حرارة نوعية هو مقدار الحرارة من الضروري أن يكون من الممكن تغيير درجة حرارة مادة أو مادة بمقدار 1 درجة مئوية. يتناسب مع كمية الحرارة التي تتلقاها المادة أو تبرع بها ويمكن حسابها باستخدام صيغة تتضمن الحرارة والكتلة ودرجة الحرارة.
تعرف أكثر: الصفر المطلق - أدنى درجة حرارة نظرية يمكن أن يصل إليها الجسم
ملخص حرارة محدد
الحرارة النوعية هي كمية الحرارة المطلوبة لتغيير درجة حرارة مادة أو مادة بمقدار 1 درجة مئوية.
بعض العوامل التي تؤثر على الحرارة النوعية هي: القوى الجزيئية ، والشوائب في المواد ، والكتلة المولية ودرجات الحرية.
يمكن العثور على حرارة محددة من خلال العلاقة بين السعة الحرارية وكتلة المادة.
الحرارة النوعية المولية هي مقدار الحرارة لكل مول من المادة المطلوبة لتغيير درجة حرارة مادة بمقدار 1 درجة مئوية.
الحرارة الكامنة هي الحرارة اللازمة لتغيير الحالة الفيزيائية للمادة دون رفع درجة حرارتها.
الحرارة المعقولة هي الحرارة اللازمة لتغيير درجة حرارة مادة ما دون تغيير حالتها الفيزيائية.
ما هي الحرارة النوعية؟
الحرارة النوعية كمية طاقة حرارية يتم توفيره لمادة ما بحيث تختلف درجة حرارتها بمقدار 1 درجة مئوية. جميع السوائل والمواد الصلبة والغازات لها حرارة معينة تميز سلوكها عند تعرضها لمصدر حرارة.
هذه الحرارة يتناسب مع ما توفره المادة، لذلك إذا قمنا بزيادة الحرارة النوعية ، فإن كمية الحرارة اللازمة للمادة لتغيير درجة حرارتها ستزداد أيضًا.
على سبيل المثال ، الحرارة النوعية الألمنيوم من \ (0.215 \ كال / ز \ رصاصة درجة مئوية \)، بينما الماء هو \ (1 \ كال / ز \ رصاصة درجة مئوية \)مما يعني أن الماء يحتاج إلى حرارة أكثر من الألمنيوم من أجل زيادة درجة حرارته. سيفقد الماء الحرارة أيضًا بسهولة أكبر من الألمنيوم.
جدول حرارة محدد
تشير الحرارة النوعية إلى الحرارة الدقيقة لمادة ما لتختلف بمقدار 1 درجة مئوية ، وقد تتعرض لزيادة أو نقصان في درجة حرارتها. في الجدول أدناه ، يمكننا أن نرى قيم الحرارة النوعية للمواد والمواد المختلفة.
مادة أو مادة |
حرارة نوعية (\ ({cal} / {g} \ bullet ° C \)) |
صلب |
0,1 |
مياه عذبة |
1 |
ماء مالح |
0,93 |
الكحول الإيثيلي |
0,58 |
الألومنيوم |
0,215 |
هواء |
0,24 |
رمل |
0,2 |
كربون |
0,12 |
قيادة |
0,0305 |
نحاس |
0,0923 |
الإيثانول |
0,58 |
حديد |
0,11 |
الجليد (-10 درجة مئوية) |
0,53 |
جرانيت |
0,19 |
هيدروجين |
3,4 |
نحاس |
0,092 |
خشب |
0,42 |
الزئبق |
0,033 |
نتروجين |
0,25 |
ذهب |
0,03 |
الأكسجين |
0,22 |
فضة |
0,0564 |
التنغستن |
0,0321 |
زجاج |
0,2 |
صيغة حرارة محددة
يمكننا حساب الحرارة النوعية باستخدام معادلة كمية الحرارة الموضحة أدناه:
\ (c = \ frac {Q} {m ∙ ∆T} \)
ç → حرارة محددة ، تقاس بـ \ ([J / (kg \ bullet K)] \) أو \ ([كال / ز \ رصاصة ° C] \).
س ← كمية الحرارة ، مُقاسة بالجول [J] أو السعرات الحرارية [كالوري].
م → الكتلة ، تقاس بالكيلوجرام [كجم] أو بالجرام [جم].
\ (∆T \) ← تباين درجة الحرارة ، مُقاسًا بالكلفن [K] أو بالدرجة المئوية [° C].
ال اختلاف درجة الحرارة يمكن حسابها باستخدام الصيغة التالية:
\ (∆T = T_f-T_i \)
\ (∆T \) ← تباين درجة الحرارة ، مُقاسًا بالكلفن [K] أو بالدرجة المئوية [° C].
