Recimo, da ste v dve različni čaši nalili določeno količino vode. Ena čaša je visoka in ozka, druga pa visoka in široka. Če je količina vode, ki jo vlijemo v vsako čašo, enaka, bi pričakovali, da bo nivo vode v ozki čaši višji.
Širina teh žlic je analogna konceptu specifične toplotne zmogljivosti. V tej analogiji lahko vodo, ki se vlije v vedra, razumemo kot toplotno energijo, ki se doda dvema različnima materialoma. Dvig nivoja na vedrih je analogen posledičnemu dvigu temperature.
Kaj je specifična toplotna zmogljivost?
Specifična toplotna zmogljivost materiala je količina toplotne energije, ki je potrebna za dvig enote mase tega materiala za 1 Kelvin (ali stopinjo Celzija). Enote SI specifične toplotne zmogljivosti so J / kgK (džuli na kilogram × Kelvin).
Specifična toplota se spreminja glede na fizikalne lastnosti materiala. Kot taka je vrednost, ki jo običajno poiščete v tabeli. ToplotaVdodan materialu masems specifično toplotno zmogljivostjocpovzroči temperaturno sprememboΔTdoločeno z naslednjim razmerjem:
Q = mc \ Delta T
Specifična vročina vode
Specifična toplotna zmogljivost granita je 790 J / kgK, svinca 128 J / kgK, stekla 840 J / kgK, bakra 386 J / kgK in vode 4.186 J / kgK. Upoštevajte, koliko večja specifična toplotna zmogljivost vode je v primerjavi z drugimi snovmi s seznama. Izkazalo se je, da ima voda eno največjih specifičnih toplotnih zmogljivosti katere koli snovi.
Snovi z večjimi specifičnimi toplotnimi zmogljivostmi imajo lahko veliko stabilnejše temperature. To pomeni, da njihove temperature ne bodo toliko nihale, ko dodate ali odstranite toplotno energijo. (Pomislite na analogijo s čašo na začetku tega članka. Če v široko in ozko čašo dodate in odštejete enako količino tekočine, se raven v široki čaši spremeni veliko manj.)
Zaradi tega imajo obalna mesta veliko bolj zmerno podnebje kot celinska mesta. Blizu tako velikega vodnega telesa stabilizirajo njihove temperature.
Velika specifična toplotna zmogljivost vode je tudi razlog, da vas, ko vzamete pico iz pečice, omaka še vedno opeče tudi po tem, ko se skorja ohladi. Omaka, ki vsebuje vodo, mora oddati veliko več toplotne energije, preden lahko pade v primerjavi s skorjo.
Primer specifične toplotne zmogljivosti
Recimo, da se 1 kg peska doda 10.000 J toplotne energije (cs = 840 J / kgK) sprva pri 20 stopinjah Celzija, medtem ko se enaka količina toplotne energije doda mešanici 0,5 kg peska in 0,5 kg vode, prav tako sprva pri 20 C. Kako se končna temperatura peska primerja s končno temperaturo mešanice peska in vode?
Rešitev:Najprej rešite toplotno formulo zaΔTpridobiti:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
Za pesek potem dobite naslednjo spremembo temperature:
\ Delta T = \ frac {10 000} {1 \ krat 840} = 11,9 \ besedilo {stopinj}
Kar daje končno temperaturo 31,9 C.
Za mešanico peska in vode je nekoliko bolj zapleteno. Toplotne energije ne morete enakomerno razdeliti med vodo in pesek. Mešajo se med seboj, zato morajo spremeniti enako temperaturno spremembo.
Čeprav poznate skupno toplotno energijo, na začetku ne veste, koliko dobi vsak. PustitiVskoličina energije iz toplote, ki jo dobi pesek inVwkoličina energije, ki jo dobi voda. Zdaj pa uporabite dejstvo, daQ = Vs + Qwda dobite naslednje:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Zdaj je enostavno rešitiΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Priključitev številk nato da:
\ Delta T = \ frac {10.000} {0,5 \ krat 840 + 0,5 \ krat 4.186} = 4 \ besedilo {stopinje}
Mešanica naraste le za 4 C, pri končni temperaturi 24 C, bistveno nižji od čistega peska!
