Erityinen lämpö siinä, mitä se koostuu, miten se lasketaan ja esimerkkejä

erityistä lämpöä on energiamäärä, jonka tietty aineen gramman täytyy imeytyä lisäämään lämpötilaansa yhden celsiusasteen. Se on intensiivinen fyysinen ominaisuus, koska se ei riipu ainoastaan ​​gramman aineen ilmaisemisesta; se liittyy kuitenkin hiukkasten lukumäärään ja hiukkasten moolimassaan sekä niihin sitoutuviin molekyylien välisiin voimiin.

Aineen absorboima energian määrä ilmaistaan ​​joule (J) -yksiköinä ja harvemmin kaloreina (Cal). Yleensä oletetaan, että energia imeytyy lämmön kautta; energia voi kuitenkin olla peräisin toisesta lähteestä, kuten aineen tekemästä työstä (esimerkiksi tiukka sekoitus)..

Ylemmässä kuvassa on teekannu, josta sen lämmityksen tuottamat vesihöyryt vapautuvat. Veden lämmittämiseksi sen täytyy imeä lämpöä teekannun alla olevasta liekistä. Niinpä, kun aika jatkuu ja tulipalon voimakkuudesta riippuen, vesi kiehuu, kun se saavuttaa kiehumispisteensä.

Erityinen lämpö määrittää, kuinka paljon energiaa vesi kuluttaa kullakin asteella ° C, joka lisää sen lämpötilaa. Tämä arvo on vakio, jos samassa teekannussa kuumennetaan erilaisia ​​vesimääriä, koska kuten alussa on mainittu, se on intensiivinen ominaisuus.

Mitä vaihtelee, on jokaisen lämmitetyn vesikerroksen absorboima kokonaisenergiamäärä, joka tunnetaan myös lämpökapasiteettina. Mitä suurempi on lämmitettävän veden massa (2, 4, 10, 20 litraa), sitä suurempi on sen lämpökapasiteetti; mutta sen erityinen lämpö on edelleen sama.

Tämä ominaisuus riippuu paineesta, lämpötilasta ja tilavuudesta; Yksinkertaisen ymmärryksen vuoksi niiden vastaavat muunnelmat jätetään pois.

indeksi

• 1 Mikä on erityinen lämpö??
• 2 Miten lasketaan erityinen lämpö?
  • 2.1 Vesi viitteenä
  • 2.2 Terminen tasapaino
  • 2.3 Matemaattinen kehitys
  • 2.4 Laskennan esimerkki
• 3 Esimerkkejä
  • 3.1 Vesi
  • 3.2 Jää
  • 3.3 Alumiini
  • 3.4 Rauta
  • 3.5 Ilma
  • 3.6 Hopea
• 4 Viitteet

Mikä on erityinen lämpö?

Määritettiin, mitä tietylle aineelle tarkoitettu lämpö on. Sen todellinen merkitys on kuitenkin parhaiten ilmaistu sen kaavalla, joka selventää yksiköidensä kautta, mitkä ovat kyseisten välysten analysoinnissa analysoimalla muuttujia, joista se riippuu. Sen kaava on:

Ce = Q / ΔT · m

Kun Q on absorboitunut lämpö, ​​ΔT lämpötilan muutos ja m on aineen massa; että määritelmän mukaan se vastaa yhtä grammaa. Analysoimalla yksiköitäsi sinulla on:

Ce = J / ºC · g

Joka voidaan ilmaista myös seuraavilla tavoilla:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · kg

Ensimmäinen niistä on yksinkertaisin, ja esimerkkien avulla käsitellään seuraavia osia.

Kaava ilmaisee nimenomaisesti absorboituneen energian määrän (J) yhdellä grammalla ainetta yhden asteen ° C lämpötilassa. Jos haluat poistaa tämän energiamäärän, sinun pitäisi jättää sivuun J:

J = Ce · ºC · g

Tämä olisi ilmaistu asianmukaisemmin ja muuttujien mukaan:

Q = Ce · ΔT · m

Miten erityinen lämpö lasketaan?

Vesi viitteenä

Edellisessä kaavassa 'm' ei edusta grammaa ainetta, koska se on jo implisiittisesti Ce: ssä. Tämä kaava on erittäin hyödyllinen eri aineiden erityisten lämmitysten laskemiseksi kalorimetrian avulla.

