ความร้อนจำเพาะ (c) คือปริมาณทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับปริมาณความร้อนที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของวัสดุแต่ละชนิด
ด้วยวิธีนี้ จะกำหนดปริมาณความร้อนที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนแปลง 1 °C ของสาร 1 กรัม
ตารางความร้อนจำเพาะ
จำไว้ว่าสารแต่ละชนิดมีความร้อนจำเพาะ ตรวจสอบด้านล่างตารางที่มีสาร 15 ชนิดและค่าความร้อนจำเพาะของแต่ละรายการ
สาร | ความร้อนจำเพาะ (cal/g.ºC) |
---|---|
น้ำ | 1 cal/g.°C |
เอทิลแอลกอฮอล์ | 0.58 cal/g.°C |
อลูมิเนียม | 0.22 cal/g.°C |
แอร์ | 0.24 cal/g.°C |
ทราย | 0.2 cal/g.°C |
คาร์บอน | 0.12 cal/g.°C° |
ตะกั่ว | 0.03 cal/g.°C |
ทองแดง | 0.09 cal/g.°C |
เหล็ก | 0.11 cal/g.°C |
น้ำแข็ง | 0.50 แคลอรี/กรัม°C |
ไฮโดรเจน | 3.4 cal/g.°C |
ไม้ | 0.42 cal/g.°C° |
ไนโตรเจน | 0.25 cal/g.°C |
ออกซิเจน | 0.22 cal/g.°C |
กระจก | 0.16 cal/g.°C |
ตามข้อมูลในตาราง น้ำมีความร้อนจำเพาะ 1 cal/g.ºC ซึ่งหมายความว่าพลังงานของมะนาว 1 ลูกจำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลง 1 °C ในน้ำ 1 กรัม
สูตรความร้อนจำเพาะ
ในการคำนวณความร้อนจำเพาะของสารจะใช้สูตรต่อไปนี้:
c = Q/m. ΔT หรือ c = C/m
ที่ไหน
ค: ความร้อนจำเพาะ (cal/g°C or J/Kg. K)
คิว: ปริมาณความร้อน (มะนาวหรือเจ)
ม: มวล (g หรือ kg)
ΔT: ความแปรผันของอุณหภูมิ (°C หรือ K)
ค: ความจุความร้อน (cal/°C หรือ J/K)
ในระบบสากล (SI) ความร้อนจำเพาะมีหน่วยเป็น J/Kg K (จูลต่อกิโลกรัมและต่อเคลวิน) อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องปกติมากที่จะวัดเป็น cal/g°C (แคลอรีต่อกรัมและต่อองศาเซลเซียส)
1 แคล = 4.186 J
ความร้อนกรามจำเพาะ
ความร้อนจำเพาะของโมลาร์หรือที่เรียกว่าความจุความร้อนของโมลาร์นั้นถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ระหว่างความจุความร้อนกับจำนวนโมลที่มีอยู่
ดังนั้น เมื่อความจุความร้อนของสารหนึ่งโมลของสารนั้นถูกเรียกว่า ความร้อนจำเพาะโมลาร์
ความจุความร้อนและความร้อนจำเพาะ
อีกแนวคิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับความร้อนจำเพาะก็คือของ ความจุความร้อน (ค).
ขนาดทางกายภาพนี้กำหนดโดยปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับร่างกายและความแปรผันของอุณหภูมิที่ได้รับ
สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:
C = Q/ΔT
ที่ไหน
ค: ความจุความร้อน (cal/°C หรือ J/K)
คิว: ปริมาณความร้อน (มะนาวหรือเจ)
ΔT: ความแปรผันของอุณหภูมิ (°C หรือ K)
ตัวอย่าง: หากร่างกายได้รับพลังงาน 100 แคลอรีและอุณหภูมิแปรผัน 25 องศาเซลเซียส ความจุความร้อนของร่างกายจะอยู่ที่ 4 แคลอรี/°C เนื่องจาก
C = Q/ΔT
C = 100 แคลอรี / 25 °C
C = 4 แคลอรี/°C
ซึ่งหมายความว่าเพื่อให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 1°C ร่างกายต้องได้รับ 4 แคลอรี
ความจุความร้อนและความร้อนจำเพาะสัมพันธ์กันผ่านสูตร:
c = C/m
ที่ไหน
ค: ความจุความร้อน (cal/°C หรือ J/K)
ม: มวล (g หรือ kg)
ค: ความร้อนจำเพาะ (cal/g°C or J/Kg. K)
หากในตัวอย่างที่ใช้เหนือร่างกายมีมวล 10 กรัม แสดงว่าความร้อนจำเพาะของมันคือ 0.4 cal/g.ºC เนื่องจาก
c = C/m
c = 4 แคลอรี/°C / 10 ก.
c = 0.4 cal/g.°C
ดังนั้น สาร 1 กรัมจึงต้องการ 0.4 cal เพื่อเปลี่ยนแปลง 1 °C จากอุณหภูมิของสาร
ความร้อนแฝงและความร้อนที่ละเอียดอ่อน
นอกจากความร้อนจำเพาะแล้ว ยังมีความร้อนในรูปแบบอื่นๆ ซึ่งมีความโดดเด่นดังต่อไปนี้:
ความร้อนแฝง (ล): สอดคล้องกับปริมาณความร้อนที่ร่างกายได้รับหรือให้ ในกรณีนี้ อุณหภูมิของคุณยังคงเท่าเดิมในขณะที่สถานะทางกายภาพของคุณเปลี่ยนแปลง
ในระบบสากล (SI) ความร้อนแฝงมีหน่วยวัดเป็น J/Kg (จูลต่อกิโลกรัม) อย่างไรก็ตาม สามารถวัดเป็น cal/g (แคลอรีต่อกรัม) คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:
คิว = ม. หลี่
ที่ไหน
คิว: ปริมาณความร้อน (มะนาวหรือเจ)
ม: มวล (g หรือ kg)
หลี่: ความร้อนแฝง (cal/g หรือ J/Kg)
บันทึก: ความร้อนแฝงไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิต่างจากความร้อนจำเพาะ เนื่องจากเมื่อสภาวะเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิจะไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น ก้อนน้ำแข็งที่กำลังละลาย อุณหภูมิของน้ำในสถานะของแข็งและของเหลวจะเท่ากัน
ไวต่อความร้อน: สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกาย เช่น เมื่อเราให้ความร้อนกับแท่งโลหะ ในการทดลองนี้ อุณหภูมิของโลหะจะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม สถานะทางกายภาพของโลหะ (ของแข็ง) จะไม่เปลี่ยนแปลง
คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้:
คิว = ม. ค. Δθ
คิว: ปริมาณความร้อนที่เหมาะสม (มะนาวหรือเจ)
ม: มวลกาย (g หรือ kg)
ค: ความร้อนจำเพาะของสาร (cal/g°C or J/Kg°C)
Δθ: ความแปรผันของอุณหภูมิ (°C หรือ K)
อ่านเกี่ยวกับ: การวัดปริมาณความร้อน
แบบฝึกหัดสอบเข้าพร้อมคำติชม
คำถามที่ 1
(แมคเคนซี) ในเช้าวันที่ท้องฟ้าเป็นสีฟ้า นักว่ายน้ำบนชายหาดสังเกตว่าทรายร้อนมากและน้ำทะเลเย็นมาก ตอนกลางคืน คนอาบน้ำคนเดียวกันนี้สังเกตว่าทรายบนชายหาดนุ่มและน้ำทะเลอุ่น ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่า:
ก) ความหนาแน่นของน้ำทะเลน้อยกว่าทราย
b) ความร้อนจำเพาะของทรายน้อยกว่าความร้อนจำเพาะของน้ำ
c) ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของน้ำมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของทราย
ง) ความร้อนที่สะสมอยู่ในทรายในตอนกลางคืนจะกระจายสู่น้ำทะเล
จ) ความปั่นป่วนของน้ำทะเลทำให้ความเย็นช้าลง
ทางเลือกที่ถูกต้อง: b) ความร้อนจำเพาะของทรายน้อยกว่าความร้อนจำเพาะของน้ำ
ค่าความร้อนจำเพาะขึ้นอยู่กับสารที่ประกอบเป็นร่างกาย ในกรณีนี้ น้ำมีความร้อนจำเพาะสูงกว่าทราย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ความร้อนในปริมาณที่มากขึ้นเพื่อเปลี่ยนอุณหภูมิของน้ำ 1 กรัมให้มากกว่าทราย 1 กรัม
คำถาม2
(UFPR) ในการให้ความร้อนแก่สารบางชนิด 500 กรัม จาก 20°C ถึง 70°C ต้องใช้ 4000 แคลอรี ความจุความร้อนและความร้อนจำเพาะตามลำดับ:
a) 8 cal/°C และ 0.08 cal/g.°C
b) 80 แคลอรี/°C และ 0.16 แคลอรี/กรัม °C
c) 90 แคลอรี/°C และ 0.09 แคลอรี/กรัม °C
ง) 95 แคลอรี/°C และ 0.15 แคลอรี/กรัม °C
จ) 120 แคลอรี/ºC และ 0.12 แคลอรี/กรัม °C
ทางเลือกที่ถูกต้อง: b) 80 cal/ºC และ 0.16 cal/g °C
ความจุความร้อนคำนวณโดยใช้สูตร C = Q/Δθ และสัมพันธ์กับความร้อนจำเพาะทางคณิตศาสตร์โดย C = m.c
แทนที่ข้อมูลคำสั่งในสูตร เรามี:
คำถาม 3
(UFU) น้ำ 240 กรัม (ความร้อนจำเพาะเท่ากับ 1 cal/g°C) ถูกทำให้ร้อนโดยการดูดซับพลังงาน 200 W ในรูปของความร้อน เมื่อพิจารณาถึง 1 cal = 4 J ช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับน้ำปริมาณนี้เพื่อทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป 50 °C จะเป็นเท่าใด
ก) 1 นาที
ข) 3 นาที
ค) 2 นาที
ง) 4 นาที
ทางเลือกที่ถูกต้อง: ง) 4 นาที
ขั้นตอนที่ 1 คำนวณปริมาณความร้อน
ขั้นตอนที่ 2: แปลงแคลอรี่เป็นจูล
1 แคล - 4 J
12000 แคล - x
x = 12000 แคลอรี 4 จูล/1 แคล
x = 48,000 J
ขั้นตอนที่ 3: คำนวณกำลัง
P = งาน/เวลา
200 W = 48 000 J/ครั้ง
เวลา = 48 000 J/200 W
เวลา = 240 s
ขั้นตอนที่ 4: แปลงวินาทีเป็นนาที
60 วินาที - 1 นาที
240 s - y
y = 240 วิ 1 นาที/60 วิ
y = 4 นาที
อ่านด้วย:
- ความร้อนและอุณหภูมิ
- กระจายความร้อน
- สมดุลความร้อน