Spesifikk varmekapasitet: Definisjon, enheter, formler og eksempler

Anta at du helte en fast mengde vann i to forskjellige begerglass. Det ene begeret er høyt og smalt, og det andre begeret er høyt og bredt. Hvis vannmengden i hvert beger er den samme, forventer du at vannstanden blir høyere i det smale begeret.

Bredden på disse skuffene er analog med begrepet spesifikk varmekapasitet. I denne analogien kan vannet som helles i bøttene betraktes som varmeenergien som tilsettes to forskjellige materialer. Økningen i nivå på skuffene er analog med den resulterende temperaturøkningen.

Den spesifikke varmekapasiteten til et materiale er mengden varmeenergi som kreves for å øke en enhetsmasse av dette materialet med 1 Kelvin (eller grad Celsius). SI-enhetene med spesifikk varmekapasitet er J / kgK (joule per kilogram × Kelvin).

Den spesifikke varmen varierer avhengig av fysiske egenskaper til et materiale. Som sådan er det en verdi du vanligvis ser opp i en tabell. VarmenSpørsmållagt til et massematerialemmed spesifikk varmekapasitetcresulterer i en temperaturendringATbestemt av følgende forhold:

Den spesifikke varmekapasiteten til granitt er 790 J / kgK, av bly er 128 J / kgK, av glass er 840 J / kgK, av kobber er 386 J / kgK og av vann er 4186 J / kgK. Legg merke til hvor mye større vanns spesifikke varmekapasitet er sammenlignet med de andre stoffene i listen. Det viser seg at vann har en av de høyeste spesifikke varmekapasitetene til et hvilket som helst stoff.

Stoffer med større spesifikk varmekapasitet kan ha mye mer stabile temperaturer. Det vil si at temperaturene deres ikke vil svinge så mye når du tilfører eller fjerner varmeenergi. (Tenk tilbake på begeranalogien i begynnelsen av denne artikkelen. Hvis du tilfører og trekker samme mengde væske til det brede og smale begeret, endres nivået mye mindre i det brede begeret.)

Det er på grunn av dette at kystbyene har mye mer tempererte klima enn innlandet. Å være nær et så stort vannmengde stabiliserer temperaturene.

Vannets store spesifikke varmekapasitet er også grunnen til at når du tar en pizza ut av ovnen, vil sausen fortsatt brenne deg selv etter at skorpen er avkjølt. Den vannholdige sausen må avgi mye mer varmeenergi før den kan falle i temperatur sammenlignet med skorpen.

Anta at 10.000 J varmeenergi tilsettes 1 kg sand (c​_s = 840 J / kgK) ved 20 grader Celsius, mens samme mengde varmeenergi tilsettes en blanding av 0,5 kg sand og 0,5 kg vann, også ved 20 ° C. Hvordan sammenlignes den endelige temperaturen på sanden med den endelige temperaturen i sand / vannblandingen?

​Løsning:Først må du løse varmeformelen forATfor å oppnå:

For sanden får du følgende temperaturendring:

Noe som gir en sluttemperatur på 31,9 C.

For blandingen av sand og vann er det litt mer komplisert. Du kan ikke bare dele varmeenergien likt mellom vannet og sanden. De blandes sammen, så de må gjennomgå den samme temperaturendringen.

Mens du vet den totale varmeenergien, vet du ikke hvor mye hver får først. LaSpørsmål_svære mengden energi fra varmen som sanden får ogSpørsmål_wvære mengden energi vannet får. Bruk nå detQ =​ ​Spørsmål_s + Q_wfor å få følgende:

Nå er det greit å løse forΔT:​

Å plugge inn tall gir deretter:

Blandingen stiger bare med 4 C, for en endelig temperatur på 24 C, betydelig lavere enn den rene sanden!