specifieke hitte is het bedrag van warmte noodzakelijk om de temperatuur van een stof of materiaal met 1 °C te kunnen variëren. Het is evenredig met de hoeveelheid warmte die door de stof wordt ontvangen of afgegeven en kan worden berekend met behulp van een formule die warmte, massa en temperatuur omvat.
Meer weten: Absolute nul - de laagste theoretische temperatuur die een lichaam kan bereiken
Soortelijke warmte samenvatting
Soortelijke warmte is de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van een stof of materiaal met 1 °C te veranderen.
Enkele factoren die van invloed zijn op soortelijke warmte zijn: intermoleculaire krachten, onzuiverheden in stoffen, molaire massa en vrijheidsgraden.
Specifieke warmte kan worden gevonden door de relatie tussen de warmtecapaciteit en de massa van de stof.
Molaire soortelijke warmte is de hoeveelheid warmte per mol stof die nodig is om de temperatuur van een stof met 1°C te veranderen.
Latente warmte is de warmte die nodig is om de fysieke toestand van een stof te veranderen zonder de temperatuur te verhogen.
Voelbare warmte is de warmte die nodig is om de temperatuur van een stof te veranderen zonder de fysieke toestand ervan te veranderen.
Wat is soortelijke warmte?
soortelijke warmte is het bedrag van Thermische energie geleverd aan een stof zodat de temperatuur varieert met 1 °C. Alle vloeistoffen, vaste stoffen en gassen hebben een specifieke warmte voor hen die hun gedrag kenmerkt wanneer ze worden blootgesteld aan een warmtebron.
deze hitte evenredig is met die van de stof, dus als we de soortelijke warmte verhogen, zal de hoeveelheid warmte die nodig is om de stof van temperatuur te laten veranderen ook toenemen.
Bijvoorbeeld, de soortelijke warmte van aluminium is van \(0.215\ cal/g\bullet°C\), terwijl dat van water is \(1\cal/g\bullet°C\), wat betekent dat water meer warmte moet ontvangen dan aluminium om de temperatuur te verhogen. Water verliest ook gemakkelijker warmte dan aluminium.
Specifieke warmtetafel
Specifieke warmte geeft de precieze warmte aan voor een stof om met 1 ° C te variëren en kan een verhoging of verlaging van de temperatuur ondergaan. In onderstaande tabel zien we de soortelijke warmtewaarden van verschillende stoffen en materialen.
stof of materiaal |
specifieke hitte (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Staal |
0,1 |
zoetwater |
1 |
Zout water |
0,93 |
Ethylalcohol |
0,58 |
Aluminium |
0,215 |
Lucht |
0,24 |
Zand |
0,2 |
Koolstof |
0,12 |
Lood |
0,0305 |
Koper |
0,0923 |
ethanol |
0,58 |
Ijzer |
0,11 |
IJs (-10°C) |
0,53 |
Graniet |
0,19 |
Waterstof |
3,4 |
Messing |
0,092 |
Hout |
0,42 |
Kwik |
0,033 |
Stikstof |
0,25 |
Goud |
0,03 |
Zuurstof |
0,22 |
Zilver |
0,0564 |
Wolfraam |
0,0321 |
Glas |
0,2 |
Specifieke warmte formule
We kunnen de soortelijke warmte berekenen met behulp van de formule voor de hoeveelheid warmte, hieronder weergegeven:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
c → soortelijke warmte, gemeten in \([J/(kg\bullet K)]\) of \([cal/g\bullet°C]\).
Q → hoeveelheid warmte, gemeten in Joule [J] of calorieën [cal].
m → massa, gemeten in kilogram [kg] of gram [g].
\(∆T \) → temperatuurvariatie, gemeten in Kelvin [K] of Celsius [°C].
DE temperatuurvariatie kan worden berekend met behulp van de volgende formule:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → temperatuurvariatie, gemeten in Kelvin [K] of Celsius [°C].
\(T_f \) → eindtemperatuur, gemeten in Kelvin [K] of Celsius [°C].
\(Jij\) → begintemperatuur, gemeten in Kelvin [K] of Celsius [°C].
Belangrijk: Hoewel de bovenstaande hoeveelheden worden gemeten in Joule, kilogram en Kelvin in het Internationale Stelsel van Eenheden (JA), is het gebruikelijker om calorie, gram en Celsius te gebruiken. Het is mogelijk om calorieën om te rekenen naar Joule, aangezien 1 cal gelijk is aan 4,186 J.
Om gram naar kilogram om te rekenen, onthoud dat 1 g gelijk is aan 0,001 kg. Om Celsius in Kelvin om te zetten, voegt u bovendien aan de temperatuur van Celsius de waarde van 273,15 toe, dat wil zeggen 100 °C = 373,15 K.
Hoe soortelijke warmte berekenen?
Specifieke warmte kan worden berekend met behulp van de formule die deze relateert aan de hoeveelheid warmte, massa en temperatuur van de stof of het materiaal.
Voorbeeld:
Wat is de soortelijke warmte van een object met een massa van 100 g dat 1000 cal ontving en waarvan de temperatuur met 15 °C werd gevarieerd tot het 35 °C bereikte?
Oplossing:
zoals alles meeteenheden zijn in hun meest voorkomende vorm, is er geen noodzaak voor conversie. We gebruiken de formule voor soortelijke warmte, waarbij warmte, massa en temperatuur betrokken zijn:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Door de waarden in de verklaring te vervangen, hebben we:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0.5\)
Daarom is de soortelijke warmte van het object\(0.5\cal/g\bullet°C\).
Factoren die van invloed zijn op soortelijke warmte
Er zijn een paar factoren die specifieke warmtevariaties kunnen beïnvloeden. Zie onder.
intermoleculaire krachten: De soortelijke warmte varieert in verhouding tot de intermoleculaire sterkte van het molecuul, en hoe groter de binding, hoe groter de energie die nodig is om het te verbreken. Meestal zijn moleculen die waterstofbruggen bevatten, moleculen die hoge waarden van soortelijke warmte bevatten.
onzuiverheden: De soortelijke warmte kan variëren met de hoeveelheid onzuiverheden in het materiaal, ook al zijn deze onzuiverheden noodzakelijk voor de vorming van het materiaal.
Molaire massa: De soortelijke warmte kan ook variëren afhankelijk van de molaire massa van de stof.
Graden van vrijheid: De molaire soortelijke warmte, zoals we bestudeerden in Thermodynamica, varieert volgens de vrijheidsgraden van een molecuul. Kort gezegd gaat het om de bewegingsvrijheid van een molecuul, en het kan translatie-, rotatie- en oscillatiebewegingen hebben.
Specifieke warmte en warmtecapaciteit
Warmtecapaciteit, ook wel warmtecapaciteit genoemd, is een evenredigheidsconstante die de door een lichaam ontvangen of verloren warmte relateert aan zijn temperatuurvariatie. Het is mogelijk om de soortelijke warmte te berekenen via de warmtecapaciteit en de massa van de stof of het materiaal met de formule:
\(c=\frac{C}{m}\)
c → soortelijke warmte, gemeten in \([J/kg\kogel K]\) of \([cal/g\bullet°C]\).
C → warmtecapaciteit, gemeten in \([J/K]\) of \([cal/°C]\).
m → massa, gemeten in kilogram [kg] of gram [g].
Weet ook: Thermische uitzetting van vaste stoffen - het fenomeen dat het gevolg is van de temperatuurstijging van een lichaam
molaire soortelijke warmte
De molaire soortelijke warmte drukt de hoeveelheid soortelijke warmte van een stof uit in wrat, in tegenstelling tot soortelijke warmte, waar de hoeveelheid stof wordt uitgedrukt in kilogram. Omdat we werken met moleculen waarvan de grootte klein is, is het voordeliger om hun hoeveelheid uit te drukken in mol dan in kilogram of andere eenheden.
\(1\ mol=6.02\times{10}^{23}\ units\ elementair\ of\ any\ substance\)
Bijvoorbeeld, 1 mol aluminium is gelijk aan \(6.02\times{10}^{23}\) aluminium atomen.
De formule voor het berekenen van de molaire soortelijke warmte is dezelfde als die wordt gebruikt voor het berekenen van de soortelijke warmte, maar ze verschillen in de meeteenheid - gebruik voor de molaire soortelijke warmte \(cal/mol\bullet°C\).
Latente warmte en voelbare warmte
Warmte kan worden geclassificeerd als: latent of gevoelig. Zie onder.
→ latente warmte
O latente warmte is dat wat nodig is om de fysieke toestand van een stof te veranderen zonder de temperatuur te verhogen. Het kan worden berekend met de formule:
\(Q=m\bullet L\)
Q → hoeveelheid warmte, gemeten in Joule [J] of calorieën [cal] .
m → massa, gemeten in kilogram [kg] of gram [g] .
L → latente warmte, gemeten in \([J/kg]\) of \([cal/g]\).
→ voelbare warmte
Voelbare warmte is de warmte die nodig is om de temperatuur van een stof te veranderen zonder de fysieke toestand ervan te veranderen. Het kan worden berekend met de formule:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
Q → hoeveelheid warmte, gemeten in Joule [J] of calorieën [cal] .
m → massa, gemeten in kilogram [kg] of gram [g].
c → soortelijke warmte, gemeten in \([J/(kg\bullet K)]\) of \([cal/g\bullet°C]\).
T → temperatuurvariatie, gemeten in Kelvin [K] of Celsius [°C].
Opgeloste oefeningen op soortelijke warmte
vraag 1
(UFPR) Om 500 gram van een bepaalde stof te verwarmen van 20 °C naar 70 °C waren 4000 calorieën nodig. De warmtecapaciteit en soortelijke warmte zijn respectievelijk:
A) 8 cal/°C en 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C en 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C en 0.09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C en 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C en 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Oplossing:
alternatief B
De waarde van de warmtecapaciteit vinden we met de formule:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
Ten slotte berekenen we de waarde van de soortelijke warmte:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\kogel c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0.16\frac{cal}{g °C}=c\)
vraag 2
(PUC-RS) Een homogeen lichaam A, met een massa van 200 g, verandert zijn temperatuur van 20 °C tot 50 °C wanneer hij 1200 calorieën ontvangt uit een thermische bron. Gedurende de gehele warming-up blijft lichaam A in de vaste fase. Een ander homogeen lichaam B, bestaande uit dezelfde stof als lichaam A, heeft twee keer zijn massa. Wat is, in cal/g°C, de soortelijke warmte van de stof van B?
A) 0.1
B) 0.2
C) 0.6
D) 0.8
E) 1.6
Oplossing:
alternatief B
We zullen de soortelijke warmte van materiaal A berekenen met de formule voor voelbare warmte:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\kogel c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0.2\ cal/g°C\)
De soortelijke warmte van lichaam B zal dezelfde waarde hebben als de soortelijke warmte van lichaam A, aangezien ze uit dezelfde stof bestaan.
Door Pâmella Raphaella Melo
Natuurkunde leraar
Bron: Brazilië School - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/calor-especifico.htm
