Щоб речовина підвищила свою температуру, потрібна певна кількість енергії у вигляді тепла. Ця кількість енергії називається питоме тепло, також відомий як питома теплоємність.
Специфічне тепло - це те, що пояснює, чому дерев'яна ложка нагрівається повільніше, ніж металева ложка, і що ми використовуємо певні матеріали для побудови інструментів та посуду відповідно до їх використання.
Звідси визначення у фізиці питомої теплоти є кількість енергії, яку потрібно передати одиниці маси речовини, щоб підвищити її температуру на один градус. Візьмемо для прикладу воду: якщо 4182 джоулі енергії передати на один кілограм води кімнатної температури, її температура підніметься на один градус. Отже питома теплоємність води становить 4182 джоулі на кілограм градуса.
Питомі теплові одиниці
Питома теплоємність може бути виражена в різних одиницях, які завжди повинні відображати одиниці енергії, маси та температури. У міжнародній системі одиницею є джоулів (енергія) на кілограм (маса) кельвіна (температура) або Дж/кг.К. Наприклад, питома теплоємність сталі становить 502 Дж/кг .K; це означає, що на кілограм сталі для підвищення температури на 1 кельвін потрібно 502 джоулі енергії.
Ми також можемо виразити питому теплоту в калорій на грам Цельсія (кал/г.ºC). Продовжуючи приклад зі сталлю, питома теплоємність становить 0,12 кал/г.ºC, тобто для підвищення температури граму сталі на один градус Цельсія потрібно 0,12 калорій.
Специфічні теплові характеристики
Питома теплоємність - це інтенсивна фізична властивість, Це не залежить від кількості речовини. З іншого боку, питоме тепло може змінюватися при різних температурах, тобто кількість енергії, яку потрібно передати, щоб підвищити температуру на один градус Цельсія, не однакова при кімнатній температурі, як при 100 ° С або при 0 ° С.
Найвідоміший приклад - температурної залежності питомої теплоти води, як ми побачимо в наступній таблиці:
| 0 | 4 218 | 1007 |
| 10 | 4 192 | 1001 |
| двадцять | 4 182 | 0,998 |
| 30 | 4 178 | 0,997 |
| 40 | 4 178 | 0,997 |
| п'ятдесят | 4 181 | 0,998 |
| 60 | 4 184 | 0,999 |
| 70 | 4 189 | 1000 |
| 80 | 4 196 | 1002 |
| 90 | 4 205 | 1004 |
| 100 | 4 216 | 1007 |
Як ви розраховуєте питому теплоємність?
Питому теплоту, яка позначається малою літерою с, можна обчислити за такою формулою:
де Q - кількість енергії, що передається тілу, m - маса речовини, ΔT - різниця між кінцевою та початковою температурою.
Наприклад, блок алюмінію на 0,100 кг, до якого 897 Дж переноситься між 20 ° C і 30 ° C, матиме питому теплоємність:
Таблиця питомих теплових показників різних речовин
Ми представляємо питому теплову цінність різних речовин, що мають важливе значення у повсякденному житті, виражену у двох найбільш часто використовуваних одиницях Дж/кг.К та кал/г.ºС:
Вирішені специфічні теплові вправи
1. Ємність з 2 літрами води при 18ºC ставлять на плиту. Скільки енергії потрібно застосувати для підвищення температури до 30ºC?
Спочатку ми розраховуємо масу 2 літрів води через її щільність (1гр/мл). Потім:
По-друге, для обчислення енергії, яку ми розв'язуємо для Q, з конкретної теплової формули та підставляємо доданки. Ми перетворюємо температуру в кельвін (ºC +273) і використовуємо 4 182 Дж/кг.К як питому теплоту води:
Відповідь: Для перенесення 2 кг води від 18ºC до 30º потрібно 100 368 джоулів енергії.
2. У вас є два контейнери А і В з однаковою масою, але різним матеріалом, один виготовлений з алюмінію, а інший із сталі. Обидва контейнери ставлять на плиту одночасно, але контейнер B досягає більш високої температури, ніж контейнер A. З чого виготовлений контейнер B?
Спочатку ми досліджуємо питому теплоємність алюмінію та сталі:
- Алюміній: 897 Дж/кг.
- Сталь: 502 Дж/кг.
Ми розуміємо, що питома теплоємність алюмінію більша, ніж теплоємності сталі. Це означає, що при однаковій масі сталі потрібно менше енергії, ніж алюмінію, щоб підвищити температуру на один градус.
Обидва контейнери отримували однакову кількість енергії, оскільки вони знаходились на плиті однаково. Однак контейнер B нагрівався, тому ми можемо зробити висновок, що контейнер B виготовлений зі сталі, оскільки він має нижчу питому теплоємність.
3. На наступному графіку наведено дані переносу енергії та змін температури двох зразків, A та B, однакової маси та різного матеріалу:
Який із двох матеріалів, А чи В, має вищу питому теплоємність?
Залежність між отриманою енергією Q і зміною температури ΔT становить: