ความร้อนเฉพาะในสิ่งที่มันประกอบวิธีการคำนวณและตัวอย่าง

ความร้อนเฉพาะ คือปริมาณพลังงานที่หนึ่งกรัมของสารบางอย่างต้องดูดซับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิหนึ่งองศาเซลเซียส มันเป็นคุณสมบัติทางกายภาพอย่างเข้มข้นเนื่องจากมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลที่จะแสดงออกเฉพาะสำหรับกรัมของสาร อย่างไรก็ตามมันเกี่ยวข้องกับจำนวนของอนุภาคและมวลโมลาร์ของอนุภาคเช่นเดียวกับแรงระหว่างโมเลกุลที่ผูกกับมัน.

ปริมาณของพลังงานที่ถูกดูดซับโดยสารนั้นจะแสดงเป็นหน่วยของจูล (J) และมีแคลอรี่น้อย (Cal) โดยทั่วไปสันนิษฐานว่าพลังงานถูกดูดซับผ่านความร้อน แม้กระนั้นพลังงานอาจมาจากแหล่งอื่นเช่นงานที่ทำกับสาร (ตัวอย่างเช่นการกวนอย่างเข้มงวด).

ภาพด้านบนแสดงกาน้ำชาที่ปล่อยไอน้ำที่เกิดจากการให้ความร้อน เพื่อให้ความร้อนน้ำนั้นจะต้องดูดซับความร้อนจากเปลวไฟที่อยู่ภายใต้กาน้ำชา ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปและขึ้นอยู่กับความรุนแรงของไฟน้ำจะเดือดเมื่อถึงจุดเดือด.

ความร้อนจำเพาะจะกำหนดปริมาณพลังงานที่น้ำใช้สำหรับแต่ละองศาเซลเซียสซึ่งจะเพิ่มอุณหภูมิ ค่านี้จะคงที่หากปริมาตรน้ำที่แตกต่างกันถูกทำให้ร้อนในกาน้ำเดียวกัน.

สิ่งที่แตกต่างกันคือปริมาณพลังงานทั้งหมดที่ดูดซับโดยน้ำอุ่นแต่ละตัวหรือที่เรียกว่าความจุความร้อน ยิ่งมวลของน้ำอุ่นมากขึ้น (2, 4, 10, 20 ลิตร) ยิ่งความจุความร้อนยิ่งสูง แต่ความร้อนจำเพาะยังคงเหมือนเดิม.

คุณสมบัตินี้ขึ้นอยู่กับความดันอุณหภูมิและปริมาณ อย่างไรก็ตามเพื่อจุดประสงค์ในการทำความเข้าใจอย่างง่ายรูปแบบที่ตรงกันจะถูกตัดออก.

ดัชนี

• 1 ความร้อนจำเพาะคืออะไร??
• 2 คำนวณความร้อนจำเพาะอย่างไร?
  • 2.1 น้ำเป็นข้อมูลอ้างอิง
  • 2.2 ดุลยภาพทางความร้อน
  • 2.3 การพัฒนาทางคณิตศาสตร์
  • 2.4 ตัวอย่างการคำนวณ
• 3 ตัวอย่าง
  • 3.1 น้ำ
  • 3.2 น้ำแข็ง
  • 3.3 อลูมิเนียม
  • 3.4 เหล็ก
  • 3.5 Air
  • 3.6 เงิน
• 4 อ้างอิง

ความร้อนที่เฉพาะเจาะจงคืออะไร?

มันถูกนิยามว่าความร้อนจำเพาะมีความหมายต่อสารใดก็ตาม อย่างไรก็ตามความหมายที่แท้จริงของมันคือการแสดงออกที่ดีที่สุดด้วยสูตรของมันซึ่งทำให้ชัดเจนผ่านหน่วยซึ่งเป็นช่องว่างที่เกี่ยวข้องเมื่อวิเคราะห์ตัวแปรที่มันขึ้นอยู่กับ สูตรของมันคือ:

Ce = Q / ΔT· m

เมื่อ Q ถูกดูดซับความร้อน changeT อุณหภูมิจะเปลี่ยนแปลงและ m คือมวลของสาร ตามคำจำกัดความที่สอดคล้องกับหนึ่งกรัม ทำการวิเคราะห์หน่วยของคุณ:

Ce = J / ºC· g

ซึ่งสามารถแสดงด้วยวิธีต่อไปนี้:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC· Kg

อันแรกนั้นง่ายที่สุดและด้วยสิ่งนี้ตัวอย่างที่จะกล่าวถึงในส่วนต่อไปนี้.

