ειδική θερμότητα είναι το ποσό του θερμότητα απαραίτητο για να είναι δυνατή η μεταβολή της θερμοκρασίας μιας ουσίας ή υλικού κατά 1 °C. Είναι ανάλογη με την ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται ή προσφέρεται από την ουσία και μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας έναν τύπο που περιλαμβάνει θερμότητα, μάζα και θερμοκρασία.
Μάθετε περισσότερα: Απόλυτο μηδέν — η χαμηλότερη θεωρητική θερμοκρασία που μπορεί να φτάσει ένα σώμα
Περίληψη ειδικής θερμότητας
Η ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία μιας ουσίας ή υλικού κατά 1 °C.
Μερικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική θερμότητα είναι: οι διαμοριακές δυνάμεις, οι ακαθαρσίες σε ουσίες, η μοριακή μάζα και οι βαθμοί ελευθερίας.
Η ειδική θερμότητα μπορεί να βρεθεί μέσω της σχέσης μεταξύ της θερμοχωρητικότητας και της μάζας της ουσίας.
Μοριακή ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα θερμότητας ανά mole ουσίας που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία μιας ουσίας κατά 1°C.
Η λανθάνουσα θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για να αλλάξει η φυσική κατάσταση μιας ουσίας χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία της.
Η αισθητή θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία μιας ουσίας χωρίς να αλλάξει η φυσική της κατάσταση.
Τι είναι η ειδική θερμότητα;
ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα του Θερμική ενέργεια παρέχεται σε μια ουσία έτσι ώστε η θερμοκρασία της να ποικίλλει κατά 1 °C. Όλα τα υγρά, στερεά και αέρια έχουν μια συγκεκριμένη θερμότητα για αυτά που χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά τους όταν υποβάλλονται σε μια πηγή θερμότητας.
αυτή τη ζέστη είναι ανάλογο με αυτό που παρέχει η ουσία, οπότε αν αυξήσουμε την ειδική θερμότητα, θα αυξηθεί και η ποσότητα θερμότητας που χρειάζεται η ουσία για να αλλάξει τη θερμοκρασία της.
Για παράδειγμα, η ειδική θερμότητα του το αλουμίνιο είναι από \(0,215\ cal/g\bullet°C\), ενώ αυτή του νερού είναι \(1\cal/g\bullet°C\), που σημαίνει ότι το νερό χρειάζεται να δέχεται περισσότερη θερμότητα από το αλουμίνιο για να αυξήσει τη θερμοκρασία του. Το νερό θα χάσει επίσης τη θερμότητα πιο εύκολα από το αλουμίνιο.
Ειδικός πίνακας θερμότητας
Η ειδική θερμότητα υποδεικνύει ότι η ακριβής θερμότητα για μια ουσία ποικίλλει κατά 1 °C και μπορεί να υποστεί αύξηση ή μείωση στη θερμοκρασία της. Στον παρακάτω πίνακα, μπορούμε να δούμε τις ειδικές τιμές θερμότητας διαφόρων ουσιών και υλικών.
ουσία ή υλικό |
ειδική θερμότητα (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Ατσάλι |
0,1 |
γλυκό νερό |
1 |
Αλμυρό νερό |
0,93 |
Εθυλική αλκοόλη |
0,58 |
Αλουμίνιο |
0,215 |
Αέρας |
0,24 |
Αμμος |
0,2 |
Ανθρακας |
0,12 |
Οδηγω |
0,0305 |
Χαλκός |
0,0923 |
Αιθανόλη |
0,58 |
Σίδερο |
0,11 |
Πάγος (-10°C) |
0,53 |
Γρανίτης |
0,19 |
Υδρογόνο |
3,4 |
Ορείχαλκος |
0,092 |
Ξύλο |
0,42 |
Ερμής |
0,033 |
Αζωτο |
0,25 |
Χρυσός |
0,03 |
Οξυγόνο |
0,22 |
Ασήμι |
0,0564 |
Βολφράμιο |
0,0321 |
Ποτήρι |
0,2 |
Ειδική φόρμουλα θερμότητας
Μπορούμε να υπολογίσουμε την ειδική θερμότητα χρησιμοποιώντας τον τύπο για την ποσότητα θερμότητας, που παρουσιάζεται παρακάτω:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ντο → ειδική θερμότητα, μετρημένη σε \([J/(kg\κουκκίδα K)]\) ή \([cal/g\bullet°C]\).
Q → ποσότητα θερμότητας, μετρημένη σε Joule [J] ή θερμίδες [cal].
Μ → μάζα, μετρούμενη σε χιλιόγραμμα [kg] ή γραμμάρια [g].
\(∆T \) → διακύμανση θερμοκρασίας, μετρημένη σε Kelvin [K] ή Κελσίου [°C].
Ο διακύμανση θερμοκρασίας μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → διακύμανση θερμοκρασίας, μετρημένη σε Kelvin [K] ή Κελσίου [°C].
