Antag att du hällde en fast mängd vatten i två olika bägare. En bägare är lång och smal och den andra bägaren är lång och bred. Om mängden vatten som hälls i varje bägare är densamma, förväntar du dig att vattennivån blir högre i den smala bägaren.
Bredden på dessa skopor är analog med begreppet specifik värmekapacitet. I denna analogi kan vattnet som hälls i skoporna ses som värmeenergin som läggs till två olika material. Ökningen i nivå på skoporna är analog med den resulterande temperaturökningen.
Vad är specifik värmekapacitet?
Den specifika värmekapaciteten för ett material är den mängd värmeenergi som krävs för att höja en enhetsmassa av detta material med 1 Kelvin (eller grad Celsius). SI-enheterna med specifik värmekapacitet är J / kgK (joule per kilogram × Kelvin).
Den specifika värmen varierar beroende på materialets fysiska egenskaper. Som sådant är det ett värde du vanligtvis letar upp i en tabell. VärmenFtillsatt till ett massmaterialmmed specifik värmekapacitetcresulterar i en temperaturförändringATbestäms av följande förhållande:
Q = mc \ Delta T
Den specifika vattenvärmen
Den specifika värmekapaciteten för granit är 790 J / kgK, bly är 128 J / kgK, glas är 840 J / kgK, koppar är 386 J / kgK och vatten är 4186 J / kgK. Observera hur mycket större vattens specifika värmekapacitet jämförs med de andra ämnena i listan. Det visar sig att vatten har en av de högsta specifika värmekapaciteterna för något ämne.
Ämnen med större specifik värmekapacitet kan ha mycket mer stabila temperaturer. Det vill säga att deras temperaturer inte fluktuerar lika mycket när du lägger till eller tar bort värmeenergi. (Tänk tillbaka på bägare-analogin i början av denna artikel. Om du lägger till och subtraherar samma mängd vätska i den breda och den smala bägaren, ändras nivån mycket mindre i den breda bägaren.)
Det är på grund av detta som kuststäder har mycket mer tempererade klimat än inlandsstäder. Att vara nära en så stor vattenmassa stabiliserar deras temperaturer.
Vattens stora specifika värmekapacitet är också anledningen till att såsen fortfarande bränner dig när du tar en pizza ur ugnen även efter att skorpan har svalnat. Den vatteninnehållande såsen måste avge mycket mer värmeenergi innan den kan sjunka i temperatur jämfört med skorpan.
Exempel på specifik värmekapacitet
Anta att 10 000 J värmeenergi läggs till 1 kg sand (cs = 840 J / kgK) initialt vid 20 grader Celsius, medan samma mängd värmeenergi tillsätts till en blandning av 0,5 kg sand och 0,5 kg vatten, även initialt vid 20 ° C. Hur jämför den slutliga temperaturen på sanden med den slutliga temperaturen i sand / vattenblandningen?
Lösning:Lös först värmeformeln förATför att uppnå:
\ Delta T = \ frac {Q} {mc}
För sanden får du följande temperaturförändring:
\ Delta T = \ frac {10.000} {1 \ gånger 840} = 11.9 \ text {grader}
Vilket ger en slutlig temperatur på 31,9 C.
För blandningen av sand och vatten är det lite mer komplicerat. Du kan inte bara dela värmeenergin lika mellan vatten och sand. De blandas ihop, så de måste genomgå samma temperaturförändring.
Medan du känner till den totala värmeenergin vet du inte hur mycket var och en får först. LåtaFsvara mängden energi från värme som sanden får ochFwvara den mängd energi vattnet får. Använd nu det faktum attQ = Fs + Qwför att få följande:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Nu är det enkelt att lösaAT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Att koppla in siffror ger sedan:
\ Delta T = \ frac {10 000} {0,5 \ gånger 840 + 0,5 \ gånger 4,186} = 4 \ text {grader}
Blandningen stiger bara med 4 ° C, för en slutlig temperatur på 24 ° C, betydligt lägre än den rena sanden!