Špecifické teplo v tom, čo sa skladá, ako sa vypočíta a príklady



špecifické teplo je množstvo energie, ktoré musí gram určitej látky absorbovať na zvýšenie teploty o jeden stupeň Celzia. Je to intenzívna fyzikálna vlastnosť, pretože nezávisí od hmotnosti, ktorá sa má vyjadriť len pre gram látky; týka sa však počtu častíc a molárnej hmotnosti častíc, ako aj medzimolekulových síl, ktoré ich viažu.

Množstvo energie absorbovanej látkou je vyjadrené v jednotkách joule (J) a menej často v kalóriách (Cal). Všeobecne sa predpokladá, že energia je absorbovaná teplom; energia však môže pochádzať z iného zdroja, ako je práca vykonaná na látke (napríklad dôkladné miešanie).

Horný obrázok zobrazuje čajovú kanvicu, z ktorej sa uvoľňujú vodné pary, ktoré vznikajú pri jej zahrievaní. Ak chcete ohriať vodu, musí absorbovať teplo z plameňa umiestneného pod konvicou. Tak, ako plynie čas, a v závislosti na intenzite požiaru, voda bude variť, keď dosiahne bod varu.

Špecifické teplo určuje, koľko energie spotrebuje voda pre každý stupeň ° C, čo zvyšuje jeho teplotu. Táto hodnota je konštantná, ak sa v tej istej čajovni ohrievajú rôzne objemy vody, pretože ako je uvedené na začiatku, ide o intenzívny majetok.

To, čo sa mení, je celkové množstvo energie absorbované každým ohriatým telesom vody, tiež známe ako tepelná kapacita. Čím väčšia hmotnosť vody, ktorá sa má ohrievať (2, 4, 10, 20 litrov), tým väčšia je jej tepelná kapacita; ale jeho špecifické teplo je stále rovnaké.

Táto vlastnosť závisí od tlaku, teploty a objemu; avšak na účely jednoduchého pochopenia sú ich zodpovedajúce variácie vynechané.

index

  • 1 Čo je špecifické teplo??
  • 2 Ako sa vypočíta špecifické teplo?
    • 2.1 Voda ako referencia
    • 2.2 Tepelná rovnováha
    • 2.3 Matematický vývoj
    • 2.4 Príklad výpočtu
  • 3 Príklady
    • 3.1 Voda
    • 3.2
    • 3.3 Hliník
    • 3.4 Železo
    • 3.5 Vzduch
    • 3.6 Striebro
  • 4 Odkazy

Čo je špecifické teplo?

Bolo definované, aké špecifické teplo znamená pre danú látku. Jeho skutočný význam je však najlepšie vyjadrený svojím vzorcom, ktorý objasňuje prostredníctvom svojich jednotiek, ktoré sú zahrnuté pri analýze premenných, na ktorých závisí. Jeho vzorec je:

Ce = Q / ATm

Kde Q je absorbované teplo, ΔT zmena teploty a m je hmotnosť látky; že podľa definície zodpovedá jednému gramu. Vykonanie analýzy vašich jednotiek, ktoré máte:

Ce = J / ° C · g

Čo sa dá vyjadriť aj nasledujúcimi spôsobmi:

Ce = kJ / Kg

Ce = J / ° C · Kg

Prvý z nich je najjednoduchší, a preto sa príklady budú riešiť v nasledujúcich častiach.

Vzorec explicitne označuje množstvo energie absorbovanej (J) jedným gramom látky o jeden stupeň ° C. Ak by ste chceli vymazať toto množstvo energie, museli by ste ponechať stranou rovnicu J:

J = Ce ° C · g

Vyjadrené vhodnejším spôsobom a podľa premenných by bolo:

Q = Ce · ATm

Ako sa vypočíta špecifické teplo?

Voda ako referencia

V predchádzajúcom vzorci „m“ nepredstavuje gram látky, pretože je už implicitne v Ce. Tento vzorec je veľmi užitočný na výpočet špecifických teplôt rôznych látok prostredníctvom kalorimetrie.

Ako? Pomocou definície kalórií, čo je množstvo energie potrebnej na ohrev gramu vody zo 14,5 na 15,5 ° C; To sa rovná 4,124 J.

Špecifické teplo vody je abnormálne vysoké a táto vlastnosť sa používa na meranie špecifických teplôt iných látok, ktoré poznajú hodnotu 4.184 J.

Čo to znamená, že špecifické teplo je vysoké? To odporuje značnému odporu, aby sa zvýšila jeho teplota, takže musí absorbovať viac energie; to znamená, že voda sa musí v porovnaní s inými látkami, ktoré sa v blízkosti zdroja tepla ohrievajú takmer okamžite, ohrievať oveľa dlhšie.

Z tohto dôvodu sa voda používa v kalorimetrických meraniach, pretože pri absorbovaní energie uvoľnenej z chemických reakcií nedochádza k prudkým zmenám teploty; alebo, v tomto prípade, kontakt s iným teplejším materiálom.

Tepelná rovnováha

Pretože voda potrebuje absorbovať veľké množstvo tepla, aby sa zvýšila jeho teplota, teplo môže pochádzať napríklad z horúceho kovu. Ak vezmeme do úvahy množstvo vody a kovu, k výmene tepla medzi oboma dôjde, až kým nedosiahneme to, čo sa nazýva tepelná rovnováha..

Keď k tomu dôjde, teplota vody a kovu sa vyrovná. Teplo uvoľnené horúcim kovom je rovnaké ako teplo absorbované vodou.

Matematický vývoj

S týmto vedomím as posledným vzorcom pre Q, ktorý sme práve opísali, máme:

Qvoda= -Qkov

Záporné znamienko znamená, že teplo sa uvoľňuje z najhorúcejšieho tela (kovu) na najchladnejšie telo (vodu). Každá látka má svoje vlastné špecifické teplo Ce a jeho hmotnosť, takže tento výraz musí byť vyvinutý takto:

Qvoda = Cevoda · ATvoda · Mvoda = - (Cekov · ATkov · Mkov)

Neznáme je Cekov, pretože v tepelnej rovnováhe je konečná teplota pre vodu aj kov rovnaká; Okrem toho sú počiatočné teploty vody a kovu známe pred kontaktom, ako aj ich hmotnosti. Preto musíme objasniť Cekov:

ECkov = (Cevoda · ATvoda · Mvoda) / (-TTkov · Mkov)

Bez zabudnutia, že Cevoda je to 4,188 J / ºC. Ak sú vyvinuté ATvoda a ATkov, bude to (TF - Tvoda) a (TF - Tkov). Voda sa zohrieva, kým sa kov ochladí, a preto sa záporné znamienko násobí na ΔTkov pobyt (Tkov - TF). Inak ΔTkov by mali negatívnu hodnotu pre TF menšie (chladnejšie) ako Tkov.

Rovnica sa potom konečne vyjadrí takto:

ECkov = Cevoda · (TF - Tvoda) Mvoda/ (Tkov - TF) Mkov

A s tým sa vypočítajú špecifické teplo.

Príklad výpočtu

Má guľu podivného kovu s hmotnosťou 130 g a teplotou 90 ° C. Ten sa ponorí do nádoby na vodu o obsahu 100 g pri 25 ° C vo vnútri kalorimetra. Keď sa dosiahne tepelná rovnováha, teplota nádoby sa zvýši na 40 ° C. Vypočítajte kovový Ce.

Konečná teplota, TF, Je 40 ° C. Ak poznáte ďalšie údaje, môžete priamo určiť Ce:

ECkov = (4.184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100 g) / (90 - 40) ºC · 130 g

ECkov = 0,965 J / ° C · g

Všimnite si, že špecifické teplo vody je približne štyrikrát väčšie ako teplo kovu (4.184 / 0.965).

