Was braucht mehr Energie zum Aufheizen: Luft oder Wasser? Wie wäre es mit Wasser gegen Metall oder Wasser gegen eine andere Flüssigkeit wie Soda?
Diese und viele andere Fragen beziehen sich auf eine Eigenschaft der Materie, die spezifische Wärme genannt wird. Die spezifische Wärme ist die Wärmemenge pro Masseneinheit, die benötigt wird, um die Temperatur eines Stoffes um ein Grad Celsius zu erhöhen.
Es braucht also mehr Energie, um Wasser zu erhitzen als Luft, weil Wasser und Luft unterschiedliche spezifische Wärme haben.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Verwenden Sie die Formel:
Q = mcΔT, auch geschrieben Q = mc (T - t0)
um die Anfangstemperatur (t0) in einem spezifischen Wärmeproblem.
Tatsächlich hat Wasser eine der höchsten spezifischen Wärmen aller "gewöhnlichen" Stoffe: Sie beträgt 4,186 Joule/Gramm °C. Deshalb ist Wasser so nützlich, um die Temperatur von Maschinen, menschlichen Körpern und sogar dem Planeten zu regulieren.
Gleichung für spezifische Wärme
Sie können die Eigenschaft der spezifischen Wärme verwenden, um die Anfangstemperatur eines Stoffes zu bestimmen. Die Gleichung für die spezifische Wärme wird normalerweise geschrieben:
Q = mcΔT
wobei Q die hinzugefügte Wärmeenergiemenge ist, m die Masse des Stoffes ist, c die spezifische Wärme, eine Konstante, und ΔT "Temperaturänderung" bedeutet.
Stellen Sie sicher, dass Ihre Maßeinheiten mit den in der spezifischen Wärmekonstanten verwendeten Einheiten übereinstimmen! Zum Beispiel kann die spezifische Wärme manchmal Celsius verwenden. In anderen Fällen erhalten Sie die SI-Einheit für die Temperatur, die Kelvin ist. In diesen Fällen sind die Einheiten für die spezifische Wärme entweder Joule/Gramm °C oder Joule/Gramm K. Das gleiche könnte mit Gramm gegenüber Kilogramm für die Masse oder Joule zu Bmu für Energie passieren. Überprüfen Sie die Einheiten und nehmen Sie die erforderlichen Umrechnungen vor, bevor Sie beginnen.
Mit spezifischer Wärme die Anfangstemperatur ermitteln
ΔT kann auch geschrieben werden (T - t0) oder die neue Temperatur einer Substanz minus ihrer Anfangstemperatur. Eine andere Möglichkeit, die Gleichung für die spezifische Wärme zu schreiben, ist:
Q = mc (T - t0)
Diese umgeschriebene Form der Gleichung macht es also einfach, die Anfangstemperatur zu finden. Sie können alle anderen Werte, die Sie erhalten, einsetzen und dann nach t auflösen0.
Beispiel: Angenommen, Sie fügen 2,0 Gramm Wasser 75,0 Joule Energie hinzu und erhöhen die Temperatur auf 87 °C. Die spezifische Wärme von Wasser beträgt 4,184 Joule/Gramm °C. Wie war die Anfangstemperatur des Wassers?
Setze die angegebenen Werte in deine Gleichung ein:
75,o J = 2,0 g x (4,184 J/g°C) x (87 °C - t0).
Vereinfachen:
75,o J = 8,368 J/°C x (87 °C - t0).
8,96 °C = (87 °C - t0)
78 °C = t0.
Spezifische Wärme- und Phasenänderungen
Es gibt eine wichtige Ausnahme, die Sie beachten sollten. Die spezifische Wärmegleichung funktioniert nicht während eines Phasenwechsels, zum Beispiel von einer Flüssigkeit zu einem Gas oder von einem Festkörper zu einer Flüssigkeit. Das liegt daran, dass die gesamte zusätzlich eingepumpte Energie für den Phasenwechsel verwendet wird, nicht für die Temperaturerhöhung. Die Temperatur bleibt während dieser Zeit also flach, wodurch das Verhältnis zwischen Energie, Temperatur und spezifischer Wärme in dieser Situation aufgehoben wird.