الحرارة النوعية: ما هي ، الصيغة والتمارين

الحرارة النوعية (ج) هي كمية مادية مرتبطة بكمية الحرارة التي تنتج تغيرًا حراريًا ، كونها خاصية لكل مادة.

بهذه الطريقة ، فإنه يحدد كمية الحرارة اللازمة للتغير 1 درجة مئوية من 1 غرام من المادة.

جدول حرارة محدد

تذكر أن كل مادة لها حرارة معينة. تحقق من الجدول أدناه الذي يحتوي على 15 مادة وقيم الحرارة المحددة لكل منها.

مستوى	حرارة محددة (cal / g.ºC)
ماء	1 كال / غرام درجة مئوية
الكحول الإيثيلي	0.58 كالوري / غرام درجة مئوية
الألومنيوم	0.22 كالوري / غرام درجة مئوية
هواء	0.24 كالوري / غرام درجة مئوية
رمل	0.2 كالوري / غرام درجة مئوية
كربون	0.12 كالوري / غرام درجة مئوية
قيادة	0.03 كالوري / غرام درجة مئوية
نحاس	0.09 كالوري / غرام درجة مئوية
حديد	0.11 كالوري / غرام درجة مئوية
جليد	0.50 كالوري / غرام درجة مئوية
هيدروجين	3.4 كالوري / غرام درجة مئوية
خشب	0.42 كالوري / غرام درجة مئوية
نتروجين	0.25 كالوري / غرام درجة مئوية
الأكسجين	0.22 كالوري / غرام درجة مئوية
زجاج	0.16 كالوري / غرام درجة مئوية

وفقًا للبيانات الواردة في الجدول ، فإن الماء له حرارة محددة تبلغ 1 كالوري / غرام درجة مئوية. هذا يعني أن طاقة الجير الواحد ضرورية للتغير بمقدار 1 درجة مئوية في 1 جرام من الماء.

instagram story viewer

صيغة حرارية محددة

لحساب الحرارة النوعية للمواد ، يتم استخدام الصيغة التالية:

ج = س / م. Δ ت أو ج = ج / م

أين،

ç: حرارة محددة (cal / g ° C أو J / Kg. K)
س: كمية الحرارة (الجير أو J)
م: الكتلة (جم أو كجم)
Δ ت: اختلاف درجة الحرارة (° C أو K)
ج: السعة الحرارية (كال / ° C أو J / K)

في النظام الدولي (SI) ، تقاس الحرارة النوعية بـ J / Kg. ك (جول لكل كيلوغرام ولكل كلفن). ومع ذلك ، فمن الشائع جدًا أن تقاس بالسعرات الحرارية / غرام درجة مئوية (السعرات الحرارية لكل جرام ولكل درجة مئوية).

1 كالوري = 4.186 جول

الحرارة المولية النوعية

يتم تحديد الحرارة النوعية المولارية ، والتي تسمى أيضًا السعة الحرارية المولية ، من خلال العلاقة بين السعة الحرارية وعدد الشامات الموجودة.

وهكذا ، عندما تعطى السعة الحرارية لمادة ما إلى مول واحد من تلك المادة ، فإنها تسمى الحرارة النوعية المولية.

السعة الحرارية والحرارية النوعية

مفهوم آخر مرتبط بالحرارة النوعية هو مفهوم الطاقة الحرارية (ج).

يتم تحديد هذا الحجم المادي من خلال كمية الحرارة التي يتم توفيرها للجسم والتغير في درجة الحرارة التي يعاني منها.

يمكن حسابه بالصيغة التالية:

C = س / ΔT

أين،

ج: السعة الحرارية (كال / ° C أو J / K)
س: كمية الحرارة (الجير أو J)
Δ ت: اختلاف درجة الحرارة (° C أو K)

مثال: إذا تلقى الجسم 100 كالوري وتفاوتت درجة حرارته بمقدار 25 درجة مئوية ، فإن سعته الحرارية هي 4 كالوري / درجة مئوية لأن

C = س / ΔT
C = 100 كالوري / 25 درجة مئوية
C = 4 كالوري / درجة مئوية

هذا يعني أنه من أجل تغيير درجة مئوية واحدة عن درجة حرارته ، يحتاج الجسم إلى الحصول على 4 سعرات حرارية.

ترتبط السعة الحرارية والحرارة النوعية من خلال الصيغة:

ج = ج / م

أين،

ج: السعة الحرارية (كال / ° C أو J / K)
م: الكتلة (جم أو كجم)
ç: حرارة محددة (cal / g ° C أو J / Kg. K)

إذا كانت كتلة الجسم في المثال السابق 10 جرام ، فإن الحرارة النوعية هي 0.4 كالوري / غرام ºC ، لأن

ج = ج / م
ج = 4 كالوري / درجة مئوية / 10 جم
ج = 0.4 كالوري / غرام درجة مئوية

لذلك ، يحتاج 1 جرام من المادة إلى 0.4 كالوري لتختلف درجة مئوية واحدة عن درجة حرارتها.

الحرارة الكامنة والحرارة الحساسة

بالإضافة إلى الحرارة النوعية ، هناك أشكال أخرى للحرارة ، من بينها ما يلي:

الحرارة الكامنة (ل): يتوافق مع كمية الحرارة التي يتلقاها الجسم أو يعطيها. في هذه الحالة ، تظل درجة حرارتك كما هي بينما تتغير حالتك الجسدية.

