고정 된 양의 물을 두 개의 다른 비커에 부 었다고 가정합니다. 하나의 비커는 크고 좁고 다른 비커는 크고 넓습니다. 각 비커에 붓는 물의 양이 같으면 좁은 비커에서 수위가 더 높아질 것으로 예상 할 수 있습니다.
이 버킷의 너비는 비열 용량의 개념과 유사합니다. 이 비유에서 양동이에 붓는 물은 두 가지 다른 재료에 추가되는 열 에너지로 생각할 수 있습니다. 버킷의 레벨 상승은 결과적으로 온도가 상승하는 것과 유사합니다.
비열 용량이란?
재료의 비열 용량은 해당 재료의 단위 질량을 1 켈빈 (또는 섭씨)만큼 올리는 데 필요한 열 에너지의 양입니다. 비열 용량의 SI 단위는 J / kgK (킬로그램 당 줄 × 켈빈)입니다.
비열은 재료의 물리적 특성에 따라 다릅니다. 따라서 일반적으로 테이블에서 조회하는 값입니다. 열큐질량 물질에 추가미디엄비열 용량씨온도 변화를 일으킴ΔT다음 관계에 의해 결정됩니다.
Q = mc \ 델타 T
물의 비열
화강암의 비열 용량은 790J / kgK, 납은 128J / kgK, 유리는 840J / kgK, 구리는 386J / kgK, 물은 4,186J / kgK입니다. 목록에있는 다른 물질과 비교하여 물의 비열 용량이 얼마나 큰지 확인하십시오. 물은 모든 물질 중 가장 높은 비열 용량 중 하나를 가지고 있습니다.
비열 용량이 더 큰 물질은 훨씬 더 안정적인 온도를 가질 수 있습니다. 즉, 열 에너지를 추가하거나 제거해도 온도가 크게 변동하지 않습니다. (이 기사의 시작 부분에있는 비커 비유를 다시 생각해보십시오. 넓고 좁은 비커에 같은 양의 액체를 더하고 빼면 넓은 비커에서 레벨이 훨씬 적게 변합니다.)
해안 도시는 내륙 도시보다 훨씬 더 온화한 기후를 가지고 있기 때문입니다. 이렇게 큰 물에 가까워지면 온도가 안정됩니다.
물의 비열 용량이 크기 때문에 오븐에서 피자를 꺼낼 때 빵 껍질이 식은 후에도 소스가 여전히 타 버릴 것입니다. 수분을 함유 한 소스는 빵 껍질에 비해 온도가 떨어지기 전에 훨씬 더 많은 열 에너지를 발산해야합니다.
비열 용량의 예
1kg의 모래에 10,000J의 열 에너지가 추가되었다고 가정합니다 (
씨에스 = 840 J / kgK) 초기에는 섭씨 20도에서 동일한 양의 열 에너지가 0.5kg의 모래와 0.5kg의 물의 혼합물에 추가되며 초기에는 20C에서도 추가됩니다. 모래의 최종 온도는 모래 / 물 혼합물의 최종 온도와 어떻게 비교됩니까?해결책:먼저 열 공식을 푸십시오.ΔT얻기 위해 :
\ 델타 T = \ frac {Q} {mc}
모래의 경우 다음과 같은 온도 변화를 얻습니다.
\ Delta T = \ frac {10,000} {1 \ times 840} = 11.9 \ text {degree}
최종 온도는 31.9C입니다.
모래와 물의 혼합물은 조금 더 복잡합니다. 열 에너지를 물과 모래로 똑같이 나눌 수는 없습니다. 그들은 함께 혼합되어 있으므로 동일한 온도 변화를 겪어야합니다.
총 열 에너지를 알고 있지만 처음에는 각각의 열 에너지가 얼마인지 알 수 없습니다. 허락하다큐에스모래가 얻는 열 에너지의 양이며큐w물이 얻는 에너지의 양입니다. 이제 사실을 사용하십시오Q = 큐에스 + Qw다음을 얻으려면 :
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ 델타 T + m_wc_w \ 델타 T = (m_sc_s + m_wc_w) \ 델타 T
이제 해결하는 것이 간단합니다.ΔT :
\ 델타 T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
숫자를 연결하면 다음이 제공됩니다.
\ 델타 T = \ frac {10,000} {0.5 \ times 840 + 0.5 \ times 4,186} = 4 \ text {degrees}
혼합물은 순수한 모래보다 훨씬 낮은 24C의 최종 온도에서 4C 만 상승합니다!