Să presupunem că ați turnat o cantitate fixă de apă în două pahare diferite. Un pahar este înalt și îngust, iar celălalt pahar este înalt și lat. Dacă cantitatea de apă turnată în fiecare pahar este aceeași, v-ați aștepta ca nivelul apei să fie mai mare în paharul îngust.
Lățimea acestor găleți este similară cu conceptul de capacitate termică specifică. În această analogie, apa care se toarnă în găleți poate fi considerată ca energia căldurii fiind adăugată la două materiale diferite. Creșterea nivelului pe cupe este similară cu creșterea rezultată a temperaturii.
Ce este capacitatea specifică de căldură?
Capacitatea termică specifică a unui material este cantitatea de energie termică necesară pentru creșterea unei unități de masă a acelui material cu 1 Kelvin (sau grad Celsius). Unitățile SI cu capacitate termică specifică sunt J / kgK (jouli pe kilogram × Kelvin).
Căldura specifică variază în funcție de proprietățile fizice ale unui material. Ca atare, este o valoare pe care o căutați de obicei într-un tabel. Căldura
Q = mc \ Delta T
Căldura specifică a apei
Capacitatea specifică de căldură a granitului este de 790 J / kgK, de plumb este de 128 J / kgK, de sticlă este de 840 J / kgK, de cupru este de 386 J / kgK și de apă este de 4.186 J / kgK. Rețineți cât de mult este mai mare capacitatea de căldură specifică a apei în comparație cu celelalte substanțe din listă. Se pare că apa are una dintre cele mai mari capacități de căldură specifice oricărei substanțe.
Substanțele cu capacități termice specifice mai mari pot avea temperaturi mult mai stabile. Adică, temperaturile lor nu vor fluctua la fel de mult atunci când adăugați sau eliminați energia termică. (Gândește-te la analogia paharului de la începutul acestui articol. Dacă adăugați și scădeți aceeași cantitate de lichid la paharul larg și îngust, nivelul se va schimba mult mai puțin în paharul larg.)
Din această cauză orașele de coastă au climă mult mai temperată decât orașele din interior. Fiind aproape de un corp de apă atât de mare, le stabilizează temperaturile.
Capacitatea specifică mare de căldură a apei este, de asemenea, motivul pentru care, atunci când scoateți o pizza din cuptor, sosul vă va arde chiar și după răcirea crustei. Sosul care conține apă trebuie să degajeze mult mai multă energie termică înainte de a scădea temperatura comparativ cu crusta.
Exemplu de capacitate de căldură specifică
Să presupunem că 10.000 J de energie termică se adaugă la 1 kg de nisip (cs = 840 J / kgK) inițial la 20 grade Celsius, în timp ce aceeași cantitate de energie termică este adăugată la un amestec de 0,5 kg nisip și 0,5 kg apă, de asemenea inițial la 20 C. Cum se compară temperatura finală a nisipului cu temperatura finală a amestecului nisip / apă?
Soluţie:Mai întâi, rezolvați formula de căldură pentruΔTa obtine:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Atunci pentru nisip, veți obține următoarea modificare a temperaturii:
\ Delta T = \ frac {10.000} {1 \ ori 840} = 11.9 \ text {grade}
Ceea ce dă o temperatură finală de 31,9 C.
Pentru amestecul de nisip și apă, este puțin mai complicat. Nu puteți împărți energia termică în mod egal între apă și nisip. Sunt amestecate împreună, deci trebuie să sufere aceeași schimbare de temperatură.
Deși cunoașteți energia totală a căldurii, nu știți cât primește fiecare la început. LăsaÎsfie cantitatea de energie din căldură pe care o primește nisipul șiÎwfie cantitatea de energie pe care o primește apa. Acum folosește faptul căQ = Îs + Îwpentru a obține următoarele:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Acum este simplu de rezolvatΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Conectarea numerelor oferă apoi:
\ Delta T = \ frac {10.000} {0,5 \ ori 840 + 0,5 \ ori 4.186} = 4 \ text {grade}
Amestecul crește doar cu 4 C, pentru o temperatură finală de 24 C, semnificativ mai mică decât nisipul pur!