สูตรดังกล่าวแสดงปริมาณของพลังงานที่ถูกดูดซับ (J) โดยหนึ่งกรัมของสารโดยหนึ่งองศาเซลเซียส ถ้าคุณต้องการที่จะเคลียร์พลังงานจำนวนนั้นคุณจะต้องทิ้งสมการ J:

J = Ce ·ºC· g

ที่แสดงในวิธีที่เหมาะสมมากขึ้นและตามตัวแปรจะเป็น:

Q = Ce ·ΔT· m

คำนวณความร้อนจำเพาะอย่างไร?

น้ำเป็นข้อมูลอ้างอิง

ในสูตรก่อนหน้านี้ 'm' ไม่ได้เป็นตัวแทนของแกรมของสารเพราะมันมีอยู่แล้วโดยปริยายใน Ce สูตรนี้มีประโยชน์มากในการคำนวณความร้อนเฉพาะของสารต่าง ๆ ผ่านทางความร้อน.

อย่างไร? ใช้ความหมายของแคลอรี่ซึ่งเป็นปริมาณของพลังงานที่จำเป็นในการให้ความร้อนกรัมน้ำจาก 14.5 ถึง 15.5 ° C; นี่เท่ากับ 4.184 J.

ความร้อนจำเพาะของน้ำนั้นสูงผิดปกติและคุณสมบัตินี้ใช้สำหรับวัดความร้อนจำเพาะของสารอื่น ๆ ที่ทราบค่า 4.184 J.

หมายความว่าความร้อนจำเพาะสูง? ซึ่งต่อต้านความต้านทานอย่างมากเพื่อเพิ่มอุณหภูมิดังนั้นจึงต้องดูดซับพลังงานมากขึ้น นั่นคือน้ำจะต้องได้รับความร้อนนานกว่าสารอื่น ๆ ซึ่งในบริเวณใกล้เคียงของแหล่งความร้อนจะถูกทำให้ร้อนทันที.

ด้วยเหตุนี้น้ำจึงถูกใช้ในการวัดค่าพลังงานความร้อนเนื่องจากมันไม่ได้สัมผัสกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันเมื่อดูดซับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาทางเคมี หรือสำหรับกรณีนี้ให้ติดต่อกับวัสดุที่ร้อนกว่าอื่น ๆ.

สมดุลความร้อน

เนื่องจากน้ำจำเป็นต้องดูดซับความร้อนจำนวนมากเพื่อเพิ่มอุณหภูมิความร้อนอาจมาจากโลหะร้อน คำนึงถึงมวลของน้ำและโลหะการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างทั้งสองจะเกิดขึ้นจนกว่าจะถึงสิ่งที่เรียกว่าสมดุลความร้อน.

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอุณหภูมิของน้ำและโลหะจะเท่ากัน ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากโลหะร้อนนั้นเท่ากับความร้อนที่ดูดซับโดยน้ำ.

การพัฒนาคณิตศาสตร์

เมื่อรู้สิ่งนี้และด้วยสูตรสุดท้ายสำหรับ Q ที่ได้อธิบายไปเรามี:

Q_น้ำ= -Q_โลหะ

เครื่องหมายลบแสดงว่ามีการปล่อยความร้อนจากร่างกายที่ร้อนที่สุด (โลหะ) ไปยังร่างกายที่เย็นที่สุด (น้ำ) สารแต่ละชนิดมีความร้อนเฉพาะของตัวเองและมวลดังนั้นการแสดงออกนี้จะต้องมีการพัฒนาดังนี้:

Q_น้ำ = Ce_น้ำ ·ΔT_น้ำ · M_น้ำ = - (Ce_โลหะ ·ΔT_โลหะ · M_โลหะ)

สิ่งที่ไม่รู้จักคือ Ce_โลหะ, เนื่องจากในสภาวะสมดุลทางความร้อนอุณหภูมิสุดท้ายสำหรับทั้งน้ำและโลหะจะเท่ากัน นอกจากนี้อุณหภูมิเริ่มต้นของน้ำและโลหะเป็นที่รู้จักกันก่อนที่จะติดต่อเช่นเดียวกับมวลของพวกเขา ดังนั้นเราต้องล้าง Ce_โลหะ:

อีซี_โลหะ = (Ce_น้ำ ·ΔT_น้ำ · M_น้ำ) / (-ΔT_โลหะ · M_โลหะ)

โดยไม่ลืมว่าซีอี_น้ำ มันคือ 4.184 J / ºC· g ถ้าΔTได้รับการพัฒนา_น้ำ และΔT_โลหะ, มันจะเป็น (ต_F - T_น้ำ) และ (T_F - T_โลหะ) ตามลำดับ น้ำถูกทำให้ร้อนในขณะที่โลหะเย็นตัวลงดังนั้นเครื่องหมายลบจะทวีคูณเป็นΔT_โลหะ การพักอาศัย (T_โลหะ - T_F) มิฉะนั้นΔT_โลหะ จะมีค่าลบสำหรับการเป็น T_F เล็กน้อย (เย็นกว่า) กว่า T_โลหะ.

จากนั้นสมการจะแสดงด้วยวิธีนี้ในที่สุด:

อีซี_โลหะ = Ce_น้ำ · (ต_F - T_น้ำ) · M_น้ำ/ (T_โลหะ - T_F) · M_โลหะ

และด้วยความร้อนที่เฉพาะเจาะจงจะถูกคำนวณ.

ตัวอย่างการคำนวณ

มันมีทรงกลมของโลหะแปลก ๆ ที่มีน้ำหนัก 130 กรัมและมีอุณหภูมิ90ºC สิ่งนี้ถูกจุ่มลงในภาชนะบรรจุน้ำ 100 กรัมที่25ºCภายในเครื่องวัดความร้อน เมื่อถึงสมดุลความร้อนอุณหภูมิของภาชนะจะกลายเป็น 40 ° C คำนวณ Ce โลหะ.

อุณหภูมิสุดท้าย T_F, มันคือ40ºC เมื่อทราบข้อมูลอื่นคุณสามารถกำหนด Ce ได้โดยตรง:

อีซี_โลหะ = (4.184 J / ºC· g · (40 - 25) ºC· 100 กรัม) / (90 - 40) ºC· 130g

อีซี_โลหะ = 0.965 J / ºC· g

โปรดทราบว่าความร้อนเฉพาะของน้ำมีค่าประมาณสี่เท่าของโลหะ (4.184 / 0.965).

เมื่อ Ce มีขนาดเล็กมากแนวโน้มที่จะอุ่นขึ้น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการนำความร้อนและการแพร่กระจาย โลหะที่มีค่า Ce สูงจะมีแนวโน้มที่จะปล่อยหรือสูญเสียความร้อนมากขึ้นเมื่อสัมผัสกับวัสดุอื่นเมื่อเทียบกับโลหะอื่นที่มีค่าความ.

ตัวอย่าง

ความร้อนจำเพาะสำหรับสารต่าง ๆ ดังแสดงด้านล่าง.

น้ำ

ความร้อนเฉพาะของน้ำดังที่ได้กล่าวไว้คือ 4.184 J / ·C· g.

ด้วยค่านี้มันสามารถทำให้ดวงอาทิตย์จำนวนมากในมหาสมุทรและน้ำแทบจะไม่ระเหยไปในระดับใด ๆ ส่งผลให้เกิดความแตกต่างทางความร้อนซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล ตัวอย่างเช่นเมื่อคุณไปที่ชายหาดเพื่อว่ายน้ำแม้ว่าจะมีแดดด้านนอกคุณจะรู้สึกได้ถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าและเย็นกว่าในน้ำ.

น้ำร้อนยังต้องปล่อยพลังงานจำนวนมากเพื่อทำให้เย็นลง ในกระบวนการนี้จะทำความร้อนมวลอากาศหมุนเวียนเพิ่มอุณหภูมิ (อุณหภูมิ) ในบริเวณชายฝั่งระหว่างฤดูหนาว.

อีกตัวอย่างที่น่าสนใจคือถ้าเราไม่ได้เกิดจากน้ำวันหนึ่งในดวงอาทิตย์อาจถึงตายได้เพราะอุณหภูมิของร่างกายของเราจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว.

คุณค่าที่ไม่เหมือนใครของ Ce นี้เกิดจากสะพานไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล สิ่งเหล่านี้ดูดซับความร้อนเพื่อแตกดังนั้นจึงเก็บพลังงานไว้ จนกระทั่งน้ำแตกโมเลกุลของน้ำจะไม่สั่นสะเทือนเพิ่มพลังงานจลน์เฉลี่ยซึ่งสะท้อนให้เห็นในการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ.

น้ำแข็ง

ความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคือ 2,090 J / ºC· g เช่นเดียวกับน้ำมันมีค่าสูงผิดปกติ ซึ่งหมายความว่าภูเขาน้ำแข็งจะต้องดูดซับความร้อนจำนวนมากเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ อย่างไรก็ตามภูเขาน้ำแข็งบางแห่งในวันนี้ได้ดูดซับความร้อนที่จำเป็นในการละลาย (ความร้อนแฝงของฟิวชั่น).

อลูมิเนียม

ความร้อนจำเพาะของอลูมิเนียมเท่ากับ 0.900 J / ºC· g มันต่ำกว่าโลหะของทรงกลมเล็กน้อย (0.965 J / ºC· g) ที่นี่ความร้อนถูกดูดซับเพื่อสั่นสะเทือนอะตอมโลหะของอลูมิเนียมในโครงสร้างผลึกของมันและไม่โมเลกุลแต่ละโมเลกุลเข้าร่วมโดยแรงระหว่างโมเลกุล.

เหล็ก

ความร้อนจำเพาะของเหล็กคือ 0.444 J / ºC· g เมื่อมีค่าน้อยกว่าอลูมิเนียมหมายความว่ามันจะต่อต้านความต้านทานน้อยลงเมื่อถูกความร้อน นั่นคือก่อนที่ไฟไหม้เหล็กหนึ่งชิ้นจะกลายเป็นร้อนแดงนานก่อนที่ชิ้นส่วนอลูมิเนียม.

อลูมิเนียมซึ่งแตกต่างจากความร้อนทำให้อาหารร้อนนานขึ้นเมื่อใช้ฟอยล์อลูมิเนียมที่มีชื่อเสียงเพื่อห่อของว่าง.

อากาศ

ความร้อนจำเพาะของอากาศอยู่ที่ประมาณ 1.003 J / ºC· g ค่านี้ขึ้นอยู่กับแรงกดดันและอุณหภูมิเนื่องจากประกอบด้วยส่วนผสมของก๊าซ ที่นี่ความร้อนถูกดูดซึมเพื่อสั่นโมเลกุลของไนโตรเจนออกซิเจนคาร์บอนไดออกไซด์อาร์กอน ฯลฯ.

เงิน

ในที่สุดความร้อนจำเพาะสำหรับเงินคือ 0.234 J / ºC· g ของสารทั้งหมดที่กล่าวถึงมีค่าต่ำสุดของ Ce ซึ่งหมายความว่าก่อนที่เหล็กและอลูมิเนียมชิ้นส่วนของเงินจะร้อนมากขึ้นในเวลาเดียวกันกับอีกสองโลหะ ในความเป็นจริงมันกลมกลืนกับการนำความร้อนสูง.

การอ้างอิง

1. Serway & Jewett (2008) ฟิสิกส์: สำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม (ฉบับที่เจ็ด) เล่ม 1 การเรียนรู้ Cengage.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่แปด) เรียนรู้ Cengage.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 พฤศจิกายน 2018) ความจุความร้อนจำเพาะทางเคมี ดึงมาจาก: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein (2007) ความร้อนจำเพาะ สืบค้นจาก: scienceworld.wolfram.com
5. R Ship (2016) ความร้อนจำเพาะ มหาวิทยาลัยรัฐจอร์เจีย สืบค้นจาก: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. วิกิพีเดีย (2019) ความร้อนที่เฉพาะเจาะจง สืบค้นจาก: en.wikipedia.org