Pieņemsim, ka jūs ielejiet noteiktu daudzumu ūdens divās dažādās vārglāzēs. Viena vārglāze ir augsta un šaura, bet otra vārglāze ir gara un plata. Ja katrā vārglāzē ielejamais ūdens daudzums ir vienāds, jūs varētu sagaidīt, ka šaurajā vārglāzē ūdens līmenis būs augstāks.
Šo kausu platums ir analogs īpašās siltuma jaudas jēdzienam. Šajā analoģijā ūdeni, kas ielej spaiņos, var uzskatīt par siltuma enerģiju, kas tiek pievienota diviem dažādiem materiāliem. Līmeņa paaugstināšanās spainēs ir analoga ar iegūto temperatūras paaugstināšanos.
Kas ir īpatnējā siltuma jauda?
Materiāla īpatnējā siltuma jauda ir siltumenerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai šī materiāla masas vienību palielinātu par 1 Kelvinu (vai grādu pēc Celsija). Īpatnējās siltuma jaudas SI vienības ir J / kgK (džouli uz kilogramu × Kelvins).
Īpatnējais siltums mainās atkarībā no materiāla fizikālajām īpašībām. Tā ir vērtība, kuru parasti meklējat tabulā. KarstumsJpievieno masas materiālammar īpašu siltuma jauducrezultātā mainās temperatūraΔTnosaka šādas attiecības:
Q = mc \ Delta T
Ūdens īpatnējais siltums
Granīta īpatnējā siltuma jauda ir 790 J / kgK, svina 128 J / kgK, stikla 840 J / kgK, vara 386 J / kgK un ūdens 4186 J / kgK. Ievērojiet, cik liela ir ūdens īpatnējā siltuma jauda, salīdzinot ar citām sarakstā esošajām vielām. Izrādās, ka ūdenim ir viena no lielākajām jebkuras vielas īpašajām siltuma jaudām.
Vielām ar lielāku īpatnējo siltuma jaudu var būt daudz stabilāka temperatūra. Tas ir, to temperatūra nemainīsies tik daudz, kad pievienosiet vai noņemsit siltumenerģiju. (Padomājiet par vārglāzes analoģiju šī raksta sākumā. Pievienojot un atņemot tādu pašu šķidruma daudzumu plašajā un šaurajā vārglāzē, platajā vārglāzē līmenis mainās daudz mazāk.)
Tāpēc piekrastes pilsētās ir daudz mērenāks klimats nekā iekšzemes pilsētās. Atrodoties netālu no tik liela ūdens tilpuma, to temperatūra stabilizējas.
Ūdens lielā īpatnējā siltuma jauda ir arī iemesls, kāpēc, izvedot picu no krāsns, mērce jūs joprojām sadedzinās arī pēc garozas atdzišanas. Ūdens saturošai mērcei ir jāizdala daudz vairāk siltumenerģijas, pirms tā var pazemināties temperatūrā, salīdzinot ar garozu.
Specifiskās siltuma jaudas piemērs
Pieņemsim, ka 1 kg smilšu pievieno 10 000 J siltumenerģijas (cs = 840 J / kgK) sākotnēji pie 20 grādiem pēc Celsija, savukārt tādu pašu siltumenerģijas daudzumu pievieno 0,5 kg smilšu un 0,5 kg ūdens maisījumam, arī sākotnēji 20 C temperatūrā. Kā smilšu galīgā temperatūra tiek salīdzināta ar smilšu / ūdens maisījuma galīgo temperatūru?
Risinājums:Vispirms atrisiniet siltuma formuluΔTiegūt:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Par smiltīm jūs iegūstat šādas temperatūras izmaiņas:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ reizes 840} = 11,9 \ teksts {grādi}
Kas dod galīgo temperatūru 31,9 C.
Smilšu un ūdens maisījumam tas ir nedaudz sarežģītāk. Jūs nevarat vienkārši sadalīt siltuma enerģiju vienādi starp ūdeni un smiltīm. Tie ir sajaukti kopā, tāpēc tiem jāveic tādas pašas temperatūras izmaiņas.
Lai gan jūs zināt kopējo siltumenerģiju, jūs nezināt, cik daudz katrs iegūst sākumā. ĻaujietJsir enerģijas daudzums no siltuma, ko iegūst smiltis, unJwir enerģijas daudzums, ko iegūst ūdens. Tagad izmantojiet toQ = Js + Qwlai iegūtu sekojošo:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Tagad to ir vienkārši atrisinātΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Pēc tam, pievienojot skaitļus, iegūst:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ reizes 840 + 0,5 \ reizes 4186} = 4 \ teksts {grādi}
Maisījums paaugstinās tikai par 4 C, galīgajai temperatūrai 24 C, kas ir ievērojami zemāka par tīrajām smiltīm!