\(T_f \) → τελική θερμοκρασία, μετρημένη σε Kelvin [K] ή Κελσίου [°C].
\(Εσείς\) → αρχική θερμοκρασία, μετρημένη σε Kelvin [K] ή Κελσίου [°C].
Σπουδαίος: Αν και οι παραπάνω ποσότητες μετρώνται σε Joule, kg και Kelvin στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (ΝΑΙ), είναι πιο συνηθισμένο να χρησιμοποιούνται θερμίδες, γραμμάρια και Κελσίου. Είναι δυνατή η μετατροπή των θερμίδων σε Joule, λαμβάνοντας υπόψη ότι 1 cal ισοδυναμεί με 4.186 J.
Για να μετατρέψετε τα γραμμάρια σε κιλά, απλά θυμηθείτε ότι 1 g ισούται με 0,001 kg. Επιπλέον, για να μετατρέψετε τον Κελσίου σε Kelvin, απλώς προσθέστε στη θερμοκρασία του Κελσίου την τιμή των 273,15, δηλαδή 100 °C = 373,15 K.
Πώς να υπολογίσετε την ειδική θερμότητα;
Η ειδική θερμότητα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο που τη συσχετίζει με την ποσότητα θερμότητας, τη μάζα και τη θερμοκρασία της ουσίας ή του υλικού.
Παράδειγμα:
Ποια είναι η ειδική θερμότητα ενός αντικειμένου με μάζα 100 g που έλαβε 1000 θερμίδες και η θερμοκρασία του μεταβλήθηκε κατά 15 °C μέχρι να φτάσει τους 35 °C;
Ανάλυση:
όπως όλα ΜΟΝΑΔΕΣ ΜΕΤΡΗΣΗΣ είναι στην πιο κοινή τους μορφή, δεν χρειάζεται μετατροπή. Θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο για ειδική θερμότητα, που περιλαμβάνει θερμότητα, μάζα και θερμοκρασία:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Αντικαθιστώντας τις τιμές που δίνονται στη δήλωση, έχουμε:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Επομένως, η ειδική θερμότητα του αντικειμένου είναι\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Παράγοντες που επηρεάζουν την ειδική θερμότητα
Υπάρχουν μερικοί παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν συγκεκριμένες διακυμάνσεις θερμότητας. Δες παρακάτω.
διαμοριακές δυνάμεις: Η ειδική θερμότητα ποικίλλει ανάλογα με τη διαμοριακή ισχύ του μορίου και όσο μεγαλύτερος είναι ο δεσμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπασή του. Τυπικά, τα μόρια που περιέχουν δεσμούς υδρογόνου είναι εκείνα που περιέχουν υψηλές τιμές ειδικής θερμότητας.
Ακαθαρσίες: Η ειδική θερμότητα μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ποσότητα των ακαθαρσιών στο υλικό, παρόλο που αυτές οι ακαθαρσίες είναι απαραίτητες για το σχηματισμό του υλικού.
Μοριακή μάζα: Η ειδική θερμότητα μπορεί επίσης να ποικίλλει ανάλογα με τη μοριακή μάζα της ουσίας.
Βαθμοί ελευθερίας: Η μοριακή ειδική θερμότητα, όπως μελετήσαμε Θερμοδυναμική, ποικίλλει ανάλογα με τους βαθμούς ελευθερίας ενός μορίου. Εν συντομία, πρόκειται για την ελευθερία κίνησης ενός μορίου και μπορεί να έχει κινήσεις μετάφρασης, περιστροφής και ταλάντωσης.
Ειδική θερμοχωρητικότητα και θερμοχωρητικότητα
Ονομάζεται επίσης θερμοχωρητικότητα, η θερμοχωρητικότητα είναι μια σταθερά αναλογικότητας που συσχετίζει τη θερμότητα που λαμβάνεται ή χάνεται από ένα σώμα με τη διακύμανση της θερμοκρασίας του. Είναι δυνατός ο υπολογισμός της ειδικής θερμότητας μέσω της θερμοχωρητικότητας και της μάζας της ουσίας ή του υλικού με τον τύπο:
\(c=\frac{C}{m}\)
ντο → ειδική θερμότητα, μετρημένη σε \([J/kg\bullet K]\) ή \([cal/g\bullet°C]\).
ΝΤΟ → θερμοχωρητικότητα, μετρημένη σε \([J/K]\) ή \([θερμίδες/°C]\).
Μ → μάζα, μετρούμενη σε χιλιόγραμμα [kg] ή γραμμάρια [g].
Επίσης γνωρίζω: Θερμική διαστολή στερεών — το φαινόμενο που προκύπτει από την αύξηση της θερμοκρασίας ενός σώματος
μοριακή ειδική θερμότητα
Η μοριακή ειδική θερμότητα εκφράζει την ποσότητα ειδικής θερμότητας μιας ουσίας σε ΕΛΙΑ δερματος, σε αντίθεση με την ειδική θερμότητα, όπου η ποσότητα της ουσίας εκφράζεται σε κιλά. Εφόσον εργαζόμαστε με μόρια, το μέγεθος των οποίων είναι μικροσκοπικό, είναι πιο πλεονεκτικό να εκφράζουμε την ποσότητά τους σε mole παρά σε κιλά ή άλλες μονάδες.
\(1\ mol=6,02\φορές{10}^{23}\ μονάδες\ στοιχειώδεις\ οποιασδήποτε\ ουσίας\)
Για παράδειγμα, 1 mole αλουμινίου ισοδυναμεί με \(6,02\φορές{10}^{23}\) άτομα αλουμινίου.
Ο τύπος για τον υπολογισμό της μοριακής ειδικής θερμότητας είναι ο ίδιος με αυτόν που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ειδικής θερμότητας, αλλά διαφέρουν ως προς τη μονάδα μέτρησης — για τη μοριακή ειδική θερμότητα, χρησιμοποιήστε \(cal/mol\bullet°C\).
Λανθάνουσα θερμότητα και αισθητή θερμότητα
Η θερμότητα μπορεί να ταξινομηθεί ως λανθάνουσα ή ευαίσθητη. Δες παρακάτω.
→ λανθάνουσα θερμότητα
Ο λανθάνουσα θερμότητα είναι αυτό που είναι απαραίτητο για να αλλάξει η φυσική κατάσταση μιας ουσίας χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία της. Μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:
\(Q=m\κουκκίδα L\)
Q → ποσότητα θερμότητας, μετρημένη σε Joule [J] ή θερμίδες [cal] .
Μ → μάζα, μετρούμενη σε χιλιόγραμμα [kg] ή γραμμάρια [g] .
μεγάλο → λανθάνουσα θερμότητα, μετρημένη σε \([J/kg]\) ή \([cal/g]\).
→ αισθητή θερμότητα
Η αισθητή θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία μιας ουσίας χωρίς να αλλάξει η φυσική της κατάσταση. Μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:
\(Q=m\κουκκίδα c\bullet∆T\)
Q → ποσότητα θερμότητας, μετρημένη σε Joule [J] ή θερμίδες [cal] .
Μ → μάζα, μετρούμενη σε χιλιόγραμμα [kg] ή γραμμάρια [g].
ντο → ειδική θερμότητα, μετρημένη σε \([J/(kg\κουκκίδα K)]\) ή \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → διακύμανση θερμοκρασίας, μετρημένη σε Kelvin [K] ή Κελσίου [°C].
Λυμένες ασκήσεις σε συγκεκριμένη θερμότητα
ερώτηση 1
(UFPR) Για να θερμανθούν 500 g μιας συγκεκριμένης ουσίας από 20 °C σε 70 °C, χρειάζονταν 4000 θερμίδες. Η θερμοχωρητικότητα και η ειδική θερμότητα είναι, αντίστοιχα:
Α) 8 θερμίδες/°C και 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Β) 80 θερμίδες/°C και 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Γ) 90 θερμίδες/°C και 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Δ) 95 θερμίδες/°C και 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Ε) 120 θερμίδες/°C και 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Ανάλυση:
Εναλλακτική Β
Θα βρούμε την τιμή της θερμοχωρητικότητας χρησιμοποιώντας τον τύπο:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Τέλος, θα υπολογίσουμε την τιμή της ειδικής θερμότητας:
\(4000=500\κουκκίδα c\bullet50\)
\(4000=25000\κουκκίδα γ\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
Ερώτηση 2
(PUC-RS) Ένα ομοιογενές σώμα Α, μάζας 200 g, αλλάζει τη θερμοκρασία του από 20 °C σε 50 °C όταν λαμβάνει 1200 θερμίδες από μια θερμική πηγή. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της προθέρμανσης, το σώμα Α παραμένει στη στερεά φάση. Ένα άλλο ομοιογενές σώμα Β, που αποτελείται από την ίδια ουσία με το σώμα Α, έχει διπλάσια μάζα. Ποια είναι, σε θερμίδες/g°C, η ειδική θερμότητα της ουσίας του Β;
Α) 0,1
Β) 0,2
Γ) 0,6
Δ) 0,8
Ε) 1.6
Ανάλυση:
Εναλλακτική Β
Θα υπολογίσουμε την ειδική θερμότητα του υλικού Α χρησιμοποιώντας τον τύπο αισθητής θερμότητας:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\κουκκίδα c\bullet30\)
\(1200=6000\κουκκίδα γ\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ θερμίδες/g°C\)
Η ειδική θερμότητα του σώματος Β θα έχει την ίδια τιμή με την ειδική θερμότητα του σώματος Α, αφού αποτελούνται από την ίδια ουσία.
Από την Pâmella Raphaella Melo
Καθηγητής Φυσικής
Πηγή: Σχολείο Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm