Předpokládejme, že jste nalili určité množství vody do dvou různých kádinek. Jedna kádinka je vysoká a úzká a druhá kádinka je vysoká a široká. Pokud je množství vody nalité do každé kádinky stejné, lze očekávat, že hladina vody bude v úzké kádince vyšší.
Šířka těchto lopat je analogická konceptu specifické tepelné kapacity. V této analogii lze vodu nalitou do kbelíků považovat za tepelnou energii přidávanou do dvou různých materiálů. Zvýšení hladiny na lopatách je analogické s výsledným zvýšením teploty.
Co je měrná tepelná kapacita?
Specifická tepelná kapacita materiálu je množství tepelné energie potřebné ke zvýšení jednotkové hmotnosti tohoto materiálu o 1 Kelvin (nebo stupeň Celsia). Jednotky SI měrné tepelné kapacity jsou J / kgK (jouly na kilogram × Kelvin).
Specifické teplo se mění v závislosti na fyzikálních vlastnostech materiálu. Jako takový se jedná o hodnotu, kterou obvykle vyhledáte v tabulce. ŽárQpřidán k hmotnému materiálumse specifickou tepelnou kapacitouCvede ke změně teplotyΔTurčeno následujícím vztahem:
Q = mc \ Delta T
Specifické teplo vody
Specifická tepelná kapacita žuly je 790 J / kgK, olova 128 J / kgK, skla 840 J / kgK, mědi 386 J / kgK a vody 4 186 J / kgK. Všimněte si, o kolik větší je specifická tepelná kapacita vody ve srovnání s ostatními látkami v seznamu. Ukazuje se, že voda má jednu z nejvyšších měrných tepelných kapacit jakékoli látky.
Látky s větší měrnou tepelnou kapacitou mohou mít mnohem stabilnější teploty. To znamená, že jejich teploty nebudou tolik kolísat, když přidáte nebo odeberete tepelnou energii. (Vzpomeňte si na analogii kádinky na začátku tohoto článku. Pokud přidáte a odečtete stejné množství kapaliny do široké a úzké kádinky, hladina se v široké kádince změní mnohem méně.)
Je to proto, že pobřežní města mají mnohem mírnější klima než města ve vnitrozemí. Jejich blízkost stabilizuje jejich teploty.
Velká měrná tepelná kapacita vody je také důvod, proč, když vytáhnete pizzu z trouby, omáčka vás spálí i po ochlazení kůry. Omáčka obsahující vodu musí vydávat mnohem více tepelné energie, než může poklesnout ve srovnání s kůrou.
Příklad měrné tepelné kapacity
Předpokládejme, že k 1 kg písku je přidáno 10 000 J tepelné energie (Cs = 840 J / kgK) zpočátku při 20 stupních Celsia, zatímco stejné množství tepelné energie se přidá ke směsi 0,5 kg písku a 0,5 kg vody, také zpočátku při 20 ° C. Jak je výsledná teplota písku v porovnání s konečnou teplotou směsi písek / voda?
Řešení:Nejprve vyřešte vzorec tepla proΔTzískat:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
U písku pak získáte následující změnu teploty:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ krát 840} = 11,9 \ text {stupně}
Což dává konečnou teplotu 31,9 ° C.
Pro směs písku a vody je to trochu komplikovanější. Nemůžete jen rovnoměrně rozdělit tepelnou energii mezi vodu a písek. Jsou smíchány dohromady, takže musí podstoupit stejnou změnu teploty.
I když znáte celkovou tepelnou energii, nejprve nevíte, kolik z nich každý dostane. NechatQsbýt množství energie z tepla, které písek získává aQwbýt množství energie, které voda dostane. Nyní využij fakt, žeQ = Qs + Qwzískat následující:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Nyní je jednoduché to vyřešitΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Připojením čísel pak získáte:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ krát 840 + 0,5 \ krát 4,186} = 4 \ text {stupně}
Směs stoupá pouze o 4 ° C, při konečné teplotě 24 ° C, výrazně nižší než čistý písek!
