir sildāmā ūdens daudzums (2, 4, 10, 20 litri), jo lielāka siltuma jauda; bet tās īpatnējais siltums joprojām ir vienāds.

Šī īpašība ir atkarīga no spiediena, temperatūras un tilpuma; tomēr, lai iegūtu vienkāršu izpratni, to attiecīgās izmaiņas ir izlaistas.

Indekss

  • 1 Kāds ir konkrētais siltums??
  • 2 Kā aprēķina īpatnējo siltumu?
    • 2.1 Ūdens kā atsauce
    • 2.2 Termiskā līdzsvars
    • 2.3 Matemātiskā attīstība
    • 2.4 Aprēķina piemērs
  • 3 Piemēri
    • 3.1 Ūdens
    • 3.2 Ledus
    • 3.3. Alumīnijs
    • 3.4 Dzelzs
    • 3.5
    • 3.6 Sudrabs
  • 4 Atsauces

Kāds ir īpatnējais siltums?

Tika definēts, kāds ir konkrētajai vielai paredzētais īpatnējais siltums. Tomēr tās patieso nozīmi vislabāk izsaka ar tās formulu, kas, izmantojot tās vienības, skaidri parāda, kādas ir klīrensa vērtības, analizējot mainīgos, no kuriem tas ir atkarīgs. Tās formula ir:

Ce = Q / ΔT · m

Kur Q ir absorbētais siltums, ΔT temperatūras izmaiņas un m ir vielas masa; ka saskaņā ar definīciju atbilst vienam gramam. Veicot savu vienību analīzi, jums ir:

Ce = J / ºC · g

To var izteikt arī šādos veidos:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · kg

Pirmais ir visvienkāršākais, un tieši ar to piemēri tiks aplūkoti turpmākajās sadaļās.

Formula skaidri norāda absorbētā enerģijas daudzumu (J) par vienu gramu vielas par vienu grādu ° C. Ja jūs vēlētos iztīrīt šo enerģijas daudzumu, jums būtu jāatstāj J vienādojums:

J = Ce · ºC · g

Tas, kas izteikts piemērotākā veidā un atbilstoši mainīgajiem lielumiem, būtu:

Q = Ce · ΔT · m

Kā aprēķina īpatnējo siltumu?

Ūdens kā atsauce

Iepriekšējā formulā “m” neatspoguļo vielas gramu, jo tā jau ir netieši iekļauta Ce.Šī formula ir ļoti noderīga, lai aprēķinātu dažādu vielu īpašos siltumus ar kalorimetrijas palīdzību.

Kā? Izmantojot kaloriju definīciju, kas ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai uzsildītu ūdens gramu no 14,5 līdz 15,5 ° C; Tas ir vienāds ar 4.184 J.

Ūdens īpatnējais siltums ir ārkārtīgi augsts, un šo īpašību izmanto, lai izmērītu citu vielu īpašos siltumus, zinot 4.184 J vērtību..

Ko tas nozīmē, ka īpašs siltums ir augsts? Tas iebilst pret ievērojamu pretestību palielināt temperatūru, tāpēc tai ir jāiegūst vairāk enerģijas; tas nozīmē, ka ūdeni nepieciešams sildīt daudz ilgāk, salīdzinot ar citām vielām, kuras siltuma avota tuvumā gandrīz uzreiz silda.

Šā iemesla dēļ ūdens tiek izmantots kalorimetriskajos mērījumos, jo tajā nav straujas temperatūras izmaiņas, absorbējot no ķīmiskām reakcijām atbrīvoto enerģiju; vai, šajā gadījumā, kontakts ar citu karstāku materiālu.

Termiskā bilance

Tā kā ūdenim ir nepieciešams absorbēt daudz siltuma, lai palielinātu tās temperatūru, siltums var būt, piemēram, no karsta metāla. Ņemot vērā ūdens un metāla masu, siltuma apmaiņa starp abiem notiks, līdz sasniegs to, ko sauc par termisko līdzsvaru.

Ja tas notiek, ūdens un metāla temperatūra tiek izlīdzināta. Karstā metāla izdalītais siltums ir vienāds ar ūdens absorbēto siltumu.

Matemātiskā attīstība

Zinot to un pēdējo Q aprakstīto formulu, mums ir:

QŪdens= -QMetāls

Negatīvā zīme norāda, ka siltums tiek izvadīts no karstākā ķermeņa (metāla) līdz aukstākajam ķermenim (ūdenim). Katrai vielai ir savs specifiskais siltums Ce un tā masa, tāpēc šī izteiksme jāizstrādā šādi:

QŪdens = CeŪdens · ΔTŪdens · MŪdens = - (CeMetāls · ΔTMetāls · MMetāls)

Nezināms ir CeMetāls, tā kā termiskajā līdzsvara stāvoklī gan ūdens, gan metāla gala temperatūra ir vienāda; Turklāt pirms kontakta ar ūdeni un to masām ir zināmas ūdens un metāla sākotnējās temperatūras. Tāpēc mums ir jāattīra CeMetāls:

CeMetāls = (CeŪdens · ΔTŪdens · MŪdens) / (-TTMetāls · MMetāls)

Neaizmirstot, ka CeŪdens tas ir 4,84 J / ºC · g. Ja ΔT ir izstrādātiŪdens un ΔTMetāls, tas būs (Tf - TŪdens) un (Tf - TMetāls). Ūdens tiek sasildīts, kamēr metāls atdziest, un tāpēc negatīvā zīme reizina ar ΔTMetāls uzturas (TMetāls - Tf). Pretējā gadījumā ΔTMetāls būtu negatīva vērtība Tf mazs (aukstāks) nekā TMetāls.

Tad vienādojums beidzot tiek izteikts šādā veidā:

CeMetāls = CeŪdens · (Tf - TŪdens) · MŪdens/ (TMetāls - Tf) · MMetāls

Un ar to tiek aprēķināti konkrētie siltumi.

Aprēķina piemērs

Tam ir savādāka metāla sfēra, kas sver 130 g un 90 ° C temperatūrā. Tas ir iegremdēts ūdens tvertnē ar 100 g 25 ° C temperatūrā kalorimetra iekšpusē. Kad ir sasniegts termiskais līdzsvars, konteinera temperatūra kļūst par 40 ° C. Aprēķiniet metāla Ce.

Galīgā temperatūra, Tf, Tas ir 40ºC. Zinot citus datus, varat noteikt Ce tieši:

CeMetāls = (4,184 J / ºC · g · (40 - 25) ° C · 100 g) / (90 - 40) ° C · 130 g

CeMetāls = 0,965 J / ºC · g

Ņemiet vērā, ka ūdens īpatnējais siltums ir aptuveni četras reizes lielāks par metālu (4.184 / 0.965).

Kad Ce ir ļoti mazs, jo lielāka ir tendence iesildīties; kas ir saistīts ar tā siltumvadītspēju un difūziju. Metāls ar augstāku Ce mēdz atbrīvoties vai zaudēt vairāk siltuma, kad tas nonāk saskarē ar citu materiālu, salīdzinot ar citu metālu ar zemāku Ce..

Piemēri

Specifiski dažādu vielu uzsildījumi ir parādīti zemāk.

Ūdens

Kā minēts iepriekš, ūdens īpatnējais siltums ir 4,84 J / ºC · g.

Pateicoties šai vērtībai, okeānā tā var daudz sauļoties, un ūdens tikko iztvaikos. Tas rada termisku atšķirību, kas neietekmē jūras dzīvi. Piemēram, ja jūs dodaties uz pludmali, lai peldētos, pat ja tas ir saulains ārpusē, jūs varat sajust zemāku, vēsāku ūdens temperatūru.

Karstajam ūdenim ir jāatbrīvo arī daudz enerģijas, lai atdzesētu. Šajā procesā tas silda cirkulējošās gaisa masas, ziemas laikā palielinot nedaudz temperatūras (mērenā) piekrastes reģionos..

Vēl viens interesants piemērs ir tas, ka, ja mēs nebūtu veidojuši ūdeni, diena saulē varētu būt nāvīga, jo mūsu ķermeņu temperatūra strauji pieaugs.

Šī unikālā Ce vērtība ir starpmolekulārajiem ūdeņraža tiltiem. Tie absorbē siltumu, lai pārtrauktu, tāpēc tie uzglabā enerģiju. Līdz brīdim, kad tās ir salauztas, ūdens molekulas nevar vibrēt, palielinot vidējo kinētisko enerģiju, kas atspoguļojas temperatūras pieaugumā..

Ledus

Ledus īpatnējais siltums ir 2,090 J / ºC · g. Tāpat kā ūdenim, tam ir neparasti liela vērtība. Tas nozīmē, ka, piemēram, ledkalnei ir nepieciešams absorbēt milzīgu siltuma daudzumu, lai palielinātu tās temperatūru. Tomēr daži šodienas aisbergi pat uzsūkuši siltumu, kas nepieciešams, lai izkausētu (slēpta siltuma siltums).

Alumīnijs

Īpašais alumīnija siltums ir 0,900 J / ºC · g. Tas ir nedaudz zemāks par sfēras metālu (0,965 J / ºC · g). Šeit siltums tiek absorbēts, lai vibrētu alumīnija metāla atomus tā kristāliskajās struktūrās, nevis atsevišķas molekulas, ko savieno starpmolekulārie spēki.

Dzelzs

Dzelzs īpatnējais siltums ir 0,444 J / ºC · g. Tas ir mazāks par alumīniju, tas nozīmē, ka tas ir pretestīgs mazākai pretestībai; tas ir, pirms ugunsgrēka dzelzs gabals kļūs sarkans karsts ilgi pirms alumīnija gabala.

Alumīnijs, atšķirībā no apkures, uztur ēdienu ilgāk ilgāk, ja slaveno alumīnija foliju izmanto uzkodu iesaiņošanai.

Gaisa

Gaisa īpatnējais siltums ir aptuveni 1,003 J / ºC · g. Šī vērtība ir ļoti pakļauta spiedienam un temperatūrai, jo tā sastāv no gāzes maisījuma. Šeit siltums tiek absorbēts, lai vibrētu slāpekļa, skābekļa, oglekļa dioksīda, argona uc molekulas..

Sudrabs

Visbeidzot, īpašais sudraba siltums ir 0,234 J / ºC · g. No visām minētajām vielām ir viszemākā Ce vērtība, kas nozīmē, ka pirms dzelzs un alumīnija sudraba gabals daudz vairāk uzsildītu vienlaikus ar pārējiem diviem metāliem. Faktiski tas harmonizējas ar augsto siltumvadītspēju.

Atsauces

  1. Serway & Jewett. (2008). Fizika: zinātnei un inženierzinātnēm. (Septītais izdevums), 1. sējums, Cengage Learning.
  2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Ķīmija (Astotais izdevums). Cengage mācīšanās.
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. gada 5. novembris). Īpaša siltuma jauda ķīmijā. Saturs iegūts no: thinkco.com
  4. Eric W. Weisstein. (2007). Īpašs siltums. Saturs iegūts no: scienceworld.wolfram.com
  5. R Kuģis. (2016). Īpašs siltums. Džordžijas štata universitāte. Saturs iegūts no: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  6. Vikipēdija. (2019). Specifisks siltums Saturs iegūts no: en.wikipedia.org