ominaislämpö on määrä lämpöä on tarpeen, jotta aineen tai materiaalin lämpötilaa voidaan muuttaa 1 °C: lla. Se on verrannollinen aineen vastaanottaman tai luovuttaman lämmön määrään, ja se voidaan laskea kaavalla, joka sisältää lämmön, massan ja lämpötilan.
Tietää enemmän: Absoluuttinen nolla - alin teoreettinen lämpötila, jonka keho voi saavuttaa
Ominaislämmön yhteenveto
Ominaislämpö on lämpömäärä, joka tarvitaan muuttamaan aineen tai materiaalin lämpötilaa 1 °C.
Jotkut ominaislämpöön vaikuttavat tekijät ovat: molekyylien väliset voimat, aineiden epäpuhtaudet, moolimassa ja vapausasteet.
Ominaislämpö voidaan löytää lämpökapasiteetin ja aineen massan välisen suhteen kautta.
Molaarinen ominaislämpö on lämpömäärä aineen moolia kohden, joka tarvitaan muuttamaan aineen lämpötilaa 1 °C: lla.
Piilevä lämpö on lämpöä, joka tarvitaan aineen fysikaalisen tilan muuttamiseen nostamatta sen lämpötilaa.
Tunteva lämpö on lämpöä, joka tarvitaan aineen lämpötilan muuttamiseen muuttamatta sen fyysistä tilaa.
Mikä on ominaislämpö?
ominaislämpö on määrä Lämpöenergia syötetään aineeseen siten, että sen lämpötila vaihtelee 1 °C. Kaikilla nesteillä, kiinteillä aineilla ja kaasuilla on ominaislämpö, joka luonnehtii niiden käyttäytymistä, kun ne altistetaan lämmönlähteelle.
tämä lämpö on verrannollinen aineen tarjoamaan, joten jos lisäämme ominaislämpöä, kasvaa myös lämmön määrä, joka tarvitaan aineen muuttamaan lämpötilaansa.
Esimerkiksi ominaislämpö alumiini on peräisin \(0,215\ cal/g\bullet°C\), kun taas vesi on \(1\cal/g\bullet°C\), mikä tarkoittaa, että veden on saatava enemmän lämpöä kuin alumiinin lämpötilan nostamiseksi. Vesi myös menettää lämpöä helpommin kuin alumiini.
Ominaislämpötaulukko
Ominaislämpö ilmaisee aineen tarkan lämmön, joka vaihtelee 1 °C: n ja sen lämpötila voi nousta tai laskea. Alla olevasta taulukosta näet eri aineiden ja materiaalien ominaislämpöarvot.
ainetta tai materiaalia |
ominaislämpö (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Teräs |
0,1 |
raikasta vettä |
1 |
suolaista vettä |
0,93 |
Etyylialkoholi |
0,58 |
Alumiini |
0,215 |
ilmaa |
0,24 |
Hiekka |
0,2 |
Hiili |
0,12 |
Johtaa |
0,0305 |
Kupari |
0,0923 |
Etanoli |
0,58 |
Rauta |
0,11 |
Jää (-10°C) |
0,53 |
Graniitti |
0,19 |
Vety |
3,4 |
Messinki |
0,092 |
Puu |
0,42 |
Merkurius |
0,033 |
Typpi |
0,25 |
Kulta |
0,03 |
Happi |
0,22 |
Hopea |
0,0564 |
Volframi |
0,0321 |
Lasi |
0,2 |
Ominaislämmön kaava
Voimme laskea ominaislämmön käyttämällä lämpömäärän kaavaa, joka on esitetty alla:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ç → ominaislämpö, mitattuna \([J/(kg\bullet K)]\) tai \([cal/g\bullet°C]\).
K → lämmön määrä mitattuna jouleina [J] tai kaloreina [cal].
m → massa, mitattuna kilogrammoina [kg] tai grammoina [g].
\(∆T \) → lämpötilan vaihtelu, mitattuna Kelvin [K] tai Celsius [°C].
THE lämpötilan vaihtelu voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → lämpötilan vaihtelu, mitattuna Kelvin [K] tai Celsius [°C].
\(T_f \) → lopullinen lämpötila, mitattuna Kelvinissä [K] tai Celsius [°C].
\(Sinä\) → alkulämpötila, mitattuna Kelvinissä [K] tai Celsius [°C].
Tärkeä: Vaikka edellä mainitut määrät mitataan jouleina, kilogrammoina ja kelvineinä kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (JOO), on yleisempää käyttää kaloreita, grammaa ja celsiusastetta. Kalorit on mahdollista muuntaa jouleiksi, kun otetaan huomioon, että 1 cal vastaa 4,186 J.
Jos haluat muuntaa grammat kilogrammoiksi, muista vain, että 1 g on yhtä suuri kuin 0,001 kg. Lisäksi muuntaaksesi Celsius kelvineiksi lisää vain Celsius-lämpötilaan arvo 273,15, eli 100 °C = 373,15 K.
Kuinka laskea ominaislämpö?
Ominaislämpö voidaan laskea kaavalla, joka yhdistää sen aineen tai materiaalin lämmön määrään, massaan ja lämpötilaan.
Esimerkki:
Mikä on 100 g: n kappaleen ominaislämpö, joka sai 1000 cal ja jonka lämpötila vaihteli 15 °C, kunnes se saavutti 35 °C?
Resoluutio:
kuten kaikki mittayksiköt ovat yleisimmässä muodossaan, muuntamista ei tarvita. Käytämme kaavaa ominaislämmölle, joka sisältää lämmön, massan ja lämpötilan:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Korvaamalla lausunnossa annetut arvot, meillä on:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Siksi kohteen ominaislämpö on\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Ominaislämpöön vaikuttavat tekijät
On olemassa muutamia tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa tiettyihin lämmönvaihteluihin. Katso alempaa.
molekyylien väliset voimat: Ominaislämpö vaihtelee suhteessa molekyylin molekyylien väliseen vahvuuteen, ja mitä suurempi sidos on, sitä suurempi on sen katkaisemiseen tarvittava energia. Tyypillisesti vetysidoksia sisältävät molekyylit ovat sellaisia, jotka sisältävät korkeita ominaislämpöarvoja.
Epäpuhtaudet: Ominaislämpö voi vaihdella materiaalissa olevien epäpuhtauksien määrän mukaan, vaikka nämä epäpuhtaudet ovat välttämättömiä materiaalin muodostumiselle.
Moolimassa: Ominaislämpö voi myös vaihdella aineen moolimassan mukaan.
Vapauden asteet: Molaarinen ominaislämpö, kuten tutkimme Termodynamiikka, vaihtelee molekyylin vapausasteiden mukaan. Lyhyesti sanottuna kyse on molekyylin liikkumisvapaudesta, ja sillä voi olla translaatio-, pyörimis- ja värähtelyliikkeitä.
Ominaislämpö ja lämpökapasiteetti
Kutsutaan myös lämpökapasiteetiksi, lämpökapasiteetti on suhteellisuusvakio, joka suhteuttaa kehon vastaanottaman tai menettämän lämmön lämpötilan vaihteluun. Ominaislämpö voidaan laskea lämpökapasiteetin ja aineen tai materiaalin massan avulla kaavalla:
\(c=\frac{C}{m}\)
ç → ominaislämpö, mitattuna \([J/kg\bullet K]\) tai \([cal/g\bullet°C]\).
Ç → lämpökapasiteetti, mitattuna \([J/K]\) tai \([cal/°C]\).
m → massa, mitattuna kilogrammoina [kg] tai grammoina [g].
Tiedä myös: Kiinteiden aineiden lämpölaajeneminen - ilmiö, joka johtuu kehon lämpötilan noususta
molaarinen ominaislämpö
Molaarinen ominaislämpö ilmaisee aineen ominaislämmön määrän mooli, toisin kuin ominaislämpö, jossa aineen määrä ilmaistaan kilogrammoina. Koska työskentelemme molekyyleillä, joiden koko on pieni, on edullisempaa ilmaista niiden määrä mooliina kuin kilogrammoina tai muina yksiköinä.
\(1\ mol=6,02\kertaa{10}^{23}\ yksikköä\ alkeis\ mistä tahansa\ aineesta\)
Esimerkiksi 1 mooli alumiinia vastaa \(6,02\kertaa{10}^{23}\) alumiiniatomit.
Molaarisen ominaislämmön laskentakaava on sama kuin ominaislämmön laskemiseen käytetty kaava, mutta ne eroavat mittayksikön osalta — molaarisen ominaislämmön osalta käytä \(cal/mol\bullet°C\).
Piilevä lämpö ja aistillinen lämpö
Lämpö voidaan luokitella piilevä tai herkkä. Katso alempaa.
→ piilevä lämpö
O piilevä lämpö Onko se tarpeen aineen fysikaalisen tilan muuttamiseen nostamatta sen lämpötilaa. Se voidaan laskea kaavalla:
\(Q=m\bullet L\)
K → lämmön määrä, mitattuna jouleina [J] tai kaloreina [cal] .
m → massa, mitattuna kilogrammoina [kg] tai grammoina [g] .
L → piilevä lämpö, mitattuna \([J/kg]\) tai \([cal/g]\).
→ järkevää lämpöä
Tunteva lämpö on lämpöä, joka tarvitaan muuttamaan aineen lämpötilaa muuttamatta sen fyysistä tilaa. Se voidaan laskea kaavalla:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
K → lämmön määrä, mitattuna jouleina [J] tai kaloreina [cal] .
m → massa, mitattuna kilogrammoina [kg] tai grammoina [g].
ç → ominaislämpö, mitattuna \([J/(kg\bullet K)]\) tai \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → lämpötilan vaihtelu, mitattuna Kelvin [K] tai Celsius [°C].
Ratkaistiin harjoituksia tietyllä lämmöllä
Kysymys 1
(UFPR) 500 g: n tietyn aineen lämmittämiseen 20 °C: sta 70 °C: seen tarvittiin 4000 kaloria. Lämpökapasiteetti ja ominaislämpö ovat vastaavasti:
A) 8 cal/°C ja 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C ja 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C ja 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C ja 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C ja 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Resoluutio:
Vaihtoehto B
Löydämme lämpökapasiteetin arvon kaavalla:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Lopuksi laskemme ominaislämmön arvon:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
kysymys 2
(PUC-RS) Homogeeninen kappale A, jonka massa on 200 g, muuttaa lämpötilaansa 20 °C: sta 50 °C: seen vastaanottaessaan 1200 kaloria lämpölähteestä. Koko lämmittelyn ajan keho A pysyy kiinteässä faasissa. Toisella homogeenisella kappaleella B, joka koostuu samasta aineesta kuin kappale A, on kaksinkertainen massa. Mikä on B: n aineen ominaislämpö cal/g°C: ssa?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Resoluutio:
Vaihtoehto B
Laskemme materiaalin A ominaislämmön käyttämällä järkevää lämpökaavaa:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Kappaleen B ominaislämmöllä on sama arvo kuin kappaleen A ominaislämmöllä, koska ne koostuvat samasta aineesta.
Kirjailija: Pâmella Raphaella Melo
Fysiikan opettaja
Lähde: Brasilian koulu - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm