specifik varme er mængden af varme nødvendigt for at det er muligt at variere et stofs eller materiales temperatur med 1 °C. Den er proportional med mængden af varme modtaget eller doneret af stoffet og kan beregnes ved hjælp af en formel, der involverer varme, masse og temperatur.
Få mere at vide: Absolut nul - den laveste teoretiske temperatur et legeme kan nå
Emner i denne artikel
- 1 - Resumé om specifik varme
- 2 - Hvad er specifik varme?
- 3 - Specifikt varmebord
- 4 - Specifik varmeformel
- 5 - Hvordan beregner man den specifikke varme?
- 6 - Faktorer, der påvirker den specifikke varme
- 7 - Specifik varme og termisk kapacitet
- 8 - Molær specifik varme
-
9 - Latent varme og fornuftig varme
- → latent varme
- → Fornuftig varme
- 10 - Løste øvelser på specifik varme
Specifik varmeoversigt
Specifik varme er den mængde varme, der kræves for at ændre temperaturen på et stof eller materiale med 1 °C.
Nogle faktorer, der påvirker specifik varme, er: intermolekylære kræfter, urenheder i stoffer, molær masse og frihedsgrader.
Specifik varme kan findes gennem forholdet mellem varmekapaciteten og stoffets masse.
Molær specifik varme er mængden af varme pr. mol stof, der skal til for at ændre et stofs temperatur med 1°C.
Latent varme er den varme, der er nødvendig for at ændre et stofs fysiske tilstand uden at hæve dets temperatur.
Følsom varme er den varme, der er nødvendig for at ændre temperaturen på et stof uden at ændre dets fysiske tilstand.
Stop ikke nu... Der er mere efter annoncen ;)
Hvad er specifik varme?
specifik varme er mængden af Termisk energi tilføres et stof, så dets temperatur varierer med 1 °C. Alle væsker, faste stoffer og gasser har en specifik varme for dem, der kendetegner deres adfærd, når de udsættes for en varmekilde.
denne varme er proportional med det, stoffet giver, så hvis vi øger den specifikke varme, vil mængden af varme, der skal til for at stoffet kan ændre sin temperatur, også stige.
For eksempel den specifikke varme af aluminium er fra \(0,215\ cal/g\bullet°C\), mens det af vand er \(1\cal/g\bullet°C\), hvilket betyder, at vand skal modtage mere varme end aluminium for at øge sin temperatur. Vand vil også miste varme lettere end aluminium.
Specifikt varmebord
Specifik varme angiver den nøjagtige varme for et stof til at variere med 1 °C og kan undergå en stigning eller et fald i dets temperatur. I tabellen nedenfor kan vi se de specifikke varmeværdier for forskellige stoffer og materialer.
stof eller materiale |
specifik varme (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Stål |
0,1 |
ferskvand |
1 |
Salt vand |
0,93 |
Ætanol |
0,58 |
Aluminium |
0,215 |
Luft |
0,24 |
Sand |
0,2 |
Kulstof |
0,12 |
At føre |
0,0305 |
Kobber |
0,0923 |
Ethanol |
0,58 |
Jern |
0,11 |
Is (-10°C) |
0,53 |
Granit |
0,19 |
Brint |
3,4 |
Messing |
0,092 |
Træ |
0,42 |
Merkur |
0,033 |
Nitrogen |
0,25 |
Guld |
0,03 |
Ilt |
0,22 |
Sølv |
0,0564 |
Wolfram |
0,0321 |
Glas |
0,2 |
Specifik varmeformel
Vi kan beregne den specifikke varme ved hjælp af formlen for mængden af varme, repræsenteret nedenfor:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ç → specifik varme, målt i \([J/(kg\bullet K)]\) eller \([cal/g\bullet°C]\).
Q → mængden af varme, målt i Joule [J] eller kalorier [cal].
m → masse, målt i kilogram [kg] eller gram [g].
\(∆T \) → temperaturvariation, målt i Kelvin [K] eller Celsius [°C].
DET temperatur variation kan beregnes ved hjælp af følgende formel:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → temperaturvariation, målt i Kelvin [K] eller Celsius [°C].
\(T_f \) → sluttemperatur, målt i Kelvin [K] eller Celsius [°C].
\(Du\) → starttemperatur, målt i Kelvin [K] eller Celsius [°C].
Vigtig: Selvom ovenstående mængder er målt i Joule, kilogram og Kelvin i International System of Units (JA), er det mere almindeligt at bruge kalorie, gram og Celsius. Det er muligt at konvertere kalorie til Joule, i betragtning af at 1 cal svarer til 4.186 J.
For at omregne gram til kilogram skal du blot huske, at 1 g er lig med 0,001 kg. Derudover, for at omdanne Celsius til Kelvin, skal du blot tilføje til temperaturen på Celsius værdien på 273,15, det vil sige 100 °C = 373,15 K.
Hvordan beregner man specifik varme?
Specifik varme kan beregnes ved hjælp af formlen, der relaterer det til mængden af varme, masse og temperatur af stoffet eller materialet.
