Spetsiifiline soojus, mida see koosneb, kuidas seda arvutatakse ja näiteid

The konkreetne soojus on energia kogus, mida teatud aine gramm peab absorbeerima, et tõsta selle temperatuuri ühe kraadi võrra. See on intensiivne füüsiline omadus, kuna see ei sõltu massist, mida väljendatakse ainult aine grammi kohta; see on siiski seotud osakeste arvu ja osakeste molaarmassiga, samuti nende molekulmassiga, mis neid siduvad.

Aine poolt neeldunud energia kogus väljendatakse džaulides (J) ja harvem kalorites (Cal). Üldiselt eeldatakse, et energia absorbeerub soojuse kaudu; aga energia võib pärineda mõnest teisest allikast, näiteks materjalist tehtud töödel (näiteks range agitatsioon)..

Ülemine pilt näitab teekannu, millest vabaneb selle kuumutamisel tekkinud veeaurud. Vee soojendamiseks peab see soojendama teekannu all olevast leekist. Seega, kui aeg läheb edasi ja sõltuvalt tule intensiivsusest, keeb vesi keemistemperatuurini.

Konkreetne soojus määrab, kui palju energiat tarbib vesi iga kraadi ° C juures, mis suurendab selle temperatuuri. See väärtus on konstantne, kui sama teekannu kuumutatakse erineva mahuga vett, sest nagu alguses mainitud, on see intensiivne omadus.

Mis erineb, on iga soojendusega veekogu poolt kogunenud energia kogus, mida tuntakse ka soojusvõimsusena. Mida suurem on soojendatava vee mass (2, 4, 10, 20 liitrit), seda suurem on selle soojusvõimsus; kuid selle konkreetne soojus on endiselt sama.

See omadus sõltub rõhust, temperatuurist ja mahust; lihtsa arusaamise eesmärgil jäetakse nende vastavad variatsioonid välja.

Indeks

• 1 Mis on konkreetne soojus??
• 2 Kuidas arvutatakse konkreetne soojus?
  • 2.1 Vesi kui viide
  • 2.2 Termiline tasakaal
  • 2.3 Matemaatiline areng
  • 2.4 Arvutusnäide
• 3 Näited
  • 3.1 Vesi
  • 3.2 Jää
  • 3.3 Alumiinium
  • 3.4 Raud
  • 3.5 Õhk
  • 3.6 Hõbe
• 4 Viited

Mis on konkreetne soojus?

Määrati kindlaks, milline konkreetse aine jaoks mõeldud soojus on. Kuid selle tegelik tähendus on kõige paremini väljendatav selle valemiga, mis selgitab selle üksuste kaudu, millised on kliirensid, mis analüüsivad muutujaid, millel see sõltub. Selle valem on:

Ce = Q / ΔT · m

Kui Q on neeldunud soojus, ΔT temperatuurimuutus ja m on aine mass; et määratlus vastab ühele grammile. Teie üksuste analüüsi tegemine on:

Ce = J / ºC

Seda saab väljendada ka järgmistel viisidel:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · kg

Esimene neist on kõige lihtsam ja selle abil käsitletakse näiteid järgmistes osades.

Valem näitab selgelt neeldunud energia kogust (J) ühe grammi aine võrra ühe kraadi ° C juures. Kui sa tahad seda energiat kustutada, siis peaksite jätma kõrvale võrrandi J:

J = Ce · ° C · g

See väljendub sobivamal viisil ja vastavalt muutujaile oleks:

Q = Ce · ΔT · m

Kuidas arvutatakse konkreetne soojus?

Vesi kui viide

Eelmises valemis ei tähenda "m" ainet grammi, kuna see on juba kaudselt Ce-s. See valem on väga kasulik erinevate ainete spetsiifiliste soojuste arvutamiseks kalorimeetria abil.

