īpašs karstums ir summa karstums nepieciešams, lai būtu iespējams mainīt vielas vai materiāla temperatūru par 1 °C. Tas ir proporcionāls siltuma daudzumam, ko viela saņem vai atdod, un to var aprēķināt, izmantojot formulu, kas ietver siltumu, masu un temperatūru.
Uzziniet vairāk: Absolūtā nulle - zemākā teorētiskā temperatūra, ko ķermenis var sasniegt
Īpatnējā siltuma kopsavilkums
Īpatnējais siltums ir siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai vielas vai materiāla temperatūru mainītu par 1 °C.
Daži faktori, kas ietekmē īpatnējo siltumu, ir: starpmolekulārie spēki, vielu piemaisījumi, molārā masa un brīvības pakāpes.
Īpatnējo siltumu var noteikt pēc attiecības starp siltumietilpību un vielas masu.
Molārais īpatnējais siltums ir siltuma daudzums uz vienu molu vielas, kas nepieciešams, lai mainītu vielas temperatūru par 1°C.
Latentais siltums ir siltums, kas nepieciešams, lai mainītu vielas fizisko stāvokli, nepaaugstinot tās temperatūru.
Jutīgais siltums ir siltums, kas nepieciešams, lai mainītu vielas temperatūru, nemainot tās fizisko stāvokli.
Kas ir specifiskais siltums?
īpatnējais siltums ir summa Siltumenerģija tiek piegādāta vielai tā, lai tās temperatūra mainītos par 1 °C. Visiem šķidrumiem, cietām vielām un gāzēm ir īpašs siltums, kas raksturo to uzvedību, kad tie tiek pakļauti siltuma avotam.
šis karstums ir proporcionāls tam, ko nodrošina viela, tātad, ja palielināsim īpatnējo siltumu, palielināsies arī siltuma daudzums, kas nepieciešams, lai viela mainītu temperatūru.
Piemēram, īpatnējais siltums alumīnijs ir no \(0,215\ cal/g\bullet°C\), kamēr ūdens ir \(1\cal/g\bullet°C\), kas nozīmē, ka ūdenim ir jāsaņem vairāk siltuma nekā alumīnijam, lai paaugstinātu tā temperatūru. Ūdens arī zaudēs siltumu vieglāk nekā alumīnijs.
Specifiskā siltuma tabula
Īpatnējais siltums norāda precīzu vielas siltumu, kas var mainīties par 1 °C, un tās temperatūra var paaugstināties vai pazemināties. Zemāk esošajā tabulā redzamas dažādu vielu un materiālu īpatnējās siltuma vērtības.
viela vai materiāls |
īpašs karstums (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Tērauds |
0,1 |
saldūdens |
1 |
Sāļš ūdens |
0,93 |
Etilspirts |
0,58 |
Alumīnijs |
0,215 |
Gaiss |
0,24 |
Smiltis |
0,2 |
Ogleklis |
0,12 |
Svins |
0,0305 |
Varš |
0,0923 |
Etanols |
0,58 |
Dzelzs |
0,11 |
Ledus (-10°C) |
0,53 |
Granīts |
0,19 |
Ūdeņradis |
3,4 |
Misiņš |
0,092 |
Koksne |
0,42 |
Merkurs |
0,033 |
Slāpeklis |
0,25 |
Zelts |
0,03 |
Skābeklis |
0,22 |
Sudrabs |
0,0564 |
Volframs |
0,0321 |
Stikls |
0,2 |
Specifiskā siltuma formula
Mēs varam aprēķināt īpatnējo siltumu, izmantojot siltuma daudzuma formulu, kas parādīta zemāk:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ç → īpatnējais siltums, mērīts \([J/(kg\bullet K)]\) vai \([cal/g\bullet°C]\).
J → siltuma daudzums, mērīts džoulos [J] vai kalorijās [cal].
m → masa, ko mēra kilogramos [kg] vai gramos [g].
\(∆T \) → temperatūras svārstības, mērot Kelvinos [K] vai Celsija [°C].
THE temperatūras svārstības var aprēķināt, izmantojot šādu formulu:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → temperatūras svārstības, mērot Kelvinos [K] vai Celsija [°C].
\(T_f \) → galīgā temperatūra, ko mēra Kelvinos [K] vai Celsija [°C].
\(Tu\) → sākotnējā temperatūra, ko mēra Kelvinos [K] vai Celsija [°C].
Svarīgs: Lai gan iepriekš minētie daudzumi tiek mērīti džoulos, kilogramos un kelvinos Starptautiskajā mērvienību sistēmā (JĀ), biežāk izmanto kaloriju, gramu un Celsija skalu. Ir iespējams pārvērst kalorijas džoulos, ņemot vērā, ka 1 cal ir līdzvērtīgs 4,186 J.
Lai pārvērstu gramus kilogramos, atcerieties, ka 1 g ir vienāds ar 0,001 kg. Turklāt, lai pārveidotu Celsija par Kelvinu, vienkārši pievienojiet Celsija temperatūrai vērtību 273,15, tas ir, 100 °C = 373,15 K.
Kā aprēķināt īpatnējo siltumu?
Īpatnējo siltumu var aprēķināt, izmantojot formulu, kas to saista ar vielas vai materiāla siltuma daudzumu, masu un temperatūru.
Piemērs:
Kāds ir īpatnējais siltums objektam ar masu 100 g, kas saņēma 1000 cal un kura temperatūra mainījās par 15 °C, līdz sasniedza 35 °C?
Izšķirtspēja:
tāpat kā visas mērvienības ir to visizplatītākajā formā, pārveidošana nav nepieciešama. Mēs izmantosim formulu īpatnējam siltumam, kas ietver siltumu, masu un temperatūru:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Aizstājot paziņojumā norādītās vērtības, mums ir:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Tāpēc objekta īpatnējais siltums ir\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Faktori, kas ietekmē īpatnējo siltumu
Ir daži faktori, kas var ietekmēt konkrētas siltuma izmaiņas. Skatīt zemāk.
starpmolekulārie spēki: Īpatnējais siltums mainās proporcionāli molekulas starpmolekulārajam stiprumam, un jo lielāka ir saite, jo lielāka ir enerģija, kas nepieciešama tās pārraušanai. Parasti molekulas, kas satur ūdeņraža saites, ir tās, kas satur augstas īpatnējā siltuma vērtības.
Piemaisījumi: Īpatnējais siltums var atšķirties atkarībā no piemaisījumu daudzuma materiālā, lai gan šie piemaisījumi ir nepieciešami materiāla veidošanai.
Molārā masa: Īpatnējais siltums var atšķirties arī atkarībā no vielas molārās masas.
Brīvības pakāpes: Molārais īpatnējais siltums, kā mēs pētījām Termodinamika, mainās atkarībā no molekulas brīvības pakāpēm. Īsumā runa ir par molekulas kustības brīvību, un tai var būt translācijas, rotācijas un svārstību kustības.
Īpatnējais siltums un siltuma jauda
Siltuma jauda, ko sauc arī par siltumietilpību, ir proporcionalitātes konstante, kas saista ķermeņa saņemto vai zaudēto siltumu ar tā temperatūras izmaiņām. Īpatnējo siltumu var aprēķināt pēc siltumietilpības un vielas vai materiāla masas ar formulu:
\(c=\frac{C}{m}\)
ç → īpatnējais siltums, mērīts \([J/kg\bullet K]\) vai \([cal/g\bullet°C]\).
Ç → siltuma jauda, mērot \([J/K]\) vai \([cal/°C]\).
m → masa, ko mēra kilogramos [kg] vai gramos [g].
Zināt arī: Cieto vielu termiskā izplešanās - parādība, ko izraisa ķermeņa temperatūras paaugstināšanās
molārais īpatnējais siltums
Molārais īpatnējais siltums izsaka vielas īpatnējā siltuma daudzumu kurmis, atšķirībā no īpatnējā siltuma, kur vielas daudzumu izsaka kilogramos. Tā kā mēs strādājam ar molekulām, kuru izmērs ir niecīgs, to daudzumu izdevīgāk ir izteikt molos, nevis kilogramos vai citās vienībās.
\(1\ mol=6,02\times{10}^{23}\ units\ elementary\ of\ any\ substance\)
Piemēram, 1 mols alumīnija ir līdzvērtīgs \(6,02\times{10}^{23}\) alumīnija atomi.
Formula molārā īpatnējā siltuma aprēķināšanai ir tāda pati kā īpatnējā siltuma aprēķināšanai izmantotā, taču tās atšķiras mērvienībā — molāra īpatnējā siltuma aprēķināšanai izmantojiet \(kal/mol\bullet°C\).
Slēptais siltums un jūtams siltums
Siltumu var klasificēt kā latenta vai jutīga. Skatīt zemāk.
→ latentais siltums
O latentais siltums ir tas, kas nepieciešams, lai mainītu vielas fizikālo stāvokli, nepaaugstinot tās temperatūru. To var aprēķināt pēc formulas:
\(Q=m\bullet L\)
J → siltuma daudzums, mērīts džoulos [J] vai kalorijās [cal] .
m → masa, mērīta kilogramos [kg] vai gramos [g] .
L → latentais siltums, mērīts collās \([J/kg]\) vai \([cal/g]\).
→ saprātīgs siltums
Jutīgais siltums ir siltums, kas nepieciešams, lai mainītu vielas temperatūru, nemainot tās fizisko stāvokli. To var aprēķināt pēc formulas:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
J → siltuma daudzums, mērīts džoulos [J] vai kalorijās [cal] .
m → masa, ko mēra kilogramos [kg] vai gramos [g].
ç → īpatnējais siltums, mērīts \([J/(kg\bullet K)]\) vai \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → temperatūras svārstības, mērot Kelvinos [K] vai Celsija [°C].
Atrisināja vingrinājumus uz noteiktu siltumu
jautājums 1
(UFPR) Lai uzsildītu 500 g noteiktas vielas no 20 °C līdz 70 °C, bija nepieciešamas 4000 kalorijas. Siltuma jauda un īpatnējais siltums ir attiecīgi:
A) 8 cal/°C un 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C un 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C un 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C un 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C un 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Izšķirtspēja:
B alternatīva
Siltuma jaudas vērtību atradīsim pēc formulas:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Visbeidzot, mēs aprēķināsim īpatnējā siltuma vērtību:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
2. jautājums
(PUC-RS) Viendabīgs ķermenis A, kura masa ir 200 g, maina temperatūru no 20 °C līdz 50 °C, saņemot 1200 kalorijas no termiskā avota. Visas iesildīšanās laikā ķermenis A paliek cietā fāzē. Citam viendabīgam ķermenim B, kas sastāv no tās pašas vielas kā ķermenim A, ir divas reizes lielāka masa. Kāds ir B vielas īpatnējais siltums, izteikts cal/g°C?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Izšķirtspēja:
B alternatīva
Mēs aprēķināsim materiāla A īpatnējo siltumu, izmantojot saprātīgu siltuma formulu:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Ķermeņa B īpatnējam siltumam būs tāda pati vērtība kā ķermeņa A īpatnējam siltumam, jo tie sastāv no vienas un tās pašas vielas.
Autors: Pâmella Raphaella Melo
Fizikas skolotājs
Avots: Brazīlijas skola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm
