специфична топлина е количеството на топлина необходимо, за да може температурата на веществото или материала да се променя с 1 °C. То е пропорционално на количеството топлина, получено или дарено от веществото и може да бъде изчислено с помощта на формула, която включва топлина, маса и температура.
Знам повече: Абсолютна нула - най-ниската теоретична температура, която тялото може да достигне
Теми в тази статия
- 1 - Обобщение за специфичната топлина
- 2 - Какво е специфична топлина?
- 3 - Таблица за специфична топлина
- 4 - Формула за специфична топлина
- 5 - Как да изчислим специфичната топлина?
- 6 - Фактори, които влияят на специфичната топлина
- 7 - Специфична топлина и топлинен капацитет
- 8 - Моларна специфична топлина
-
9 - Латентна топлина и чувствителна топлина
- → латентна топлина
- → Чувствителна топлина
- 10 - Решени упражнения на специфична топлина
Обобщение за специфична топлина
Специфичната топлина е количеството топлина, необходимо за промяна на температурата на вещество или материал с 1 °C.
Някои фактори, които влияят на специфичната топлина са: междумолекулни сили, примеси в веществата, моларна маса и степени на свобода.
Специфичната топлина може да бъде намерена чрез връзката между топлинния капацитет и масата на веществото.
Моларната специфична топлина е количеството топлина на мол вещество, необходимо за промяна на температурата на веществото с 1°C.
Латентната топлина е топлината, необходима за промяна на физическото състояние на веществото, без да се повишава неговата температура.
Чувствителната топлина е топлината, необходима за промяна на температурата на веществото, без да се променя неговото физическо състояние.
Не спирай сега... След рекламата има още ;)
Какво е специфична топлина?
специфичната топлина е размерът на Термална енергия се подава на вещество, така че температурата му да варира с 1 °C. Всички течности, твърди вещества и газове имат специфична топлина за тях, която характеризира тяхното поведение, когато са подложени на източник на топлина.
тази топлина е пропорционален на предоставения от веществото, така че ако увеличим специфичната топлина, количеството топлина, необходимо на веществото да промени температурата си, също ще се увеличи.
Например специфичната топлина на алуминият е от \(0,215\ cal/g\bullet°C\), докато този на водата е \(1\cal/g\bullet°C\), което означава, че водата трябва да получава повече топлина от алуминия, за да повиши температурата си. Водата също губи топлина по-лесно от алуминия.
Таблица за специфична топлина
Специфичната топлина показва точната топлина за дадено вещество да варира с 1 °C и може да претърпи повишаване или намаляване на температурата. В таблицата по-долу можем да видим специфичните топлинни стойности на различни вещества и материали.
вещество или материал |
специфична топлина (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
стомана |
0,1 |
прясна вода |
1 |
Солена вода |
0,93 |
Етилов алкохол |
0,58 |
алуминий |
0,215 |
Въздух |
0,24 |
Пясък |
0,2 |
въглерод |
0,12 |
Водя |
0,0305 |
медни |
0,0923 |
етанол |
0,58 |
Желязо |
0,11 |
лед (-10°C) |
0,53 |
Гранит |
0,19 |
водород |
3,4 |
месинг |
0,092 |
дърво |
0,42 |
живак |
0,033 |
Азот |
0,25 |
злато |
0,03 |
Кислород |
0,22 |
Сребро |
0,0564 |
волфрам |
0,0321 |
Стъклена чаша |
0,2 |
Формула за специфична топлина
Можем да изчислим специфичната топлина, използвайки формулата за количеството топлина, представена по-долу:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
° С → специфична топлина, измерена в \([J/(kg\куршум K)]\) или \([cal/g\bullet°C]\).
В → количество топлина, измерено в джаул [J] или калории [cal].
м → маса, измерена в килограм [kg] или грам [g].
\(∆T \) → изменение на температурата, измерено в Келвин [K] или Целзий [°C].
THE вариация на температурата може да се изчисли по следната формула:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → изменение на температурата, измерено в Келвин [K] или Целзий [°C].
\(T_f \) → крайна температура, измерена в Келвин [K] или Целзий [°C].
\(Ти\) → начална температура, измерена в Келвин [K] или Целзий [°C].
Важно: Въпреки че горните количества се измерват в джаул, килограм и келвин в Международната система от единици (ДА), по-често се използват калории, грам и Целзий. Възможно е да се преобразува калориите в джаул, като се има предвид, че 1 кал е еквивалентен на 4,186 J.
За да преобразувате грамове в килограми, просто не забравяйте, че 1 g е равен на 0,001 kg. Освен това, за да трансформирате Целзий в Келвин, просто добавете към температурата на Целзий стойността от 273,15, тоест 100 °C = 373,15 K.
Как да изчислим специфичната топлина?
Специфичната топлина може да се изчисли с помощта на формулата, която я свързва с количеството топлина, масата и температурата на веществото или материала.
пример:
Каква е специфичната топлина на обект с маса 100 g, получил 1000 cal и температурата му се променя с 15 °C, докато достигне 35 °C?
Резолюция:
като всички мерни единици са в най-разпространената им форма, няма нужда от преобразуване. Ще използваме формулата за специфична топлина, която включва топлина, маса и температура:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Замествайки стойностите, дадени в изявлението, имаме:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Следователно специфичната топлина на обекта е\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Фактори, които влияят на специфичната топлина
Има няколко фактора, които могат да повлияят на специфичните вариации на топлината. Виж отдолу.
междумолекулни сили: Специфичната топлина варира пропорционално на междумолекулната сила на молекулата и колкото по-голяма е връзката, толкова по-голяма е енергията, необходима за нейното разрушаване. Обикновено молекулите, съдържащи водородни връзки, са тези, които съдържат високи стойности на специфична топлина.
примеси: Специфичната топлина може да варира в зависимост от количеството примеси в материала, въпреки че тези примеси са необходими за образуването на материала.
Моларна маса: Специфичната топлина може да варира и в зависимост от моларната маса на веществото.
Степени на свобода: Моларната специфична топлина, както изследвахме в Термодинамика, варира в зависимост от степените на свобода на дадена молекула. Накратко, това е свободата на движение на молекула и тя може да има транслационни, ротационни и осцилационни движения.
Специфична топлина и топлинен капацитет
Наричан още топлинен капацитет, топлинният капацитет е константа на пропорционалност, която свързва топлината, получена или загубена от тялото, с неговото изменение на температурата. Възможно е да се изчисли специфичната топлина чрез топлинния капацитет и масата на веществото или материала с формулата:
\(c=\frac{C}{m}\)
° С → специфична топлина, измерена в \([J/kg\куршум K]\) или \([cal/g\bullet°C]\).
° С → топлинен капацитет, измерен в \([J/K]\) или \([cal/°C]\).
м → маса, измерена в килограм [kg] или грам [g].
Също така знайте: Топлинно разширение на твърдите тела - явлението в резултат на повишаване на температурата на тялото
моларна специфична топлина
Моларната специфична топлина изразява количеството специфична топлина на веществото в къртица, за разлика от специфичната топлина, където количеството вещество се изразява в килограми. Тъй като работим с молекули, чийто размер е малък, по-изгодно е тяхното количество да се изразява в молове, отколкото в килограми или други единици.
\(1\ mol=6,02\ пъти{10}^{23}\ единици\ елементарни\ от\ всяко\ вещество\)
Например, 1 мол алуминий е еквивалентен на \(6,02\ пъти{10}^{23}\) алуминиеви атоми.
Формулата за изчисляване на моларната специфична топлина е същата като тази, използвана за изчисляване на специфичната топлина, но те се различават в мерната единица - за моларната специфична топлина използвайте \(cal/mol\bullet°C\).
Латентна топлина и чувствителна топлина
Топлината може да се класифицира като латентни или чувствителни. Виж отдолу.
→ латентна топлина
О латентна топлина това е необходимо за промяна на физическото състояние на веществото, без да се повишава температурата му. Може да се изчисли по формулата:
\(Q=m\куршум L\)
В → количество топлина, измерено в джаул [J] или калории [cal] .
м → маса, измерена в килограм [kg] или грам [g] .
Л → латентна топлина, измерена в \([J/kg]\) или \([cal/g]\).
→ разумна топлина
Чувствителната топлина е топлината, необходима за промяна на температурата на веществото, без да се променя неговото физическо състояние. Може да се изчисли по формулата:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
В → количество топлина, измерено в джаул [J] или калории [cal] .
м → маса, измерена в килограм [kg] или грам [g].
° С → специфична топлина, измерена в \([J/(kg\куршум K)]\) или \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → изменение на температурата, измерено в Келвин [K] или Целзий [°C].
Решени упражнения на специфична топлина
Въпрос 1
(UFPR) За нагряване на 500 g от определено вещество от 20 °C до 70 °C са били необходими 4000 калории. Топлинният капацитет и специфичната топлина са съответно:
А) 8 кал/°С и 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Б) 80 кал/°С и 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
В) 90 кал/°С и 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Г) 95 кал/°С и 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Д) 120 кал/°С и 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Резолюция:
Алтернатива Б
Ще намерим стойността на топлинния капацитет по формулата:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Накрая ще изчислим стойността на специфичната топлина:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
въпрос 2
(PUC-RS) Хомогенно тяло А с маса 200 g променя температурата си от 20 °C на 50 °C, когато получава 1200 калории от топлинен източник. По време на цялото загряване тялото А остава в твърда фаза. Друго хомогенно тяло В, състоящо се от същото вещество като тялото А, има два пъти по-голяма маса. Каква в cal/g°C е специфичната топлина на веществото от B?
А) 0,1
Б) 0,2
в) 0,6
Г) 0,8
Д) 1.6
Резолюция:
Алтернатива Б
Ще изчислим специфичната топлина на материал А, използвайки формулата за разумна топлина:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\куршум c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Специфичната топлина на тялото B ще има същата стойност като специфичната топлина на тялото A, тъй като те са изградени от едно и също вещество.
От Памела Рафаела Мело
Учител по физика