في النظام الدولي (SI) ، تُقاس الحرارة الكامنة بـ J / Kg (جول لكل كيلوغرام) ، ومع ذلك ، يمكن قياسها بالكالوري / غرام (السعرات الحرارية لكل جرام). يتم حسابه بالصيغة التالية:

س = م. إل

أين،

س: كمية الحرارة (الجير أو J)
م: الكتلة (جم أو كجم)
إل: حرارة كامنة (كال / جم أو ي / كغ)

ملحوظة: على عكس الحرارة النوعية ، لا يعتمد الكامن على درجة الحرارة. هذا لأنه عند حدوث تغيرات في الحالة ، لا تختلف درجة الحرارة. على سبيل المثال ، مكعب ثلج ذائب ، درجة حرارة الماء في الحالة الصلبة والسائلة هي نفسها.

الحرارة الحساسة: يتوافق مع تغير درجة حرارة الجسم ، على سبيل المثال ، عندما نقوم بتسخين قضيب معدني. في هذه التجربة ، تزداد درجة حرارة المعدن ، لكن حالته الفيزيائية (الصلبة) لا تتغير.

يتم حسابه بالصيغة التالية:

س = م. ç. Δθ

س: كمية الحرارة المعقولة (الجير أو J)
م: كتلة الجسم (جم أو كجم)
ç: حرارة نوعية للمادة (كال / غرام درجة مئوية أو ي / كغ درجة مئوية)
Δθ: اختلاف درجة الحرارة (° C أو K)

اقرأ أيضًا عن: قياس السعرات الحرارية

تمارين امتحان القبول مع الملاحظات

السؤال رقم 1

(ماكنزي) في صباح سماء زرقاء ، لاحظ أحد السباحين على الشاطئ أن الرمال شديدة الحرارة وأن مياه البحر شديدة البرودة. في الليل ، يلاحظ نفس المستحم أن رمال الشاطئ ناعمة وأن مياه البحر دافئة. تعود الظاهرة التي لوحظت إلى حقيقة أن:

أ) كثافة مياه البحر أقل من كثافة الرمال.
ب) تكون الحرارة النوعية للرمل أقل من حرارة الماء النوعية.
ج) معامل التمدد الحراري للماء أكبر من معامل التمدد الحراري للرمل.
د) الحرارة الموجودة في الرمال ليلاً تنتشر في مياه البحر.
ه) إن اهتياج مياه البحر يبطئ من برودتها.

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) تكون الحرارة النوعية للرمل أقل من الحرارة النوعية للماء.

تعتمد قيمة الحرارة النوعية على المادة التي يتكون منها الجسم. في هذه الحالة ، يكون للماء حرارة نوعية أعلى من الرمل ، وبالتالي ، هناك حاجة إلى قدر أكبر من الحرارة لتغيير درجة حرارة 1 جرام من الماء مقارنة بجرام واحد من الرمل.

السؤال 2

(UFPR) لتسخين 500 جرام من مادة معينة من 20 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية ، كانت هناك حاجة إلى 4000 سعر حراري. السعة الحرارية والحرارة النوعية على التوالي:

أ) 8 كالوري / درجة مئوية و 0.08 كالوري / غرام درجة مئوية
ب) 80 كالوري / درجة مئوية و 0.16 كالوري / غرام. درجة مئوية
ج) 90 كالوري / درجة مئوية و 0.09 كالوري / غرام. درجة مئوية
د) 95 كالوري / درجة مئوية و 0.15 كالوري / غرام. درجة مئوية
ه) 120 كالوري / درجة مئوية و 0.12 كالوري / غرام. درجة مئوية

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) 80 كالوري / درجة مئوية و 0.16 كالوري / غرام. درجة مئوية

يتم حساب السعة الحرارية باستخدام الصيغة C = Q / Δθ وترتبط بالحرارة المحددة رياضياً بواسطة C = m.c

استبدال بيانات البيان في الصيغ ، لدينا:

مساحة C المستقيمة تساوي مساحة البسط مستقيم Q على المقام زيادة ثيتا المستقيمة نهاية مساحة الكسر تساوي البسط 4000 مسافة على المقام 70 مسافة ناقص مسافة 20 نهاية من الكسر يساوي بسط الفراغ 4000 مساحة كال على المقام 50 مسافة º مستقيم C نهاية الكسر يساوي 80 كال مساحة مقسومة على º مستقيم C مساحة مستقيمة C مساوية للمساحة المستقيمة م الفضاء. الفضاء المستقيم c مسافة السهم المزدوج إلى اليمين المستقيم c الفضاء يساوي الفضاء المستقيم C على المستقيم m يساوي البسط 80 مساحة كال مقسومًا على º مستقيم C على المقام 500 مسافة مستقيمة g نهاية الكسر يساوي 0 فاصلة مساحة 16 كال مقسومة على مساحة g المستقيمة º مباشرة ج

السؤال 3

(UFU) 240 جم من الماء (حرارة محددة تساوي 1 كالوري / جم درجة مئوية) يتم تسخينها عن طريق امتصاص 200 واط من الطاقة على شكل حرارة. بالنظر إلى 1 cal = 4 J ، سيكون الفاصل الزمني المطلوب لهذه الكمية من الماء لتغيير درجة حرارتها بمقدار 50 درجة مئوية؟

أ) 1 دقيقة
ب) 3 دقائق
ج) 2 دقيقة
د) 4 دقائق

انظر للاجابة

البديل الصحيح: د) 4 دقائق

الخطوة الأولى: احسب كمية الحرارة