\ (T_f \) ← درجة الحرارة النهائية ، تُقاس بالكلفن [K] أو بالدرجة المئوية [° C].
\(أنت\) ← درجة الحرارة الأولية ، تُقاس بالكلفن [K] أو بالدرجة المئوية [° C].
مهم: على الرغم من أن الكميات المذكورة أعلاه تقاس بالجول والكيلوغرام والكلفن في النظام الدولي للوحدات (نعم) ، فمن الشائع استخدام السعرات الحرارية والجرام والدرجة المئوية. من الممكن تحويل السعرات الحرارية إلى جول ، مع الأخذ في الاعتبار أن 1 كالوري يعادل 4.186 ج.
لتحويل الجرامات إلى كيلوجرامات ، تذكر فقط أن 1 جم يساوي 0.001 كجم. بالإضافة إلى ذلك ، لتحويل الدرجة المئوية إلى كلفن ، أضف فقط إلى درجة الحرارة المئوية قيمة 273.15 ، أي 100 درجة مئوية = 373.15 كلفن.
كيف تحسب الحرارة النوعية؟
يمكن حساب الحرارة النوعية باستخدام الصيغة التي تربطها بكمية الحرارة والكتلة ودرجة حرارة المادة أو المادة.
مثال:
ما هي الحرارة النوعية لجسم كتلته 100 جم واستقبل 1000 كالورى وتغيرت درجة حرارته بمقدار 15 درجة مئوية حتى وصل إلى 35 درجة مئوية؟
القرار:
مثل جميع وحدات القياس هي في أكثر صورها شيوعًا ، فلا داعي للتحويل. سنستخدم صيغة الحرارة المحددة ، والتي تتضمن الحرارة والكتلة ودرجة الحرارة:
\ (c = \ frac {Q} {m ∙ ∆T} \)
\ (c = \ frac {Q} {m \ bullet (T_f-T_i)} \)
باستبدال القيم الواردة في البيان ، لدينا:
\ (c = \ frac {1000} {100 \ bullet (35-15)} \)
\ (c = \ frac {1000} {100 \ bullet (20)} \)
\ (c = \ frac {1000} {2000} \)
\ (ج = 0.5 \)
لذلك ، فإن الحرارة النوعية للجسم هي\ (0.5 \ كال / ز \ رصاصة درجة مئوية \).
العوامل التي تؤثر على حرارة معينة
هناك عدد قليل من العوامل التي يمكن أن تؤثر على اختلافات حرارة معينة. انظر أدناه.
القوى بين الجزيئات: تختلف الحرارة النوعية بما يتناسب مع القوة بين الجزيئات للجزيء ، وكلما زادت الرابطة ، زادت الطاقة اللازمة لكسرها. عادةً ما تكون الجزيئات التي تحتوي على روابط هيدروجينية هي تلك التي تحتوي على قيم عالية للحرارة النوعية.
الشوائب: قد تختلف الحرارة النوعية مع كمية الشوائب في المادة ، على الرغم من أن هذه الشوائب ضرورية لتكوين المادة.
الكتلة المولية: يمكن أن تختلف الحرارة النوعية أيضًا وفقًا للكتلة المولية للمادة.
درجات الحرية: الحرارة النوعية المولية ، كما درسنا في الديناميكا الحرارية، حسب درجات حرية الجزيء. باختصار ، يتعلق الأمر بحرية حركة الجزيء ، ويمكن أن يكون له حركات ترجمة ودوران وتذبذب.
السعة الحرارية والحرارة النوعية
تسمى أيضًا السعة الحرارية ، وهي ثابت التناسب الذي يربط الحرارة التي يتلقاها الجسم أو يفقدها بتغير درجة حرارته. من الممكن حساب الحرارة النوعية من خلال السعة الحرارية وكتلة المادة أو المادة بالصيغة:
\ (c = \ frac {C} {m} \)
ç → حرارة محددة ، تقاس بـ \ ([J / kg \ bullet K] \) أو \ ([كال / ز \ رصاصة ° C] \).
ج ← السعة الحرارية ، تقاس بـ \ ([J / K] \) أو \ ([كال / درجة مئوية] \).
م → الكتلة ، تقاس بالكيلوجرام [كجم] أو بالجرام [جم].
ايضا اعلم: التمدد الحراري للمواد الصلبة - الظاهرة الناتجة عن ارتفاع درجة حرارة الجسم
الحرارة النوعية المولية
الحرارة النوعية المولية يعبر عن مقدار الحرارة النوعية لمادة ما في خلدعلى عكس الحرارة النوعية حيث يتم التعبير عن كمية المادة بالكيلوجرام. نظرًا لأننا نتعامل مع الجزيئات ، التي يكون حجمها صغيرًا ، فمن الأفضل التعبير عن كميتها بالمولات بدلاً من الكيلوجرامات أو الوحدات الأخرى.
\ (1 \ mol = 6.02 \ times {10} ^ {23} \ Units \ elementary \ of \ any \ material \)
على سبيل المثال ، 1 مول من الألومنيوم يعادل \ (6.02 \ مرات {10} ^ {23} \) ذرات الألومنيوم.
معادلة حساب الحرارة النوعية المولية هي نفسها المستخدمة لحساب الحرارة النوعية ، لكنها تختلف في وحدة القياس - بالنسبة للحرارة النوعية المولية ، استخدم \ (كال / مول \ رصاصة درجة مئوية \).
الحرارة الكامنة والحرارة المعقولة
يمكن تصنيف الحرارة على أنها كامن أو حساس. انظر أدناه.
→ الحرارة الكامنة
ا الحرارة الكامنة هل هذا ضروري لتغيير الحالة الفيزيائية لمادة ما دون رفع درجة حرارتها. يمكن حسابه بالصيغة:
\ (س = م \ رصاصة L \)
س ← كمية الحرارة ، مُقاسة بالجول [J] أو السعرات الحرارية [كالوري].
م → الكتلة ، تقاس بالكيلوجرام [كجم] أو بالجرام [جم].
إل → الحرارة الكامنة ، تقاس بـ \ ([J / كجم] \) أو \ ([كال / ز] \).
→ حرارة معقولة
الحرارة المعقولة هي الحرارة المطلوبة لتغيير درجة حرارة مادة ما دون تغيير حالتها الفيزيائية. يمكن حسابه بالصيغة:
\ (س = م \ رصاصة ج \ رصاصة∆ T \)
س ← كمية الحرارة ، مُقاسة بالجول [J] أو السعرات الحرارية [كالوري].
م → الكتلة ، تقاس بالكيلوجرام [كجم] أو بالجرام [جم].
ç → حرارة محددة ، تقاس بـ \ ([J / (kg \ bullet K)] \) أو \ ([كال / ز \ رصاصة ° C] \).
∆ ت ← تباين درجة الحرارة ، مُقاسًا بالكلفن [K] أو بالدرجة المئوية [° C].
تمارين حلها على حرارة محددة
السؤال رقم 1
(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 \ (\ frac {cal} {g \ ° C} \)
ب) 80 كالوري / درجة مئوية و 0.16 \ (\ frac {cal} {g \ ° C} \)
ج) 90 كالوري / درجة مئوية و 0.09 \ (\ frac {cal} {g \ ° C} \)
د) 95 كالوري / درجة مئوية و 0.15 \ (\ frac {cal} {g \ ° C} \)
ه) 120 كالوري / درجة مئوية و 0.12 \ (\ frac {cal} {g \ ° C} \)
القرار:
البديل ب
سنجد قيمة السعة الحرارية باستخدام الصيغة:
\ (C = \ فارك {Q} {∆T} \)
\ (C = \ frac {4000 \} {70-20} \)
\ (C = \ فارك {4000 \ كال} {50} \)
\ (C = 80 \ كال / درجة مئوية \)
أخيرًا ، سنحسب قيمة الحرارة المحددة:
\ (4000 = 500 \ رصاصة ج \ bullet50 \)
\ (4000 = 25000 \ رصاصة ج \)
\ (\ فارك {4000} {25000} = ج \)
\ (0.16 \ فارك {كال} {ز ° C} = ج \)
السؤال 2
(PUC-RS) جسم متجانس A ، كتلته 200 جم ، يغير درجة حرارته من 20 درجة مئوية إلى 50 درجة مئوية عند تلقي 1200 سعرة حرارية من مصدر حراري. خلال فترة الإحماء بأكملها ، يبقى الجسم "أ" في المرحلة الصلبة. جسم متجانس آخر ب ، يتكون من نفس مادة الجسم أ ، له ضعف كتلته. ما هي الحرارة النوعية لمادة B بالكيلو جرام / درجة مئوية؟
أ) 0.1
ب) 0.2
ج) 0.6
د) 0.8
هـ) 1.6
القرار:
البديل ب
سنحسب الحرارة النوعية للمادة أ باستخدام صيغة الحرارة المعقولة:
\ (Q = m \ bullet c \ bullet \ mathrm {\ Delta T} \)
\ (1200 = 200 \ رصاصة ج \ رصاصة (50-20) \)
\ (1200 = 200 \ رصاصة ج \ bullet30 \)
\ (1200 = 6000 \ رصاصة ج \)
\ (c = \ frac {1200} {6000} \)
\ (ج = 0.2 \ كال / جم درجة مئوية \)
سيكون للحرارة النوعية للجسم ب نفس قيمة الحرارة النوعية للجسم أ ، حيث أنها تتكون من نفس المادة.
بقلم باميلا رافايلا ميلو
مدرس الفيزياء
مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm