căldura specifică este cantitatea de căldură necesar pentru ca temperatura unei substanțe sau material să poată fi variată cu 1 °C. Este proporțională cu cantitatea de căldură primită sau donată de substanță și poate fi calculată folosind o formulă care implică căldură, masă și temperatură.
Aflați mai multe: Zero absolut - cea mai scăzută temperatură teoretică pe care o poate atinge un corp
Subiecte din acest articol
- 1 - Rezumat asupra căldurii specifice
- 2 - Ce este căldura specifică?
- 3 - Masa termica specifica
- 4 - Formula de căldură specifică
- 5 - Cum se calculează căldura specifică?
- 6 - Factori care afectează căldura specifică
- 7 - Caldura specifica si capacitate termica
- 8 - Căldura specifică molară
-
9 - Căldura latentă și căldură sensibilă
- → căldură latentă
- → Căldură sensibilă
- 10 - Exerciții rezolvate pe căldură specifică
Rezumatul căldurii specifice
Căldura specifică este cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura unei substanțe sau a unui material cu 1 °C.
Unii factori care afectează căldura specifică sunt: forțele intermoleculare, impuritățile din substanțe, masa molară și gradele de libertate.
Căldura specifică poate fi găsită prin relația dintre capacitatea termică și masa substanței.
Căldura specifică molară este cantitatea de căldură pe mol de substanță necesară pentru a modifica temperatura unei substanțe cu 1°C.
Căldura latentă este căldura necesară pentru a schimba starea fizică a unei substanțe fără a-i crește temperatura.
Căldura sensibilă este căldura necesară pentru a modifica temperatura unei substanțe fără a-i schimba starea fizică.
Nu te opri acum... Mai sunt dupa anunt ;)
Ce este căldura specifică?
căldura specifică este cantitatea de Energie termală furnizat unei substanțe astfel încât temperatura acesteia să varieze cu 1 °C. Toate lichidele, solidele și gazele au o căldură specifică pentru ele care le caracterizează comportamentul atunci când sunt supuse unei surse de căldură.
această căldură este proporţională cu cea oferită de substanţă, deci dacă creștem căldura specifică, va crește și cantitatea de căldură necesară pentru ca substanța să-și schimbe temperatura.
De exemplu, căldura specifică a aluminiul este din \(0,215\ cal/g\bullet°C\), în timp ce cea a apei este \(1\cal/g\bullet°C\), ceea ce înseamnă că apa trebuie să primească mai multă căldură decât aluminiul pentru a-și crește temperatura. Apa va pierde căldură mai ușor decât aluminiul.
Masa termica specifica
Căldura specifică indică căldura exactă pentru o substanță care variază cu 1 °C și poate suferi o creștere sau scădere a temperaturii acesteia. În tabelul de mai jos, putem vedea valorile termice specifice ale diferitelor substanțe și materiale.
substanță sau material |
căldura specifică (\({cal}/{g}\bullet°C\)) |
Oţel |
0,1 |
apa dulce |
1 |
Apă sărată |
0,93 |
Alcool etilic |
0,58 |
Aluminiu |
0,215 |
Aer |
0,24 |
Nisip |
0,2 |
Carbon |
0,12 |
Conduce |
0,0305 |
Cupru |
0,0923 |
Etanol |
0,58 |
Fier |
0,11 |
Gheață (-10°C) |
0,53 |
Granit |
0,19 |
Hidrogen |
3,4 |
Alamă |
0,092 |
Lemn |
0,42 |
Mercur |
0,033 |
Azot |
0,25 |
Aur |
0,03 |
Oxigen |
0,22 |
Argint |
0,0564 |
Tungsten |
0,0321 |
Sticlă |
0,2 |
Formula de căldură specifică
Putem calcula căldura specifică folosind formula pentru cantitatea de căldură, reprezentată mai jos:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
ç → căldură specifică, măsurată în \([J/(kg\bullet K)]\) sau \([cal/g\bullet°C]\).
Q → cantitatea de căldură, măsurată în Joule [J] sau calorii [cal].
m → masa, măsurată în kilogram [kg] sau gram [g].
\(∆T \) → variația temperaturii, măsurată în Kelvin [K] sau Celsius [°C].
THE variatia temperaturii poate fi calculat folosind următoarea formulă:
\(∆T=T_f-T_i\)
\(∆T\) → variația temperaturii, măsurată în Kelvin [K] sau Celsius [°C].
\(T_f \) → temperatura finală, măsurată în Kelvin [K] sau Celsius [°C].
\(Tu\) → temperatura inițială, măsurată în Kelvin [K] sau Celsius [°C].
Important: Deși cantitățile de mai sus sunt măsurate în Joule, kilogram și Kelvin în Sistemul internațional de unități (DA), este mai frecvent să se folosească calorii, grame și Celsius. Este posibil să convertiți caloriile în Joule, având în vedere că 1 cal este echivalent cu 4,186 J.
Pentru a converti gramele în kilograme, amintiți-vă că 1 g este egal cu 0,001 kg. În plus, pentru a transforma Celsius în Kelvin, trebuie doar să adăugați la temperatura Celsius valoarea de 273,15, adică 100 °C = 373,15 K.
Cum se calculează căldura specifică?
Căldura specifică poate fi calculată folosind formula care o raportează la cantitatea de căldură, masa și temperatura substanței sau materialului.
Exemplu:
Care este căldura specifică a unui obiect cu o masă de 100 g care a primit 1000 cal și a avut temperatura variată cu 15 °C până la atingerea 35 °C?
Rezoluţie:
ca toți unitati de masura sunt în forma lor cea mai comună, nu este nevoie de conversie. Vom folosi formula pentru căldură specifică, care implică căldură, masă și temperatură:
\(c=\frac{Q}{m∙∆T}\)
\(c=\frac{Q}{m\bullet (T_f-T_i)}\)
Înlocuind valorile date în enunț, avem:
\(c=\frac{1000}{100\bullet (35-15)}\)
\(c=\frac{1000}{100\bullet (20)}\)
\(c=\frac{1000}{2000}\)
\(c=0,5\)
Prin urmare, căldura specifică a obiectului este\(0,5\cal/g\bullet°C\).
Factorii care afectează căldura specifică
Există câțiva factori care pot afecta variațiile specifice de căldură. Vezi mai jos.
forte intermoleculare: Căldura specifică variază proporțional cu puterea intermoleculară a moleculei și cu cât legătura este mai mare, cu atât este mai mare energia necesară pentru a o rupe. De obicei, moleculele care conțin legături de hidrogen sunt cele care conțin valori mari de căldură specifică.
Impurităţi: Căldura specifică poate varia în funcție de cantitatea de impurități din material, chiar dacă aceste impurități sunt necesare pentru formarea materialului.
Masă molară: Căldura specifică poate varia și în funcție de masa molară a substanței.
Grade de libertate: Căldura specifică molară, așa cum am studiat în Termodinamica, variază în funcție de gradele de libertate ale unei molecule. Pe scurt, este libertatea de mișcare a unei molecule și poate avea mișcări de translație, rotație și oscilație.
Caldura specifica si capacitate termica
Numită și capacitate termică, capacitatea termică este o constantă de proporționalitate care leagă căldura primită sau pierdută de un corp cu variația sa de temperatură. Este posibil să se calculeze căldura specifică prin capacitatea termică și masa substanței sau materialului cu formula:
\(c=\frac{C}{m}\)
ç → căldură specifică, măsurată în \([J/kg\bullet K]\) sau \([cal/g\bullet°C]\).
Ç → capacitatea termică, măsurată în \([J/K]\) sau \([cal/°C]\).
m → masa, măsurată în kilogram [kg] sau gram [g].
De asemenea, știu: Dilatarea termică a solidelor - fenomenul rezultat din creșterea temperaturii unui corp
căldură specifică molară
Căldura specifică molară exprimă cantitatea de căldură specifică a unei substanțe în cârtiță, spre deosebire de căldura specifică, unde cantitatea de substanță este exprimată în kilograme. Deoarece lucrăm cu molecule, a căror dimensiune este mică, este mai avantajos să le exprimăm cantitatea în moli decât în kilograme sau alte unități.
