חום ספציפי: מה זה, טבלה, נוסחה

חום ספציפי הוא הכמות של חוֹם הכרחי כדי שיהיה אפשר לשנות את הטמפרטורה של חומר או חומר ב-1 מעלות צלזיוס. הוא פרופורציונלי לכמות החום שהחומר מקבל או נתרם וניתן לחשב אותו באמצעות נוסחה הכוללת חום, מסה וטמפרטורה.

יודע יותר: אפס מוחלט - הטמפרטורה התיאורטית הנמוכה ביותר שגוף יכול להגיע אליו

סיכום חום ספציפי

• חום סגולי הוא כמות החום הנדרשת כדי לשנות את הטמפרטורה של חומר או חומר ב-1 מעלות צלזיוס.

• כמה גורמים המשפיעים על חום ספציפי הם: כוחות בין מולקולריים, זיהומים בחומרים, מסה מולרית ודרגות חופש.

• ניתן למצוא חום סגולי דרך הקשר בין קיבולת החום למסה של החומר.

• חום סגולי מולרי הוא כמות החום לכל מול חומר הנדרשת כדי לשנות את הטמפרטורה של חומר ב-1 מעלות צלזיוס.

• חום סמוי הוא החום הדרוש לשינוי מצבו הפיזי של חומר מבלי להעלות את הטמפרטורה שלו.

• חום רגיש הוא החום הדרוש לשינוי הטמפרטורה של חומר מבלי לשנות את מצבו הפיזי.

מהו חום סגולי?

חום ספציפי הוא הסכום של אנרגיית תרמית מסופק לחומר כך שהטמפרטורה שלו משתנה ב-1 מעלות צלזיוס. לכל הנוזלים, המוצקים והגזים יש חום ספציפי עבורם המאפיין את התנהגותם כאשר הם נתונים למקור חום.

החום הזה

הוא פרופורציונלי לזה שמספק החומר, כך שאם נגדיל את החום הסגולי, תגדל גם כמות החום הדרושה לחומר לשנות את הטמפרטורה שלו.

לדוגמה, החום הספציפי של אלומיניום הוא מ \(0.215\ cal/g\bullet°C\), בעוד זה של מים הוא \(1\cal/g\bullet°C\), כלומר מים צריכים לקבל יותר חום מאלומיניום כדי להעלות את הטמפרטורה שלהם. מים גם יאבדו חום בקלות רבה יותר מאלומיניום.

שולחן חום ספציפי

חום סגולי מציין את החום המדויק של חומר שישתנה ב-1 מעלות צלזיוס, ועשוי לעבור עלייה או ירידה בטמפרטורה שלו. בטבלה למטה, אנו יכולים לראות את ערכי החום הספציפיים של חומרים וחומרים שונים.

חומר או חומר	חום ספציפי (\({cal}/{g}\bullet°C\))
פְּלָדָה	0,1
מים מתוקים	1
מים מלוחים	0,93
אתיל אלכוהול	0,58
אֲלוּמִינְיוּם	0,215
אוויר	0,24
חוֹל	0,2
פַּחמָן	0,12
עוֹפֶרֶת	0,0305
נְחוֹשֶׁת	0,0923
אתנול	0,58
בַּרזֶל	0,11
קרח (-10 מעלות צלזיוס)	0,53
גרָנִיט	0,19
מֵימָן	3,4
פליז	0,092
עץ	0,42
כַּספִּית	0,033
חַנקָן	0,25
זהב	0,03
חַמצָן	0,22
כסף	0,0564
ווֹלפרָם	0,0321
זכוכית	0,2

נוסחת חום ספציפי

אנו יכולים לחשב את החום הספציפי באמצעות הנוסחה של כמות החום, המיוצגת להלן:

\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)

• ç ← חום סגולי, נמדד ב \([J/(kg\bullet K)]\) אוֹ \([cal/g\bullet°C]\).

• ש ← כמות החום, נמדדת בג'ול [J] או קלוריות [cal].

• M ← מסה, נמדד בקילוגרם [ק"ג] או גרם [ג].

• \(∆T \) ← שינוי טמפרטורה, נמדד בקלווין [K] או צלזיוס [°C].

ה שינויים בטמפרטורה ניתן לחשב באמצעות הנוסחה הבאה:

\(∆T=T_f-T_i\)

• \(∆T\) ← שינוי טמפרטורה, נמדד בקלווין [K] או צלזיוס [°C].

• \(T_f \) ← טמפרטורה סופית, נמדדת בקלווין [K] או צלזיוס [°C].

• \(אתה\) ← טמפרטורה ראשונית, נמדדת בקלווין [K] או צלזיוס [°C].

חָשׁוּב: למרות שהכמויות הנ"ל נמדדות בג'ול, קילוגרם וקלווין במערכת היחידות הבינלאומית (כן), נפוץ יותר להשתמש בקלוריות, גרם וצלזיוס. אפשר להמיר קלוריה לג'ול, בהתחשב בכך ש-1 cal שווה ערך ל-4.186 J.

כדי להמיר גרמים לקילוגרמים, רק זכור ש-1 גרם שווה ל-0.001 ק"ג. בנוסף, כדי להפוך צלזיוס לקלווין, פשוט הוסף לטמפרטורה של צלזיוס את הערך של 273.15, כלומר 100 מעלות צלזיוס = 373.15 K.

כיצד לחשב חום ספציפי?

ניתן לחשב חום סגולי באמצעות הנוסחה המקשרת אותו לכמות החום, המסה והטמפרטורה של החומר או החומר.

• דוגמא:

מהו החום הסגולי של חפץ בעל מסה של 100 גרם שקיבל 1000 קלוריות והטמפרטורה שלו השתנתה ב-15 מעלות צלזיוס עד שהגיעה ל-35 מעלות צלזיוס?

פתרון הבעיה:

כמו כולם יחידות מידה הם בצורתם הנפוצה ביותר, אין צורך בהמרה. נשתמש בנוסחה לחום ספציפי, הכולל חום, מסה וטמפרטורה:

\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)

\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)

בהחלפת הערכים המופיעים בהצהרה, יש לנו:

\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)

\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)

\(c=\frac{1000}{2000}\)

\(c=0.5\)

לכן, החום הסגולי של האובייקט הוא\(0.5\cal/g\bullet°C\).

גורמים המשפיעים על חום ספציפי

ישנם מספר גורמים שיכולים להשפיע על וריאציות חום ספציפיות. ראה למטה.

• כוחות בין מולקולריים: החום הסגולי משתנה ביחס לחוזק הבין-מולקולרי של המולקולה, וככל שהקשר גדול יותר, האנרגיה הדרושה כדי לשבור אותה גדולה יותר. בדרך כלל, מולקולות המכילות קשרי מימן הן אלו המכילות ערכים גבוהים של חום סגולי.

• זיהומים: החום הספציפי עשוי להשתנות בהתאם לכמות הזיהומים בחומר, למרות שהזיהומים הללו נחוצים להיווצרות החומר.

• מסה מולארית: החום הסגולי יכול גם להשתנות בהתאם למסה המולרית של החומר.

• דרגות חופש: החום הסגולי הטוחן, כפי שלמדנו ב תֶרמוֹדִינָמִיקָה, משתנה בהתאם לדרגות החופש של מולקולה. בקצרה, מדובר בחופש התנועה של מולקולה, ויכולות להיות לה תנועות תרגום, סיבוב ותנודות.

חום ספציפי וקיבולת חום

המכונה גם קיבולת חום, קיבולת חום היא קבוע מידתיות המקשר בין החום שמתקבל או אובד על ידי הגוף לשונות הטמפרטורה שלו. ניתן לחשב את החום הספציפי באמצעות קיבולת החום ומסת החומר או החומר באמצעות הנוסחה:

\(c=\frac{C}{m}\)

• ç ← חום סגולי, נמדד ב \([J/kg\bullet K]\) אוֹ \([cal/g\bullet°C]\).

• Ç → קיבולת חום, נמדדת ב \([J/K]\) אוֹ \([cal/°C]\).

• M ← מסה, נמדד בקילוגרם [ק"ג] או גרם [ג].

גם יודע: התפשטות תרמית של מוצקים - התופעה הנובעת מעליית הטמפרטורה של הגוף

חום סגולי מולארי

החום הסגולי הטוחן מבטא את כמות החום הסגולי של חומר בתוכו חֲפַרפֶּרֶת, בניגוד לחום סגולי, שבו כמות החומר מתבטאת בקילוגרמים. מכיוון שאנו עובדים עם מולקולות, שגודלן זעיר, כדאי יותר לבטא את הכמות שלהן בשומות מאשר בקילוגרמים או ביחידות אחרות.

