Да предположим, че сте наляли фиксирано количество вода в две различни чаши. Едната чаша е висока и тясна, а другата чаша е висока и широка. Ако количеството вода, излята във всяка мензура, е еднакво, бихте очаквали нивото на водата да бъде по-високо в тясната чаша.
Ширината на тези кофи е аналогична на концепцията за специфичен топлинен капацитет. При тази аналогия водата, която се излива в кофите, може да се разглежда като топлинна енергия, добавена към два различни материала. Повишаването на нивото на кофите е аналогично на произтичащото повишаване на температурата.
Какво представлява специфичният топлинен капацитет?
Специфичният топлинен капацитет на материала е количеството топлинна енергия, необходимо за повишаване на единица маса от този материал с 1 Келвин (или градус по Целзий). SI мерните единици за специфичен топлинен капацитет са J / kgK (джаули на килограм × Келвин).
Специфичната топлина варира в зависимост от физичните свойства на материала. Като такъв, това е стойност, която обикновено търсите в таблица. Жегата
Въпрос:добавен към материал с масамсъс специфичен топлинен капацитет° Своди до промяна на температуратаΔTопределя се от следната връзка:Q = mc \ Delta T
Специфичната топлина на водата
Специфичният топлинен капацитет на гранита е 790 J / kgK, на оловото е 128 J / kgK, на стъклото е 840 J / kgK, на медта е 386 J / kgK и на водата е 4 186 J / kgK. Обърнете внимание колко по-голям е специфичният топлинен капацитет на водата в сравнение с другите вещества в списъка. Оказва се, че водата има една от най-високите специфични топлинни способности от всяко вещество.
Веществата с по-голям специфичен топлинен капацитет могат да имат много по-стабилни температури. Тоест, температурите им няма да варират толкова силно, когато добавяте или премахвате топлинна енергия. (Помислете за аналогията с мензурата в началото на тази статия. Ако добавите и извадите едно и също количество течност към широката и тясната чаша, нивото се променя много по-малко в широката бехерова чаша.)
Поради това крайбрежните градове имат много по-умерен климат, отколкото вътрешните градове. Приближаването до толкова голямо водно тяло стабилизира техните температури.
Големият специфичен топлинен капацитет на водата е и защо, когато извадите пица от фурната, сосът ще ви изгори дори след като кората се охлади. Сосът, съдържащ вода, трябва да отделя много повече топлинна енергия, преди да спадне температурата в сравнение с кората.
Пример за специфичен топлинен капацитет
Да предположим, че 10 000 J топлинна енергия се добавят към 1 kg пясък (° Сс = 840 J / kgK) първоначално при 20 градуса по Целзий, докато същото количество топлинна енергия се добавя към смес от 0,5 kg пясък и 0,5 kg вода, също първоначално при 20 C. Как се сравнява крайната температура на пясъка с крайната температура на сместа пясък / вода?
Решение:Първо, решете топлинната формула заΔTпридобивам:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Тогава за пясъка получавате следната промяна в температурата:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ по 840} = 11,9 \ текст {градуса}
Което дава крайна температура 31,9 C.
За сместа от пясък и вода е малко по-сложно. Не можете просто да разделите топлинната енергия по равно между водата и пясъка. Те се смесват помежду си, така че трябва да претърпят една и съща температура.
Докато знаете общата топлинна енергия, не знаете колко получава всеки от тях в началото. ПозволявамВъпрос:се количеството енергия от топлина, което пясъкът получава иВъпрос:wе количеството енергия, което водата получава. Сега използвайте факта, чеQ = Въпрос:с + Qwза да получите следното:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Сега е лесно да се решиΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Включването на числа след това дава:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ по 840 + 0,5 \ по 4,186} = 4 \ текст {градуса}
Сместа се повишава само с 4 C, за крайна температура от 24 C, значително по-ниска от чистия пясък!