Eksempel:
Hvad er den specifikke varme for en genstand med en masse på 100 g, der modtog 1000 cal og fik temperaturen varieret med 15 °C, indtil den nåede 35 °C?
Løsning:
ligesom alle måleenheder er i deres mest almindelige form, er der ikke behov for konvertering. Vi vil bruge formlen for specifik varme, som involverer varme, masse og temperatur:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Ved at erstatte værdierne i erklæringen har vi:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Derfor er objektets specifikke varme\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Faktorer, der påvirker specifik varme
Der er et par faktorer, der kan påvirke specifikke varmevariationer. Se nedenunder.
intermolekylære kræfter: Den specifikke varme varierer i forhold til den intermolekylære styrke af molekylet, og jo større bindingen er, jo større energi kræves der for at bryde den. Typisk er molekyler, der indeholder hydrogenbindinger, dem, der indeholder høje værdier af specifik varme.
Urenheder: Den specifikke varme kan variere med mængden af urenheder i materialet, selvom disse urenheder er nødvendige for dannelsen af materialet.
Molar masse: Den specifikke varme kan også variere alt efter stoffets molære masse.
Grader af frihed: Den molære specifikke varme, som vi studerede i Termodynamik, varierer afhængigt af et molekyles frihedsgrader. Kort fortalt er det et molekyles bevægelsesfrihed, og det kan have translations-, rotations- og oscillationsbevægelser.
Specifik varme og varmekapacitet
Også kaldet varmekapacitet, varmekapacitet er en proportionalitetskonstant, der relaterer den varme, der modtages eller tabes af et legeme, til dets temperaturvariation. Det er muligt at beregne den specifikke varme gennem varmekapaciteten og massen af stoffet eller materialet med formlen:
\(c=\frac{C}{m}\)
ç → specifik varme, målt i \([J/kg\kugle K]\) eller \([cal/g\bullet°C]\).
Ç → varmekapacitet, målt i \([J/K]\) eller \([kal/°C]\).
m → masse, målt i kilogram [kg] eller gram [g].
Ved også: Termisk ekspansion af faste stoffer - fænomenet som følge af stigningen i temperaturen i en krop
molær specifik varme
Den molære specifikke varme udtrykker mængden af specifik varme af et stof i muldvarp, i modsætning til specifik varme, hvor stofmængden er udtrykt i kilogram. Da vi arbejder med molekyler, hvis størrelse er bittesmå, er det mere fordelagtigt at udtrykke deres mængde i mol end i kilogram eller andre enheder.
\(1\ mol=6,02\ gange{10}^{23}\ enheder\ elementær\ af\ ethvert\ stof\)
For eksempel svarer 1 mol aluminium til \(6,02\gange{10}^{23}\) aluminium atomer.
Formlen til beregning af den molære specifikke varme er den samme som den, der bruges til at beregne den specifikke varme, men de adskiller sig i måleenheden - for den molære specifikke varme, brug \(cal/mol\bullet°C\).
Latent varme og fornuftig varme
Varme kan klassificeres som latente eller følsomme. Se nedenunder.
→ latent varme
O latent varme er det nødvendigt for at ændre et stofs fysiske tilstand uden at hæve dets temperatur. Det kan beregnes med formlen:
\(Q=m\bullet L\)
Q → mængden af varme, målt i Joule [J] eller kalorier [cal] .
m → masse, målt i kilogram [kg] eller gram [g] .
L → latent varme, målt i \([J/kg]\) eller \([kal/g]\).
→ fornuftig varme
Følsom varme er den varme, der kræves for at ændre temperaturen på et stof uden at ændre dets fysiske tilstand. Det kan beregnes med formlen:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
Q → mængden af varme, målt i Joule [J] eller kalorier [cal] .
m → masse, målt i kilogram [kg] eller gram [g].
ç → specifik varme, målt i \([J/(kg\bullet K)]\) eller \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → temperaturvariation, målt i Kelvin [K] eller Celsius [°C].
Løste øvelser på specifik varme
Spørgsmål 1
(UFPR) For at opvarme 500 g af et bestemt stof fra 20 °C til 70 °C var der brug for 4000 kalorier. Varmekapaciteten og den specifikke varme er henholdsvis:
A) 8 cal/°C og 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C og 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C og 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C og 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C og 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Løsning:
Alternativ B
Vi finder værdien af varmekapaciteten ved hjælp af formlen:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Til sidst vil vi beregne værdien af den specifikke varme:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
spørgsmål 2
(PUC-RS) Et homogent legeme A med en masse på 200 g ændrer sin temperatur fra 20 °C til 50 °C, når det modtager 1200 kalorier fra en termisk kilde. Under hele opvarmningen forbliver krop A i den faste fase. Et andet homogent legeme B, der består af det samme stof som legeme A, har dobbelt sin masse. Hvad er den specifikke varme af stoffet i B i cal/g°C?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Løsning:
Alternativ B
Vi vil beregne den specifikke varme af materiale A ved hjælp af den fornuftige varmeformel:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Den specifikke varme i krop B vil have samme værdi som den specifikke varme i krop A, da de består af det samme stof.
Af Pâmella Raphaella Melo
Fysiklærer