Miten? Käyttämällä kaloreiden määritelmää, joka on energian määrä, joka tarvitaan veden gramman lämmittämiseen 14,5: stä 15,5 ° C: een; Tämä on 4,84 J.

Veden ominaislämpö on epätavallisen korkea, ja tätä ominaisuutta käytetään muiden aineiden erityisten lämmitysten mittaamiseen tietäen 4.184 J: n arvon..

Mitä se tarkoittaa, että tietty lämpö on korkea? Se vastustaa huomattavaa vastustuskykyä sen lämpötilan nostamiseksi, joten sen on imettävä enemmän energiaa; toisin sanoen vettä on lämmitettävä paljon kauemmin muihin aineisiin verrattuna, joita lämmönlähteen läheisyydessä lämmitetään lähes välittömästi.

Tästä syystä vettä käytetään kalorimetrisissä mittauksissa, koska siinä ei ilmene äkillisiä lämpötilan muutoksia, kun ne absorboivat kemiallisista reaktioista vapautuvan energian; tai tässä tapauksessa kosketuksiin muun kuumemman materiaalin kanssa.

Lämpötase

Koska veden täytyy imeä paljon lämpöä sen lämpötilan lisäämiseksi, lämpö voi tulla esimerkiksi kuumasta metallista. Kun otetaan huomioon veden ja metallin massat, lämmönvaihto molempien välillä tapahtuu, kunnes saavutetaan terminen tasapaino.

Kun näin tapahtuu, veden ja metallin lämpötilat tasaantuvat. Kuuman metallin vapauttama lämpö on yhtä suuri kuin veden absorboima lämpö.

Matemaattinen kehitys

Tietäen tästä ja viimeisimmän Q: n juuri kuvatun kaavan mukaan meillä on:

Q_vesi= -Q_metalli

Negatiivinen merkki osoittaa, että lämpö vapautuu kuumimmasta rungosta (metallista) kylmimpään kehoon (vesi). Jokaisella aineella on oma erityinen lämpö Ce ja sen massa, joten tämä ilmaisu on kehitettävä seuraavasti:

Q_vesi = Ce_vesi · ΔT_vesi · M_vesi = - (Ce_metalli · ΔT_metalli · M_metalli)

Tuntematon on Ce_metalli, koska lämmön tasapainossa sekä veden että metallin lopullinen lämpötila on sama; Lisäksi veden ja metallin alkulämpötilat tunnetaan ennen koskettamista sekä niiden massoja. Siksi meidän on selvitettävä Ce_metalli:

EY_metalli = (Ce_vesi · ΔT_vesi · M_vesi) / (-TT_metalli · M_metalli)

Unohtamatta, että Ce_vesi se on 4,84 J / ºC · g. Jos ΔT on kehitetty_vesi ja AT_metalli, se on (T_F - T_vesi) ja (T_F - T_metalli). Vesi lämmitetään, kun metalli jäähtyy, ja siksi negatiivinen merkki kerrotaan ΔT_metalli oleskelevat (T_metalli - T_F). Muuten ΔT_metalli olisi negatiivinen arvo T: lle_F pieni (kylmempi) kuin T_metalli.

Sitten yhtälö ilmaistaan ​​lopulta tällä tavalla:

EY_metalli = Ce_vesi · (T_F - T_vesi) · M_vesi/ (T_metalli - T_F) · M_metalli

Ja siihen lasketaan erityiset lämmitykset.

Laskennan esimerkki

Siinä on outoa metallia, jonka paino on 130 g ja lämpötila 90ºC. Tämä upotetaan 100 g: n vesisäiliöön 25 ° C: ssa kalorimetrin sisällä. Kun terminen tasapaino saavutetaan, säiliön lämpötila on 40 ° C. Laske metalli Ce.

Lopullinen lämpötila, T_F, Se on 40ºC. Kun tiedät muita tietoja, voit määrittää Ce: n suoraan:

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

EY_metalli = 0,965 J / ° C · g

Huomaa, että veden ominaislämpö on noin neljä kertaa suurempi kuin metallin (4.184 / 0.965).

Kun Ce on hyvin pieni, sitä suurempi on taipumus lämmetä; joka liittyy sen lämmönjohtavuuteen ja diffuusioon. Korkeamman Ce: n metalli pyrkii vapauttamaan tai menettämään enemmän lämpöä, kun se joutuu kosketuksiin toisen materiaalin kanssa, verrattuna toiseen metalliin, jossa on alempi Ce..

esimerkit

Erilaisten aineiden erityiset kuumennukset on esitetty alla.

vesi

Veden ominaislämpö on, kuten on todettu, 4,184 J / ° C · g.

Tämän arvon ansiosta se voi tehdä paljon aurinkoa meressä ja vesi tuskin haihtuu tuntuvasti. Tämä johtaa lämpöeroon, joka ei vaikuta meren elämään. Esimerkiksi, kun menet uimaan uimaan, vaikka olisit aurinkoinen ulkona, voit tuntea alhaisemman ja viileämmän lämpötilan vedessä.

Kuuman veden täytyy myös vapauttaa paljon energiaa jäähtymään. Prosessissa se lämmittää kiertäviä ilmamassoja ja lisää talven lämpötiloja (leuto) talvien aikana..

Toinen mielenkiintoinen esimerkki on, että jos meitä ei muodostuisi vesi, päivä auringossa voisi olla tappava, koska kehomme lämpötilat nousevat nopeasti.

Tämä Ce: n ainutlaatuinen arvo johtuu molekyylien välisestä vesisillasta. Ne imevät lämpöä rikkoutumaan, joten ne tallentavat energiaa. Ennen kuin ne rikkoutuvat, vesimolekyylit eivät voi täristä, mikä lisää keskimääräistä kineettistä energiaa, joka näkyy lämpötilan nousussa..

jää

Jään ominaislämpö on 2,090 J / ºC · g. Veden tavoin sillä on myös poikkeuksellisen suuri arvo. Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi jäävuoren pitäisi imeä valtava määrä lämpöä sen lämpötilan lisäämiseksi. Jotkut nykypäivän jäävuoret ovat kuitenkin jopa absorboineet sulatukseen tarvittavan lämmön (piilevä fuusio).

alumiini

Alumiinin ominaislämpö on 0,900 J / ºC · g. Se on hieman pienempi kuin pallomaisen metallin (0,965 J / ºC). Tässä lämpö imeytyy värähtelemään alumiinin metalliatomeja sen kiteisissä rakenteissa, eikä yksittäisiä molekyylejä, jotka ovat liittyneet molekyylien välisiin voimiin.

rauta

Raudan ominaislämpö on 0,444 J / ºC. Se on vähemmän kuin alumiini, joten se vastustaa vähemmän vastusta kuumennettaessa; toisin sanoen ennen paloa rauta palaa punaiseksi kauan ennen alumiinikappaletta.

Alumiinia, toisin kuin lämmitys, pitää ruoan kuumana pidempään, kun kuuluisaa alumiinikalvoa käytetään välipalojen käärimiseen.

ilma

Ilman ominaislämpö on noin 1,003 J / ºC. Tämä arvo on hyvin alttiina paineille ja lämpötiloille, koska se koostuu kaasuseoksesta. Tässä lämpö imeytyy typen, hapen, hiilidioksidin, argonin jne..

hopea

Lopuksi hopean erityinen lämpö on 0,234 J / ºC · g. Kaikista mainituista aineista on alhaisin arvo Ce: stä, mikä tarkoittaa, että ennen rautaa ja alumiinia hopeaosa kuumenisi paljon enemmän samaan aikaan kuin kaksi muuta metallia. Itse asiassa se sopii yhteen sen korkean lämmönjohtavuuden kanssa.

viittaukset

1. Serway & Jewett. (2008). Fysiikka: tiede ja tekniikka. (Seitsemäs painos), Osa 1, Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kemia. (Kahdeksas painos). Cengage-oppiminen.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. marraskuuta 2018). Kemian erityinen lämpökapasiteetti. Haettu osoitteesta thinkco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Erityinen lämpö. Haettu osoitteesta: scienceworld.wolfram.com
5. R Laiva. (2016). Erityinen lämpö. Georgia State University. Haettu osoitteesta hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Erityinen lämpö Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org