\(1\ mol=6,02\time{10}^{23}\ unități\ elementare\ din\ orice\ substanță\)
De exemplu, 1 mol de aluminiu este echivalent cu \(6,02\ori{10}^{23}\) atomi de aluminiu.
Formula pentru calcularea căldurii specifice molare este aceeași cu cea utilizată pentru calcularea căldurii specifice, dar diferă în unitatea de măsură - pentru căldura specifică molară, utilizați \(cal/mol\bullet°C\).
Căldură latentă și căldură sensibilă
Căldura poate fi clasificată ca latentă sau sensibilă. Vezi mai jos.
→ căldură latentă
O căldură latentă este cea necesară pentru a schimba starea fizică a unei substanțe fără a-i crește temperatura. Se poate calcula prin formula:
\(Q=m\bullet L\)
Q → cantitatea de căldură, măsurată în Joule [J] sau calorii [cal] .
m → masa, măsurată în kilogram [kg] sau gram [g] .
L → căldură latentă, măsurată în \([J/kg]\) sau \([cal/g]\).
→ căldură sensibilă
Căldura sensibilă este căldura necesară pentru a modifica temperatura unei substanțe fără a-i schimba starea fizică. Se poate calcula prin formula:
\(Q=m\bullet c\bullet∆T\)
Q → cantitatea de căldură, măsurată în Joule [J] sau calorii [cal] .
m → masa, măsurată în kilogram [kg] sau gram [g].
ç → căldură specifică, măsurată în \([J/(kg\bullet K)]\) sau \([cal/g\bullet°C]\).
∆T → variația temperaturii, măsurată în Kelvin [K] sau Celsius [°C].
Exerciții rezolvate pe căldură specifică
intrebarea 1
(UFPR) Pentru a încălzi 500 g dintr-o anumită substanță de la 20 °C la 70 °C, au fost necesare 4000 de calorii. Capacitatea termică și căldura specifică sunt, respectiv:
A) 8 cal/°C și 0,08 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
B) 80 cal/°C și 0,16 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
C) 90 cal/°C şi 0,09 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
D) 95 cal/°C şi 0,15 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
E) 120 cal/°C și 0,12 \(\frac{cal}{g\ °C}\)
Rezoluţie:
Alternativa B
Vom găsi valoarea capacității termice folosind formula:
\(C=\frac{Q}{∆T}\)
\(C=\frac{4000\ }{70-20}\)
\(C=\frac{4000\cal}{50}\)
\(C=80\cal/°C\)
În final, vom calcula valoarea căldurii specifice:
\(4000=500\bullet c\bullet50\)
\(4000=25000\bullet c\)
\(\frac{4000}{25000}=c\)
\(0,16\frac{cal}{g °C}=c\)
intrebarea 2
(PUC-RS) Un corp omogen A, de masa 200 g, isi modifica temperatura de la 20 °C la 50 °C la primirea a 1200 de calorii dintr-o sursa termica. Pe toată durata încălzirii, corpul A rămâne în fază solidă. Un alt corp omogen B, format din aceeași substanță ca și corpul A, are masa dublă. Care este, în cal/g°C, căldura specifică a substanței B?
A) 0,1
B) 0,2
C) 0,6
D) 0,8
E) 1.6
Rezoluţie:
Alternativa B
Vom calcula căldura specifică a materialului A folosind formula căldurii sensibile:
\(Q=m\bullet c\bullet\mathrm{\Delta T}\)
\(1200=200\bullet c\bullet (50-20)\)
\(1200=200\bullet c\bullet30\)
\(1200=6000\bullet c\)
\(c=\frac{1200}{6000}\)
\(c=0,2\ cal/g°C\)
Căldura specifică a corpului B va avea aceeași valoare ca și căldura specifică a corpului A, deoarece sunt formate din aceeași substanță.
De Pâmella Raphaella Melo
Profesor de fizică