\(1\ mol=6.02\times{10}^{23}\ units\ elementary\ of\ any\ substans\)

לדוגמה, שומה אחת של אלומיניום שווה ערך ל \(6.02\times{10}^{23}\) אטומי אלומיניום.

הנוסחה לחישוב החום הסגולי הטוחני זהה לזו המשמשת לחישוב החום הסגולי, אך הן נבדלות ביחידת המדידה - עבור החום הסגולי הטוחני, השתמשו ב \(cal/mol\bullet°C\).

חום סמוי וחום הגיוני

ניתן לסווג חום כ סמוי או רגיש. ראה למטה.

→ חום סמוי

O חום סמוי האם זה הכרחי כדי לשנות את המצב הפיזי של חומר מבלי להעלות את הטמפרטורה שלו. ניתן לחשב אותו לפי הנוסחה:

\(Q=m\bullet L\)

• ש ← כמות החום, נמדדת בג'ול [J] או קלוריות [cal] .

• M ← מסה, נמדד בקילוגרם [ק"ג] או גרם [ג] .

• ל ← חום סמוי, נמדד ב \([J/kg]\) אוֹ \([cal/g]\).

→ חום הגיוני

חום רגיש הוא החום הנדרש כדי לשנות את הטמפרטורה של חומר מבלי לשנות את מצבו הפיזי. ניתן לחשב אותו לפי הנוסחה:

\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)

• ש ← כמות החום, נמדדת בג'ול [J] או קלוריות [cal] .

• M ← מסה, נמדד בקילוגרם [ק"ג] או גרם [ג].

• ç ← חום סגולי, נמדד ב \([J/(kg\bullet K)]\) אוֹ \([cal/g\bullet°C]\).

• ∆T ← שינוי טמפרטורה, נמדד בקלווין [K] או צלזיוס [°C].

פתרו תרגילים על חום ספציפי

שאלה 1

(UFPR) כדי לחמם 500 גרם של חומר מסוים מ-20 מעלות צלזיוס ל-70 מעלות צלזיוס, נדרשו 4000 קלוריות. קיבולת החום והחום הסגולי הם, בהתאמה:

א) 8 קלוריות/°C ו-0.08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)

ב) 80 cal/°C ו-0.16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)

ג) 90 cal/°C ו-0.09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)

ד) 95 cal/°C ו-0.15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)

E) 120 cal/°C ו-0.12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)

פתרון הבעיה:

חלופה ב'

נמצא את ערך קיבולת החום באמצעות הנוסחה:

\(C=\frac{Q}{∆T}\)

\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)

\(C=\frac{4000\cal}{50}\)

\(C=80\cal/°C\)

לבסוף, נחשב את הערך של החום הספציפי:

\(4000=500\bullet c\bullet50\)

\(4000=25000\bullet c\)

\(\frac{4000}{25000}=c\)

\(0.16\frac{cal}{g °C}=c\)

שאלה 2

(PUC-RS) גוף הומוגני A, בעל מסה 200 גרם, משנה את הטמפרטורה שלו מ-20 מעלות צלזיוס ל-50 מעלות צלזיוס כאשר הוא מקבל 1200 קלוריות ממקור תרמי. במהלך כל החימום, גוף A נשאר בשלב המוצק. לגוף הומוגני נוסף B, המורכב מאותו חומר כמו גוף A, יש מסה כפולה שלו. מהו החום הסגולי של החומר של B, ב-cal/g°C?

א) 0.1

ב) 0.2

ג) 0.6

ד) 0.8

ה) 1.6

פתרון הבעיה:

חלופה ב'

נחשב את החום הסגולי של חומר A באמצעות נוסחת החום ההגיוני:

\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)

\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)

\(1200=200\bullet c\bullet30\)

\(1200=6000\bullet c\)

\(c=\frac{1200}{6000}\)

\(c=0.2\ cal/g°C\)

לחום הסגולי של גוף B יהיה ערך זהה לחום הסגולי של גוף A, מכיוון שהם מורכבים מאותו חומר.

מאת פאמלה רפאלה מלו
מורה לפיזיקה

מָקוֹר: בית ספר ברזיל - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm