נניח ששפכתם כמות קבועה של מים לשני כוסות שונות. כוס אחת גבוהה וצרה, וכוס השנייה גבוהה ורחבה. אם כמות המים שנשפכת לכל כוס היא זהה, היית מצפה שמפלס המים יהיה גבוה יותר בכוס הצרה.
רוחב הדליים הללו מקביל למושג קיבולת החום הספציפית. באנלוגיה זו ניתן לחשוב על המים שנשפכים לדליים כאל אנרגיית החום שמתווספת לשני חומרים שונים. עליית המפלס בדליים מקבילה לעליית הטמפרטורה הנובעת מכך.
מהי קיבולת חום ספציפית?
קיבולת החום הספציפית של חומר היא כמות אנרגיית החום הנדרשת להגדלת מסת היחידה של אותו חומר ב קלווין 1 (או מעלה צלזיוס). יחידות SI בעלות קיבולת חום ספציפית הן J / kgK (ג'אול לק"ג × קלווין).
החום הספציפי משתנה בהתאם לתכונות הפיזיקליות של חומר. ככזה, זהו ערך שאתה בדרך כלל מחפש בטבלה. החוםשנוסף לחומר המוניMעם קיבולת חום ספציפיתגמביא לשינוי טמפרטורהΔTנקבע על ידי היחסים הבאים:
Q = mc \ Delta T
החום הספציפי של מים
קיבולת החום הספציפית של גרניט היא 790 J / kgK, עופרת היא 128 J / kgK, זכוכית היא 840 J / kgK, של נחושת 386 J / kgK ושל מים 4,186 J / kgK. שימו לב כמה קיבולת החום הספציפית של מים גדולה יותר בהשוואה לחומרים האחרים ברשימה. מתברר שלמים יש יכולות החום הספציפיות הגבוהות ביותר של כל חומר.
חומרים בעלי יכולות חום ספציפיות גדולות יותר יכולים להיות בעלי טמפרטורות יציבות הרבה יותר. כלומר, הטמפרטורות שלהם לא תשתנה באותה מידה כשמוסיפים או מסירים אנרגיית חום. (תחשוב אחורה לאנלוגיית הכוס בתחילת מאמר זה. אם מוסיפים ומחסירים את אותה כמות נוזלים לרחבה ולכוס הצרה, הרמה משתנה הרבה פחות בכוס הרחבה.)
בגלל זה יש בעיירות חוף אקלים הרבה יותר ממוזג מאשר בערי פנים. היותם קרובים לגוף מים כה גדול מייצבים את הטמפרטורות שלהם.
יכולת החום הספציפית הגדולה של המים היא גם הסיבה שכשתוציאו פיצה מהתנור, הרוטב עדיין ישרוף אתכם גם אחרי שהקרום התקרר. הרוטב המכיל מים צריך לתת הרבה יותר אנרגיית חום לפני שהוא יכול לרדת בטמפרטורה בהשוואה לקרום.
דוגמה לקיבולת חום ספציפית
נניח 10,000 J של אנרגיית חום מתווספת לק"ג חול אחד (גס = 840 J / kgK) בתחילה בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, בעוד אותה כמות של אנרגיית חום מתווספת לתערובת של 0.5 ק"ג חול ו- 0.5 ק"ג מים, גם בתחילה ב -20 צלזיוס. איך הטמפרטורה הסופית של החול לעומת הטמפרטורה הסופית של תערובת החול / מים?
פִּתָרוֹן:ראשית, פתר את נוסחת החום עבורΔTלהשיג:
\ דלתא T = \ frac {Q} {mc}
עבור החול, אם כן, אתה מקבל את השינוי הבא בטמפרטורה:
\ דלתא T = \ frac {10,000} {1 \ פעמים 840} = 11.9 \ טקסט {מעלות}
מה שנותן טמפרטורה סופית של 31.9 צלזיוס.
לתערובת של חול ומים, זה קצת יותר מסובך. אתה לא יכול רק לחלק את אנרגיית החום באופן שווה בין המים והחול. הם מעורבבים יחד, ולכן עליהם לעבור את אותה שינוי טמפרטורה.
אמנם אתה יודע את אנרגיית החום הכוללת, אבל אינך יודע כמה כל אחד מקבל בהתחלה. לתתשסלהיות כמות האנרגיה מהחום שהחול מקבל ושwלהיות כמות האנרגיה שהמים מקבלים. עכשיו השתמש בעובדה שש = שס + שwכדי להשיג את הדברים הבאים:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
עכשיו זה פשוט לפתורΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
חיבור מספרים ואז נותן:
\ דלתא T = \ frac {10,000} {0.5 \ פעמים 840 + 0.5 \ פעמים 4,186} = 4 \ טקסט {מעלות}
התערובת עולה רק ב -4 צלזיוס, לטמפרטורה סופית של 24 צלזיוס, נמוכה משמעותית מהחול הטהור!