Kuidas? Kasutades kalorite määratlust, mis on energia kogus, mis on vajalik vee grammi kuumutamiseks 14,5 ° C-lt 15,5 ° C-ni; See on võrdne 4,184 J-ga.

Vee erisoojus on ebanormaalselt kõrge ja seda omadust kasutatakse teiste ainete spetsiifiliste soojuste mõõtmiseks, teades väärtust 4.184 J.

Mida tähendab see, et konkreetne soojus on kõrge? See takistab märkimisväärset vastupanuvõimet selle temperatuuri tõstmiseks, mistõttu peab see rohkem energiat vastu võtma; see tähendab, et vett tuleb palju rohkem kuumutada võrreldes teiste ainetega, mis soojusallika läheduses on peaaegu koheselt kuumutatud.

Sel põhjusel kasutatakse vett kalorimeetrilistes mõõtmistes, kuna sellel ei teki keemilistest reaktsioonidest vabaneva energia neelamisel järsku temperatuuri muutusi; või sel juhul kokkupuude muu kuumema materjaliga.

Termiline tasakaal

Kuna vesi vajab selle temperatuuri tõstmiseks palju soojust, võib soojus tekkida näiteks kuumast metallist. Võttes arvesse vee ja metalli massi, toimub mõlema vahelise soojuse vahetus kuni termilise tasakaalu saavutamiseni.

Sellisel juhul tasakaalustatakse vee ja metalli temperatuur. Kuumast metallist eralduv soojus on võrdne veega absorbeeritud soojusega.

Matemaatiline areng

Seda teades ja viimati kirjeldatud Q valemi puhul on meil:

Q_Vesi= -Q_Metal

Negatiivne märk näitab, et kuumim keha (metall) vabastab soojuse kõige külmemale kehale (vesi). Igal ainel on oma spetsiifiline kuumus Ce ja selle mass, nii et seda väljendit tuleb arendada järgmiselt:

Q_Vesi = Ce_Vesi · ΔT_Vesi · M_Vesi = - (Ce_Metal · ΔT_Metal · M_Metal)

Tundmatu on Ce_Metal, kuna termilise tasakaalu juures on nii vee kui ka metalli lõpptemperatuur sama; Lisaks on vee ja metalli esialgsed temperatuurid teada enne kokkupuudet nii nende kui ka nende massidega. Seepärast peame Ce-i selge_Metal:

Ce_Metal = (Ce_Vesi · ΔT_Vesi · M_Vesi) / (-TT_Metal · M_Metal)

Unustamata seda Ce_Vesi see on 4,84 J / ºC · g. Kui ΔT on välja töötatud_Vesi ja ΔT_Metal, see on (T_f - T_Vesi) ja (T_f - T_Metal). Vesi kuumutatakse, kui metall jahtub ja seetõttu negatiivne märk korrutatakse ΔT-ga_Metal viibimine (T_Metal - T_f). Vastasel juhul ΔT_Metal oleks T väärtuseks negatiivne_f väike (külmem) kui T_Metal.

Seejärel väljendatakse võrrandit sel viisil:

Ce_Metal = Ce_Vesi · (T_f - T_Vesi) · M_Vesi/ (T_Metal - T_f) · M_Metal

Ja sellega arvutatakse konkreetsed soojused.

Arvutusnäide

Sellel on kummaline metall, mis kaalub 130 g ja mille temperatuur on 90 ° C. See on sukeldatud 100 g 25 ° C juures olevasse veemahutisse kalorimeetri sees. Termilise tasakaalu saavutamisel muutub konteineri temperatuur 40 ° C. Arvutage metall Ce.

Lõplik temperatuur, T_f, See on 40ºC. Teades teisi andmeid, saate määrata Ce otse:

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

Ce_Metal = 0,965 J / ° C · g

Pange tähele, et vee erisoojus on umbes neli korda suurem kui metallist (4.184 / 0.965).

