Tegyük fel, hogy fix mennyiségű vizet öntött két különböző főzőpohárba. Az egyik főzőpohár magas és keskeny, a másik főzőpohár magas és széles. Ha az egyes főzőpoharakba öntött vízmennyiség azonos, akkor a keskeny főzőpohárban magasabb vízszintre számíthat.
Ezeknek a vödröknek a szélessége megegyezik a fajlagos hőkapacitás fogalmával. Ebben az analógiában a vödrökbe öntött víz úgy tekinthető, mint a hőenergia, amelyet két különböző anyaghoz adnak. A vödrök szintemelkedése analóg az ebből eredő hőmérsékletemelkedéssel.
Mi a fajlagos hőkapacitás?
Az anyag fajlagos hőkapacitása az a hőenergia-mennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy az anyag egységnyi tömegét 1 Kelvinnel (vagy Celsius-fokkal) megemelje. A fajlagos hőkapacitás SI egységei J / kgK (joule kilogrammonként × Kelvin).
A fajlagos hő az anyag fizikai tulajdonságaitól függően változik. Mint ilyen, ez egy olyan érték, amelyet általában egy táblázatban keres. A hőQtömeges anyaghoz advamfajlagos hőkapacitássalchőmérsékletváltozást eredményezΔTa következő kapcsolat határozza meg:
Q = mc \ Delta T
A víz fajhője
A gránit fajlagos hőteljesítménye 790 J / kgK, az ólom 128 J / kgK, az üveg 840 J / kgK, a réz 386 J / kgK és a víz 4,186 J / kgK. Vegye figyelembe, hogy mennyivel nagyobb a víz fajlagos hőteljesítménye a listában szereplő többi anyaghoz képest. Kiderült, hogy a víz minden anyagnál az egyik legnagyobb fajlagos hőkapacitással rendelkezik.
A nagyobb fajlagos hőkapacitású anyagok hőmérséklete sokkal stabilabb lehet. Vagyis hőmérsékletük nem változik annyira, ha hőenergiát ad hozzá vagy távolít el. (Gondoljon vissza a főzőpohár-analógiára a cikk elején. Ha ugyanannyi folyadékot ad hozzá és von le a széles és a keskeny főzőpohárba, akkor a szint sokkal kevésbé változik a széles főzőpohárban.)
Emiatt a tengerparti városok éghajlata jóval mérsékeltebb, mint a szárazföldi városoké. Ilyen nagy víztest közelében lenni stabilizálja hőmérsékletüket.
A víz nagy fajlagos hőkapacitása az is, hogy amikor kivesz egy pizzát a sütőből, a szósz még akkor is megéget, ha a kéreg kihűlt. A víztartalmú szósznak sokkal több hőenergiát kell leadnia, mielőtt a kéreghez viszonyítva lecsökkenhetne a hőmérséklete.
Példa fajlagos hőkapacitásra
Tegyük fel, hogy 1 kg homokhoz 10 000 J hőenergiát adunk (cs = 840 J / kgK) kezdetben 20 Celsius-fokon, ugyanakkora mennyiségű hőenergiát adunk 0,5 kg homok és 0,5 kg víz keverékéhez, szintén kezdetben 20 C-on. Hogyan viszonyul a homok végső hőmérséklete a homok / víz keverék végső hőmérsékletéhez?
Megoldás:Először oldja meg a hő képletétΔTmegszerezni:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
A homok esetében a következő hőmérsékletváltozást kapja:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ szor 840} = 11,9 \ text {fok}
A végső hőmérséklet 31,9 C.
A homok és a víz keveréke szempontjából ez egy kicsit bonyolultabb. Nem oszthatja el a hőenergiát egyenlően a víz és a homok között. Összekeverik őket, ezért ugyanazon a hőmérséklet-változáson kell átesniük.
Noha ismeri a teljes hőenergiát, nem tudja, mennyit kap eleinte mindegyik. HagydQslegyen a hőből származó energia mennyisége, amelyet a homok kap ésQwlegyen a víz által kapott energia mennyisége. Most használja azt a tényt, hogyQ = Qs + Qwhogy megkapja a következőket:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Most egyszerű megoldaniΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
A számok csatlakoztatása ekkor a következőket adja:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ szorzat 840 + 0,5 \szer 4,186} = 4 \ szöveg {fok}
A keverék csak 4 C-kal emelkedik, a végső hőmérséklet 24 C, ami lényegesen alacsonyabb, mint a tiszta homok!