Oletetaan, että kaatoit kiinteän määrän vettä kahteen eri dekantterilasiin. Yksi dekantterilasi on pitkä ja kapea, ja toinen dekantterilasi on pitkä ja leveä. Jos kuhunkin dekantterilasiin kaadettu vesimäärä on sama, odotat, että kapea dekantterilasissa veden taso on korkeampi.
Näiden kauhojen leveys on samanlainen kuin spesifisen lämpökapasiteetin käsite. Tässä analogiassa kauhoihin kaadettavan veden voidaan ajatella olevan lämpöenergiaa, joka lisätään kahteen eri materiaaliin. Kauhojen tason nousu on analoginen tuloksena olevan lämpötilan nousun kanssa.
Mikä on ominaislämpökapasiteetti?
Materiaalin ominaislämpökapasiteetti on lämpöenergian määrä, joka tarvitaan materiaalin massayksikön nostamiseen 1 kelviniä (tai celsiusastetta). Spesifisen lämpökapasiteetin SI-yksiköt ovat J / kgK (joulea kilogrammaa kohti × Kelvin).
Ominaislämpö vaihtelee materiaalin fysikaalisten ominaisuuksien mukaan. Sellaisena se on arvo, jota etsit yleensä taulukosta. KuumuusQlisätään massaanmerityisellä lämpökapasiteetillacjohtaa lämpötilan muutokseenΔTmääritetään seuraavan suhteen avulla:
Q = mc \ Delta T
Veden ominaislämpö
Graniitin ominaislämpökapasiteetti on 790 J / kgK, lyijyn 128 J / kgK, lasin 840 J / kgK, kuparin 386 J / kgK ja veden 4186 J / kgK. Huomaa, kuinka paljon suurempi veden ominaislämpökapasiteetti on verrattuna muihin luettelon aineisiin. On käynyt ilmi, että vedellä on yksi kaikkien aineiden korkeimmista ominaislämpökapasiteeteista.
Aineilla, joilla on suurempi ominaislämpökapasiteetti, voi olla paljon vakaampia lämpötiloja. Toisin sanoen niiden lämpötilat eivät vaihtele niin paljon, kun lisäät tai poistat lämpöenergiaa. (Ajatelkaa dekantterilasien analogiaa tämän artikkelin alussa. Jos lisäät ja vähennät saman määrän nestettä leveään ja kapeaan dekantterilasiin, taso muuttuu paljon vähemmän leveässä dekantterilasissa.)
Tämän vuoksi rannikkokaupungeissa on paljon leuto ilmasto kuin sisämaakaupungeissa. Koska lähellä niin suurta vesimuodostumaa, niiden lämpötilat vakiintuvat.
Veden suuri ominaislämpökapasiteetti on myös syy, miksi otat pizzan uunista, kastike palaa edelleen silloinkin, kun kuori on jäähtynyt. Vettä sisältävän kastikkeen on annettava paljon enemmän lämpöenergiaa, ennen kuin se voi laskea lämpötilaan kuoreen verrattuna.
Esimerkki ominaislämpötehosta
Oletetaan, että 10000 J lämpöenergiaa lisätään 1 kg hiekkaan (cs = 840 J / kgK) aluksi lämpötilassa 20 celsiusastetta, samalla määrällä lämpöenergiaa lisätään seokseen, jossa on 0,5 kg hiekkaa ja 0,5 kg vettä, myös aluksi 20 ° C: ssa. Kuinka hiekan lopullinen lämpötila vertaa hiekan ja veden seoksen lopulliseen lämpötilaan?
Ratkaisu:Ratkaise ensin lämmön kaavaΔTsaada haltuunsa:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Hiekalle saat sitten seuraavan lämpötilan muutoksen:
\ Delta T = \ frac {10000} {1 \ kertaa 840} = 11,9 \ teksti {astetta}
Mikä antaa lopullisen lämpötilan 31,9 C.
Hiekan ja veden seokselle se on hieman monimutkaisempi. Et voi vain jakaa lämpöenergiaa tasan vedelle ja hiekalle. Ne sekoitetaan toisiinsa, joten niiden on muutettava sama lämpötilan muutos.
Vaikka tiedät kokonaislämpöenergian, et tiedä, kuinka paljon kukin saa aluksi. PäästääQsolla lämpöenergian määrä, jonka hiekka saa jaQwolla energian määrä, jonka vesi saa. Käytä nyt sitäQ = Qs + Qwsaadaksesi seuraavat:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Nyt se on helppo ratkaistaΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Numeroiden liittäminen antaa sitten:
\ Delta T = \ frac {10000} {0,5 \ kertaa 840 + 0,5 \ kertaa 4186} = 4 \ teksti {astetta}
Seos nousee vain 4 ° C, 24 ° C: n loppulämpötilassa, huomattavasti matalampaa kuin puhdas hiekka!