Kui Ce on väga väike, seda suurem on kalduvus soojeneda; mis on seotud selle soojusjuhtivusega ja difusiooniga. Kõrgema Ce-ga metall kipub vabanema või kaotama rohkem soojust, kui see puutub kokku teise materjaliga, võrreldes teise metalliga, millel on madalam Ce.

Näited

Allpool on näidatud erinevate ainete spetsiifilised kuumutused.

Vesi

Nagu öeldud, on vee erisoojus 4,84 J / ° C · g.

Tänu sellele väärtusele saab ta ookeanis palju päikest ja vesi ei suuda märgatavalt aurustuda. Selle tulemuseks on termiline erinevus, mis ei mõjuta mereelu. Näiteks, kui te lähete ujuma rannale, isegi kui see on päikesepaisteline, saate vees madalamat jahedamat temperatuuri tunda.

Kuum vesi vajab ka jahutamiseks palju energiat. Protsessis soojendab see tsirkuleerivaid õhu massi, suurendades talvedel vähe temperatuure (parasvöötme) rannikualadel..

Teine huvitav näide on see, et kui me ei ole veega moodustatud, võib päike päevas olla surmav, sest meie kehade temperatuur tõuseb kiiresti.

Ce ainulaadne väärtus tuleneb molekulidevahelistest vesinik silladest. Need neelavad soojust murda, nii et nad hoiavad energiat. Kuni nende murdumiseni ei saa veemolekulid vibreerida, suurendades keskmist kineetilist energiat, mis peegeldub temperatuuri tõusus.

Jää

Jää eriline soojus on 2,090 J / ºC · g. Sarnaselt veega on see ebatavaliselt kõrge. See tähendab, et näiteks jäämägi peaks oma temperatuuri suurendamiseks absorbeerima suure hulga soojust. Kuid mõned tänased jäämäed on isegi sulanud sulatamiseks vajaliku soojuse (latentne termotuumasüntees).

Alumiinium

Alumiiniumi erisoojus on 0,900 J / ºC · g. See on veidi madalam kui kera metall (0,965 J / ºC). Siin absorbeeritakse soojus, et vibreerida alumiiniumi metallilisi aatomeid oma kristallstruktuurides, mitte aga üksikuid molekule, mida ühendavad molekulidevahelised jõud..

Raud

Raua erisoojus on 0,444 J / ºC. See on vähem kui alumiinium, see tähendab, et see on kuumutamisel vastu vähemakindlusele; see tähendab, et enne tulekahju muutub punane punane punane enne alumiiniumist tükki.

Alumiinium, erinevalt kuumutamisest, hoiab toitu kuumana kauem, kui suupisteid pakitakse kuulsale alumiiniumfooliumile.

Õhk

Õhu soojus on ligikaudu 1,003 J / ºC. See väärtus on väga surve all ja temperatuuridel, sest see koosneb gaasisegust. Siin imendub soojus lämmastiku, hapniku, süsinikdioksiidi, argooni jms vibreerimiseks..

Hõbe

Lõpuks on hõbe erisoojus 0,234 J / ºC · g. Kõigist mainitud ainetest on Ce madalaim väärtus, mis tähendab, et enne rauda ja alumiiniumi kuumutatakse hõbe palju rohkem samal ajal kui ülejäänud kaks metalli. Tegelikult ühtlustub see kõrge soojusjuhtivusega.

Viited

1. Serway & Jewett. (2008). Füüsika: teaduse ja tehnika jaoks. (Seitsmes väljaanne), 1. köide, Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Keemia (Kaheksas väljaanne). Cengage'i õppimine.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. november 2018). Keemia spetsiifiline soojusmaht. Välja otsitud andmebaasist: thinkco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Spetsiifiline soojus. Välja otsitud andmebaasist: scienceworld.wolfram.com
5. R Laev. (2016). Spetsiifiline soojus. Georgia Riiklik Ülikool. Välja otsitud andmebaasist: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Spetsiifiline soojus Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org