Tarkime, kad jūs įpylėte fiksuotą vandens kiekį į dvi skirtingas stiklines. Viena stiklinė yra aukšta ir siaura, kita - aukšta ir plati. Jei į kiekvieną stiklinę pilamas vienodas vandens kiekis, siauroje stiklinėje vandens lygis gali būti aukštesnis.
Šių kaušų plotis yra analogiškas specifinio šiluminio pajėgumo sampratai. Pagal šią analogiją į kibirus pilamas vanduo gali būti laikomas šilumos energija, dedama į dvi skirtingas medžiagas. Kibirų lygio kilimas yra analogiškas kylančiai temperatūrai.
Kas yra specifinis šilumos pajėgumas?
Savitas medžiagos šiluminis pajėgumas yra šilumos energijos kiekis, reikalingas tos medžiagos masės vienetui pakelti 1 Kelvinu (arba Celsijaus laipsniu). Specifinės šiluminės galios SI vienetai yra J / kgK (džauliai kilogramui × Kelvino).
Savitoji šiluma skiriasi priklausomai nuo fizikinių medžiagos savybių. Tai yra vertė, kurios paprastai ieškote lentelėje. KarštisKlausimaspridedama prie masės medžiagosmsu specifine šilumos talpaclemia temperatūros pokyčiusΔTlemia šie santykiai:
Q = mc \ Delta T.
Specifinė vandens šiluma
Savitasis granito šiluminis pajėgumas yra 790 J / kgK, švino - 128 J / kgK, stiklo - 840 J / kgK, vario - 386 J / kgK, o vandens - 4186 J / kgK. Atkreipkite dėmesį, kiek didesnis vandens specifinis šiluminis pajėgumas, palyginti su kitomis sąraše esančiomis medžiagomis. Pasirodo, kad vanduo pasižymi vienu didžiausiu bet kurios medžiagos savituoju šiluminiu pajėgumu.
Medžiagose, kurių savitoji šiluminė galia yra didesnė, temperatūra gali būti daug stabilesnė. Tai yra, jų temperatūra nesvyruos tiek, kiek pridėsite ar pašalinsite šilumos energiją. (Prisiminkime stiklinės analogiją šio straipsnio pradžioje. Jei pridedate ir atimate tą patį skysčio kiekį į plačią ir siaurą stiklinę, platus stiklinėje lygis pasikeičia daug mažiau.)
Būtent dėl to pakrančių miestai turi daug vidutinio klimato klimatą nei vidaus miestai. Buvimas arti tokio didelio vandens telkinio stabilizuoja jų temperatūrą.
Didelė vandens savitoji šiluminė talpa taip pat yra priežastis, kodėl, ištraukus picą iš orkaitės, padažas vis tiek sudegins net atvėsus plutai. Padažas, kuriame yra vandens, turi atiduoti daug daugiau šilumos energijos, kol jo temperatūra gali nukristi, palyginti su pluta.
Specifinės šilumos talpos pavyzdys
Tarkime, kad į 1 kg smėlio pridedama 10 000 J šilumos energijos (cs = 840 J / kgK) iš pradžių esant 20 laipsnių Celsijaus, tuo pačiu šilumos kiekiui pridedant 0,5 kg smėlio ir 0,5 kg vandens mišinio, taip pat iš pradžių esant 20 ° C. Kaip galutinė smėlio temperatūra lyginama su galutine smėlio / vandens mišinio temperatūra?
Sprendimas:Pirmiausia išspręskite šilumos formulęΔTgauti:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Dėl smėlio gaunamas toks temperatūros pokytis:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ kartus 840} = 11,9 \ tekstas {laipsniai}
Tai suteikia galutinę 31,9 C temperatūrą.
Smėlio ir vandens mišiniui tai šiek tiek sudėtingiau. Negalite vienodai padalinti šilumos energijos vienodai tarp vandens ir smėlio. Jie sumaišomi kartu, todėl turi pasikeisti temperatūra.
Nors jūs žinote bendrą šilumos energiją, jūs nežinote, kiek iš pradžių kiekvienas gauna. LeistiKlausimassbūti energijos kiekis iš šilumos, kurį gauna smėlis irKlausimaswbūti vandens gaunamo energijos kiekiu. Dabar naudokitės tuoQ = Klausimass + Qwgauti:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Dabar tai spręsti yra nesudėtingaΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Tada prijungus skaičius gaunama:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ kartus 840 + 0,5 \ kartus 4,186} = 4 \ tekstas {laipsniai}
Mišinys pakyla tik 4 C, o galutinė temperatūra yra 24 C, žymiai žemesnė nei gryno smėlio!
