Oletame, et valasite kindlas koguses vett kahte erinevasse keeduklaasi. Üks kraadiklaas on kõrge ja kitsas ning teine kraadiklaas on pikk ja lai. Kui igasse keeduklaasi valatakse sama kogus vett, võiks eeldada, et kitsas keeduklaasis on veetase kõrgem.
Nende ämbrite laius on analoogne konkreetse soojusvõimsuse kontseptsiooniga. Selles analoogias võib ämbritesse valatavat vett mõelda kui soojusenergiat, mis lisatakse kahele erinevale materjalile. Ämbrite taseme tõus on analoogne sellest tuleneva temperatuuri tõusuga.
Mis on konkreetne soojusvõimsus?
Materjali erisoojusvõimsus on soojusenergia kogus, mis on vajalik selle materjali massiühiku tõstmiseks 1 kelvini (või Celsiuse kraadi) võrra. Spetsiifilise soojusvõimsuse SI ühikud on J / kgK (džaulid kilogrammi kohta × Kelvin).
Spetsiifiline soojus varieerub sõltuvalt materjali füüsikalistest omadustest. Sellisena on see väärtus, mida tavaliselt tabelist otsite. KuumusQlisatakse massimaterjalilemerisoojusvõimsusegactulemuseks on temperatuuri muutusΔTmille määrab järgmine suhe:
Q = mc \ Delta T.
Vee erisoojus
Graniidi erisoojusvõimsus on 790 J / kgK, plii 128 J / kgK, klaasist 840 J / kgK, vase 386 J / kgK ja vee 4186 J / kgK. Pange tähele, kui palju suurem vee erisoojusvõimsus on võrreldes teiste loendis loetletud ainetega. Selgub, et vees on ükskõik millise aine kõrgeim erisoojusvõimsus.
Suurema erisoojusvõimsusega ainetel võib olla palju stabiilsem temperatuur. See tähendab, et nende temperatuurid ei kõigu nii palju, kui lisate või eemaldate soojusenergiat. (Mõelge tagasi keeduklaasi analoogiale selle artikli alguses. Kui lisate ja lahutate sama koguse vedelikku laia ja kitsa keeduklaasi jaoks, muutub tase laias keeduklaasis palju vähem.)
Just selle tõttu on rannikulinnades palju mõõdukama kliimaga kui sisemaal. Nii suure veekogu lähedal viibimine stabiliseerib nende temperatuure.
Vee suur erisoojusvõimsus on ka see, miks pitsa ahjust välja võttes põletab kaste teid ka pärast kooriku jahtumist. Vett sisaldav kaste peab enne koorikuga temperatuuri langemist andma palju rohkem soojusenergiat.
Näide erisoojusvõimsusest
Oletame, et 1 kg liivale lisatakse 10 000 J soojusenergiat (cs = 840 J / kgK) esialgu temperatuuril 20 kraadi Celsiuse järgi, samasugune kogus soojusenergiat lisatakse 0,5 kg liiva ja 0,5 kg vee segule, samuti esialgu temperatuuril 20 ° C. Kuidas on liiva lõplik temperatuur võrreldav liiva / vee segu lõpliku temperatuuriga?
Lahendus:Kõigepealt lahendageΔTsaada:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Liiva jaoks saate siis järgmise temperatuuri muutuse:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ korda 840} = 11,9 \ tekst {kraadi}
Mis annab lõpptemperatuuriks 31,9 C.
Liiva ja vee segu puhul on see veidi keerulisem. Sa ei saa lihtsalt jagada soojusenergiat võrdselt vee ja liiva vahel. Need on omavahel segatud, seega peavad nad läbima sama temperatuuri muutuse.
Kuigi teate kogu soojusenergiat, ei tea te, kui palju igaüks neist alguses saab. LaseQson liiva kätte saadav kuumuse energiahulk jaQwolla vee koguse energiahulk. Nüüd kasutage sedaQ = Qs + Qwjärgmise saamiseks:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Nüüd on selle lahendamine lihtneΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Numbrite ühendamine annab siis:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ korda 840 + 0,5 \ korda 4186} = 4 \ teksti {kraadi}
Segu tõuseb ainult 4 C võrra, lõpptemperatuuril 24 C, mis on oluliselt madalam kui puhas liiv!