Keď je Ce veľmi malé, tým väčšia je tendencia sa zahrievať; ktorý súvisí s jeho tepelnou vodivosťou a difúziou. Kov s vyšším Ce má tendenciu uvoľňovať alebo strácať viac tepla, keď príde do styku s iným materiálom, v porovnaní s iným kovom s nižším Ce.

Príklady

Špecifické teplo pre rôzne látky je uvedené nižšie.

voda

Špecifické teplo vody, ako bolo povedané, je 4,188 J / ºC.

Vďaka tejto hodnote môže v oceáne urobiť veľa slnka a voda sa sotva vyparí do značnej miery. To má za následok teplotný rozdiel, ktorý neovplyvňuje morský život. Napríklad, keď idete na pláž plávať, aj keď je vonku vonku, môžete cítiť nižšiu, chladnejšiu teplotu vo vode.

Horúca voda tiež potrebuje uvoľniť veľa energie na ochladenie. V tomto procese ohrieva cirkulujúce vzduchové masy, čím sa v zime zvyšujú teploty (mierne) v pobrežných oblastiach..

Ďalším zaujímavým príkladom je, že ak by sme neboli tvorení vodou, deň na slnku by mohol byť smrteľný, pretože teploty našich tiel sa rýchlo zvyšujú.

Táto jedinečná hodnota Ce je spôsobená intermolekulovými vodíkovými mostíkmi. Tieto absorbujú teplo, aby sa rozbili, takže uskladňujú energiu. Molekuly vody dokiaľ nie sú rozbité, nemôžu vibrovať, čo zvyšuje priemernú kinetickú energiu, čo sa prejavuje zvýšením teploty..

ľad

Špecifické teplo ľadu je 2 090 J / ºC. Rovnako ako voda má nezvyčajne vysokú hodnotu. To znamená, že napríklad ľadovec by musel absorbovať obrovské množstvo tepla na zvýšenie svojej teploty. Niektoré dnešné ľadovce však dokonca absorbovali teplo potrebné na roztavenie (latentné teplo fúzie).

hliník

Špecifické teplo hliníka je 0,900 J / ºC. Je mierne nižšia ako kov gule (0,965 J / ºC · g). Tu sa teplo absorbuje, aby vibroval kovové atómy hliníka v jeho kryštalických štruktúrach, a nie jednotlivé molekuly spojené medzimolekulovými silami.

železo

Špecifické teplo železa je 0,444 J / ºC. Vzhľadom na to, že je menej ako hliník, znamená to, že je proti zahriatiu menší odpor; to znamená, že pred ohňom sa kus železa stane červeno horúcim dlho pred kusom hliníka.

Hliník, na rozdiel od vykurovania, udržiava jedlo dlhšie teplé, keď sa slávna hliníková fólia používa na balenie občerstvenia.

ovzdušia

Špecifické teplo vzduchu je približne 1,003 J / ºC. Táto hodnota je veľmi vystavená tlaku a teplotám, pretože pozostáva zo zmesi plynov. Tu sa teplo absorbuje na vibrovanie molekúl dusíka, kyslíka, oxidu uhličitého, argónu atď..

striebro

Špecifické teplo pre striebro je 0,234 J / ° C · g. Zo všetkých uvedených látok má najnižšiu hodnotu Ce, čo znamená, že pred železom a hliníkom by kúsok striebra zohrieval oveľa viac ako ostatné dva kovy. V skutočnosti harmonizuje s vysokou tepelnou vodivosťou.

referencie

  1. Serway & Jewett. (2008). Fyzika: pre vedu a techniku. (Siedme vydanie), zväzok 1, Cengage Learning.
  2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Chémia. (Ôsme vydanie). Cengage Učenie.
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. novembra 2018). Špecifická tepelná kapacita v chémii. Zdroj: thinkco.com
  4. Eric W. Weisstein. (2007). Špecifické teplo. Zdroj: scienceworld.wolfram.com
  5. R Loď. (2016). Špecifické teplo. Štátna univerzita v Gruzínsku. Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  6. Wikipedia. (2019). Špecifické teplo Zdroj: en.wikipedia.org