Specifik varmekapacitet: Definition, enheder, formler og eksempler

Antag at du hældte en fast mængde vand i to forskellige bægerglas. Det ene bægerglas er højt og smalt, og det andet bægerglas er højt og bredt. Hvis mængden af ​​vand, der hældes i hvert bægerglas, er den samme, forventer du, at vandstanden er højere i det smalle bægerglas.

Bredden på disse skovle er analog med begrebet specifik varmekapacitet. I denne analogi kan vandet, der hældes i spande, opfattes som den varmeenergi, der tilsættes to forskellige materialer. Stigningen i niveau på skovlene er analog med den resulterende temperaturstigning.

Den specifikke varmekapacitet for et materiale er den mængde varmeenergi, der kræves for at hæve en enhedsmasse af dette materiale med 1 Kelvin (eller grad Celsius). SI-enhederne med specifik varmekapacitet er J / kgK (joule pr. Kg × Kelvin).

Den specifikke varme varierer afhængigt af materialets fysiske egenskaber. Som sådan er det en værdi, du typisk ser op i en tabel. VarmenQføjet til et massematerialemmed specifik varmekapacitetcresulterer i en temperaturændringATbestemt af følgende forhold:

Den specifikke varmekapacitet for granit er 790 J / kgK, bly er 128 J / kgK, glas er 840 J / kgK, kobber er 386 J / kgK og vand er 4.186 J / kgK. Bemærk, hvor meget større vandets specifikke varmekapacitet er sammenlignet med de andre stoffer på listen. Det viser sig, at vand har en af ​​de højeste specifikke varmekapaciteter for ethvert stof.

Stoffer med større specifik varmekapacitet kan have meget mere stabile temperaturer. Det vil sige, at deres temperaturer ikke svinger så meget, når du tilføjer eller fjerner varmeenergi. (Tænk tilbage på bæger analogien i begyndelsen af ​​denne artikel. Hvis du tilføjer og trækker den samme mængde væske til det brede og det smalle bægerglas, ændres niveauet meget mindre i det brede bægerglas.)

Det er på grund af dette, at kystbyer har meget mere tempererede klimaer end indre byer. At være tæt på en så stor vandmasse stabiliserer deres temperaturer.

Vands store specifikke varmekapacitet er også grunden til, at når du tager en pizza ud af ovnen, vil saucen stadig brænde dig, selv efter skorpen er kølet af. Den vandholdige sauce skal afgive meget mere varmeenergi, før den kan falde i temperatur sammenlignet med skorpen.

Antag at 10.000 J varmeenergi tilsættes til 1 kg sand (c​_s = 840 J / kgK) indledningsvis ved 20 grader Celsius, mens den samme mængde varmeenergi tilsættes til en blanding af 0,5 kg sand og 0,5 kg vand, også oprindeligt ved 20 C. Hvordan sammenlignes den endelige temperatur af sandet med den endelige temperatur for blandingen af ​​sand og vand?

​Opløsning:Først skal du løse varmeformlen forATat opnå:

For sandet får du følgende temperaturændring:

Hvilket giver en endelig temperatur på 31,9 C.

For blandingen af ​​sand og vand er det lidt mere kompliceret. Du kan ikke bare opdele varmeenergien ligeligt mellem vandet og sandet. De blandes sammen, så de skal gennemgå den samme temperaturændring.

Mens du kender den samlede varmeenergi, ved du ikke, hvor meget hver enkelt får i starten. LadeQ_svære den mængde energi fra varme, som sandet får, ogQ_wvære den mængde energi vandet får. Brug nu det faktum, atQ =​ ​Q_s + Q_wfor at få følgende:

Nu er det ligetil at løseΔT:​

Tilslutning af tal giver derefter:

Blandingen stiger kun med 4 ° C til en endelig temperatur på 24 ° C, betydeligt lavere end det rene sand!