Ας υποθέσουμε ότι χύσατε μια σταθερή ποσότητα νερού σε δύο διαφορετικά ποτήρια. Το ένα ποτήρι είναι ψηλό και στενό και το άλλο ποτήρι ψηλό και πλάτος. Εάν η ποσότητα του νερού που χύνεται σε κάθε ποτήρι είναι η ίδια, αναμένετε ότι η στάθμη του νερού θα είναι υψηλότερη στο στενό ποτήρι.
Το πλάτος αυτών των κάδων είναι ανάλογο με την έννοια της ειδικής θερμοχωρητικότητας. Σε αυτήν την αναλογία, το νερό που χύνεται στους κάδους μπορεί να θεωρηθεί ως η θερμική ενέργεια που προστίθεται σε δύο διαφορετικά υλικά. Η αύξηση του επιπέδου στους κάδους είναι ανάλογη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας.
Τι είναι η ειδική θερμική ικανότητα;
Η ειδική θερμική ικανότητα ενός υλικού είναι η ποσότητα θερμικής ενέργειας που απαιτείται για την αύξηση μίας μάζας μονάδας αυτού του υλικού κατά 1 Kelvin (ή βαθμού Κελσίου). Οι μονάδες SI ειδικής θερμικής ικανότητας είναι J / kgK (joules ανά χιλιόγραμμο × Kelvin).
Η συγκεκριμένη θερμότητα ποικίλλει ανάλογα με τις φυσικές ιδιότητες ενός υλικού. Ως εκ τούτου, είναι μια τιμή που συνήθως αναζητάτε σε έναν πίνακα. Η ζέστη
Ερπροστέθηκε σε ένα υλικό μάζαςΜμε ειδική θερμική ικανότηταντοοδηγεί σε αλλαγή θερμοκρασίαςΔΤκαθορίζεται από την ακόλουθη σχέση:Q = mc \ Δέλτα Τ
Η ειδική θερμότητα του νερού
Η ειδική θερμική ικανότητα γρανίτη είναι 790 J / kgK, ο μόλυβδος είναι 128 J / kgK, το γυαλί είναι 840 J / kgK, ο χαλκός είναι 386 J / kgK και το νερό είναι 4.186 J / kgK Σημειώστε πόση μεγαλύτερη θερμική χωρητικότητα νερού συγκρίνεται με τις άλλες ουσίες της λίστας. Αποδεικνύεται ότι το νερό έχει μία από τις υψηλότερες ειδικές θερμικές ικανότητες οποιασδήποτε ουσίας.
Ουσίες με μεγαλύτερη ειδική χωρητικότητα θερμότητας μπορεί να έχουν πολύ πιο σταθερές θερμοκρασίες. Δηλαδή, οι θερμοκρασίες τους δεν θα κυμαίνονται τόσο πολύ όταν προσθέτετε ή αφαιρείτε θερμική ενέργεια. (Σκεφτείτε την αναλογία του ποτηριού στην αρχή αυτού του άρθρου. Εάν προσθέσετε και αφαιρέσετε την ίδια ποσότητα υγρού στο φαρδύ και το στενό ποτήρι, το επίπεδο αλλάζει πολύ λιγότερο στο φαρδύ ποτήρι.)
Εξαιτίας αυτού οι παράκτιες πόλεις έχουν πολύ πιο εύκρατα κλίματα από τις εσωτερικές πόλεις. Όντας κοντά σε ένα τόσο μεγάλο σώμα νερού σταθεροποιεί τις θερμοκρασίες τους.
Η μεγάλη ειδική χωρητικότητα θερμότητας του νερού είναι επίσης γιατί, όταν βγάζετε μια πίτσα από το φούρνο, η σάλτσα θα σας κάψει ακόμα και αφού κρυώσει η κρούστα. Η σάλτσα που περιέχει νερό πρέπει να εκπέμπει πολύ περισσότερη θερμική ενέργεια προτού να μειώσει τη θερμοκρασία σε σύγκριση με την κρούστα.
Παράδειγμα ειδικής θερμότητας
Ας υποθέσουμε ότι 10.000 J θερμικής ενέργειας προστίθενται σε 1 kg άμμου (ντομικρό = 840 J / kgK) αρχικά στους 20 βαθμούς Κελσίου, ενώ η ίδια ποσότητα θερμικής ενέργειας προστίθεται σε ένα μείγμα 0,5 kg άμμου και 0,5 kg νερού, επίσης αρχικά στους 20 C. Πώς συγκρίνεται η τελική θερμοκρασία της άμμου με την τελική θερμοκρασία του μίγματος άμμου / νερού;
Λύση:Κατ 'αρχάς, λύστε τον τύπο θερμότητας γιαΔΤαποκτώ:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Για την άμμο, λοιπόν, λαμβάνετε την ακόλουθη αλλαγή θερμοκρασίας:
\ Delta T = \ frac {10,000} {1 \ φορές 840} = 11,9 \ κείμενο {μοίρες}
Που δίνει τελική θερμοκρασία 31,9 C.
Για το μείγμα άμμου και νερού, είναι λίγο πιο περίπλοκο. Δεν μπορείτε απλώς να διαιρέσετε τη θερμική ενέργεια εξίσου μεταξύ του νερού και της άμμου. Αναμιγνύονται μαζί, οπότε πρέπει να υποστούν την ίδια αλλαγή θερμοκρασίας.
Παρόλο που γνωρίζετε τη συνολική θερμική ενέργεια, δεν ξέρετε πόσο παίρνει ο καθένας στην αρχή. ΑφήνωΕρμικρόείναι η ποσότητα ενέργειας από τη θερμότητα που παίρνει η άμμος καιΕρβείναι η ποσότητα ενέργειας που παίρνει το νερό. Τώρα χρησιμοποιήστε το γεγονός ότιΕ = Ερμικρό + Εβγια να λάβετε τα ακόλουθα:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Δέλτα T
Τώρα είναι εύκολο να το λύσειςΔΤ:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Η σύνδεση με αριθμούς δίνει στη συνέχεια:
\ Delta T = \ frac {10,000} {0,5 \ φορές 840 + 0,5 \ φορές 4,186} = 4 \ κείμενο {μοίρες}
Το μείγμα αυξάνεται μόνο κατά 4 C, για τελική θερμοκρασία 24 C, σημαντικά χαμηλότερη από την καθαρή άμμο!
