De spesifikk varme Det er mengden energi et gram av et bestemt stoff må absorbere for å øke temperaturen med en grad Celsius. Det er en intensiv fysisk egenskap, siden den ikke er avhengig av masse, da den bare uttrykkes for ett gram stoff; Imidlertid er det relatert til antall partikler og deres molare masse, så vel som de intermolekylære kreftene som binder dem..
Mengden energi absorbert av stoffet uttrykkes i enheter av joule (J), og sjeldnere, i kalorier (Cal). Generelt antas det at energi absorberes gjennom varme; imidlertid kan energien komme fra en annen kilde, for eksempel arbeid utført på stoffet (streng omrøring, for eksempel).
Bildet over viser en vannkoker der vanndampene som genereres av oppvarmingen frigjøres. For å varme opp vannet må det absorbere varme fra flammen under vannkokeren. Etter hvert som tiden går, og avhengig av brannens intensitet, vil vannet koke når det når kokepunktet..
Spesifikk varme fastslår hvor mye energi vann forbruker for hver grad ºC som temperaturen øker. Denne verdien er konstant hvis forskjellige volum vann varmes opp i samme vannkoker, siden det er angitt i begynnelsen, er det en intensiv eiendom..
Det som varierer er den totale mengden energi absorbert av hver masse oppvarmet vann, også kjent som varmekapasiteten. Jo større vannmassen som skal varmes opp (2, 4, 10, 20 liter), jo større er varmekapasiteten; men dens spesifikke varme forblir den samme.
Denne egenskapen avhenger av trykk, temperatur og volum; for enkel forståelse er imidlertid deres tilsvarende variasjoner utelatt..
Artikkelindeks
Hva spesifikk varme betydde for et gitt stoff ble definert. Imidlertid uttrykkes den sanne betydningen bedre med formelen, noe som gjør det klart gjennom enhetene som er klareringene det involverer når variablene det avhenger av analyseres. Formelen er:
Ce = Q / AT m
Hvor Q er den absorberte varmen, ΔT endringen i temperatur, og m er stoffets masse; som ifølge definisjonen tilsvarer ett gram. Gjør en analyse av enhetene vi har:
Ce = J / ºC · g
Som også kan uttrykkes på følgende måter:
Ce = kJ / K g
Ce = J / ºC · Kg
Den første av dem er den enkleste, og det er eksemplene som blir kontaktet med i de følgende avsnittene.
Formelen angir eksplisitt mengden energi absorbert (J) av ett gram stoff i en grad ºC. Hvis vi ønsket å fjerne denne mengden energi, måtte vi la ligningen J være til side:
J = Ce · ºC · g
Det uttrykt på en mer hensiktsmessig måte og i henhold til variablene ville være:
Q = Ce ΔT m
I formelen ovenfor representerer 'm' ikke et gram stoff, siden det allerede er funnet implisitt i Ce. Denne formelen er veldig nyttig for å beregne den spesifikke varmen til forskjellige stoffer gjennom kalorimetri.
Hvordan? Ved å bruke definisjonen av kalorier, som er mengden energi som er nødvendig for å varme opp et gram vann fra 14,5 til 15,5 ° C; dette er lik 4,184 J.
Den spesifikke varmen til vann er unormalt høy, og denne egenskapen brukes til å måle den spesifikke varmen til andre stoffer og vite verdien av 4,184 J.
Hva betyr det at en spesifikk varme er høy? Som gir betydelig motstand mot å øke temperaturen, så den må absorbere mer energi; det vil si at vann må varmes opp mye lenger enn andre stoffer, som i nærheten av en varmekilde varmes opp nesten umiddelbart.
Av denne grunn brukes vann i kalorimetriske målinger, siden det ikke opplever plutselige temperaturendringer når det absorberer energien som frigjøres fra kjemiske reaksjoner; eller, i dette tilfellet, fra kontakt med et annet varmere materiale.
Siden vann trenger å absorbere mye varme for å øke temperaturen, kan for eksempel varmen komme fra et varmt metall. Tatt i betraktning massene av vann og metall, vil det oppstå en varmeveksling mellom dem til det som kalles termisk likevekt er nådd..
Når dette skjer, utjevner temperaturene på vannet og metallet. Varmen som avgis av varmt metall er lik den som absorberes av vann.
Å vite dette, og med den siste formelen for Q nettopp beskrevet, har vi:
SpørsmålVann= -QMetall
Det negative tegnet indikerer at varme frigjøres fra det varmere legemet (metall) til det kjøligere legemet (vann). Hvert stoff har sin egen spesifikke varme Ce, og dens masse, så dette uttrykket må utvikles som følger:
SpørsmålVann = CeVann ATVann MVann = - (CeMetall ATMetall MMetall)
Det ukjente er CeMetall, siden i termisk likevekt er den endelige temperaturen for både vann og metall den samme; i tillegg er de innledende temperaturene til vannet og metallet kjent før kontakt, så vel som massene. Derfor må vi fjerne CeMetall:
ECMetall = (CeVann ATVann MVann) / (-ΔTMetall MMetall)
Uten å glemme den CeVann er 4,184 J / ° C · g. Hvis ΔT utvikler segVann og ATMetall, vil bli hatt (TF - TVann) og TF - TMetall), henholdsvis. Vannet varmes opp, mens metallet avkjøles, og derfor multipliserer negativt tegn ΔTMetall gjenværende (TMetall - TF). Ellers ΔTMetall ville ha en negativ verdi fordi det er TF lavere (kaldere) enn TMetall.
Ligningen blir så endelig uttrykt på denne måten:
ECMetall = CeVann · (TF - TVann) MVann/ (TMetall - TF) MMetall
Og med det beregnes de spesifikke varmerne.
Det er en kule av et merkelig metall som veier 130g og har en temperatur på 90ºC. Dette senkes ned i en beholder med 100 g ved 25 ºC, inne i et kalorimeter. Når termisk likevekt er oppnådd, blir temperaturen på beholderen 40 ° C. Beregn metallets Ce.
Den endelige temperaturen, TF, det er 40 ° C. Når vi kjenner de andre dataene, kan vi bestemme Ce direkte:
ECMetall = (4,184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100 g) / (90 - 40) ºC · 130 g
ECMetall = 0,965 J / ºC · g
Merk at den spesifikke varmen til vann er omtrent fire ganger den for metall (4.184 / 0.965).
Når Ce er veldig liten, jo større er tendensen til å varme opp; som er relatert til dens varmeledningsevne og diffusjon. Et metall med høyere Ce vil ha en tendens til å frigjøre eller miste mer varme når det kommer i kontakt med et annet materiale, sammenlignet med et annet metall med et lavere Ce.
Spesifikke varmer for forskjellige stoffer er vist nedenfor.
Den spesifikke varmen til vann er som nevnt 4,184 J / ºC · g.
Takket være denne verdien kan det få mye sol i havet, og vannet vil nesten ikke fordampe i nevneverdig grad. Dette resulterer i en termisk forskjell som ikke påvirker livet i havet. For eksempel når du drar til stranden for å svømme, selv om det er sol ute, føler du en lavere, kjøligere temperatur i vannet..
Varmt vann trenger også å frigjøre mye energi for å kjøle seg ned. I prosessen varmer den sirkulerende luftmasser, noe som øker (tempererte) temperaturer i kystregioner om vinteren..
Et annet interessant eksempel er at hvis vi ikke består av vann, kan en dag i solen være dødelig, fordi kroppstemperaturen vår vil øke raskt..
Denne unike verdien av Ce skyldes intermolekylære hydrogenbindinger. Disse absorberer varme for å bryte ned, så de lagrer energi. Inntil de blir brutt, vil ikke vannmolekylene kunne vibrere og øke den gjennomsnittlige kinetiske energien, noe som gjenspeiles i en økning i temperaturen..
Den spesifikke varmen til is er 2.090 J / ºC · g. I likhet med vann har den en uvanlig høy verdi. Dette betyr at et isfjell for eksempel vil trenge å absorbere en enorm mengde varme for å øke temperaturen. Imidlertid har noen isfjell i dag til og med absorbert varmen som trengs for å smelte (latent fusjonsvarme)..
Den spesifikke varmen til aluminium er 0,900 J / ºC · g. Det er litt lavere enn metallets i sfæren (0,965 J / ºC · g). Her absorberes varmen for å vibrere metallatomer av aluminium i deres krystallinske strukturer, og ikke individuelle molekyler som holdes sammen av intermolekylære krefter..
Den spesifikke varmen til jern er 0,444 J / ºC · g. Å være mindre enn aluminium, betyr det at den gir mindre motstand når den varmes opp; det vil si at før et bål blir et jernstykke rødglødende mye tidligere enn et stykke aluminium.
Aluminium er mer motstandsdyktig mot oppvarming, holder maten varm lenger når den berømte aluminiumsfolien brukes til å pakke inn snacks.
Den spesifikke varmen til luft er omtrent 1,003 J / ºC · g. Denne verdien er sterkt utsatt for trykk og temperaturer fordi den består av en gassformig blanding. Her absorberes varmen for å vibrere molekylene nitrogen, oksygen, karbondioksid, argon, etc..
Til slutt er den spesifikke varmen for sølv 0,234 J / ºC · g. Av alle nevnte stoffer har den den laveste Ce-verdien. Dette betyr at når et stålsølv står overfor jern og aluminium, vil det varme opp mye mer samtidig enn de to andre metallene. Faktisk harmonerer den med sin høye varmeledningsevne.
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.