Diyelim ki iki farklı behere sabit miktarda su döktünüz. Bir beher uzun ve dar, diğer beher ise uzun ve geniştir. Her bir behere dökülen su miktarı aynı ise, dar beherdeki su seviyesinin daha yüksek olmasını beklersiniz.
Bu kovaların genişliği, özgül ısı kapasitesi kavramına benzer. Bu benzetmede kovalara dökülen su, iki farklı malzemeye eklenen ısı enerjisi olarak düşünülebilir. Kovalardaki seviyedeki artış, sonuçta ortaya çıkan sıcaklıktaki artışa benzer.
Özgül Isı Kapasitesi Nedir?
Bir malzemenin özgül ısı kapasitesi, o malzemenin birim kütlesini 1 Kelvin (veya Santigrat derece) yükseltmek için gereken ısı enerjisi miktarıdır. Özgül ısı kapasitesinin SI birimleri J/kgK'dır (kilogram başına joule × Kelvin).
Öz ısı, bir malzemenin fiziksel özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu nedenle, genellikle bir tabloda aradığınız bir değerdir. SıcaklıkSbir kütle malzemesine eklendimözgül ısı kapasitesi ilecsıcaklık değişimine neden olurΔTaşağıdaki ilişki ile belirlenir:
Q=mc\Delta T
Suyun Özgül Isısı
Granitin özgül ısı kapasitesi 790 J/kgK, kurşunun 128 J/kgK, camın 840 J/kgK, bakırın 386 J/kgK ve suyun 4.186 J/kgK'dır. Listedeki diğer maddelerle karşılaştırıldığında suyun özgül ısı kapasitesinin ne kadar büyük olduğuna dikkat edin. Suyun, herhangi bir maddenin en yüksek özgül ısı kapasitelerinden birine sahip olduğu ortaya çıktı.
Daha büyük özgül ısı kapasitesine sahip maddeler çok daha kararlı sıcaklıklara sahip olabilir. Yani, ısı enerjisi eklediğinizde veya çıkardığınızda sıcaklıkları çok fazla dalgalanmayacaktır. (Bu makalenin başındaki beher benzetmesini tekrar düşünün. Geniş ve dar behere aynı miktarda sıvı ekleyip çıkarırsanız, geniş beherde seviye çok daha az değişir.)
Bu nedenle kıyı kentleri, iç kentlere göre çok daha ılıman bir iklime sahiptir. Böyle büyük bir su kütlesine yakın olmak, sıcaklıklarını dengeler.
Suyun yüksek özgül ısı kapasitesi, pizzayı fırından çıkardığınızda, kabuk soğuduktan sonra bile sosun sizi yakmaya devam etmesinin nedenidir. Su içeren sos, kabuğa kıyasla sıcaklıkta düşmeden önce çok daha fazla ısı enerjisi yaymalıdır.
Özgül Isı Kapasitesi Örneği
1 kg kuma 10.000 J ısı enerjisi eklendiğini varsayalım (cs = 840 J/kgK) başlangıçta 20 santigrat derecede, aynı miktarda ısı enerjisi 0,5 kg kum ve 0,5 kg su karışımına yine başlangıçta 20 C'de eklenir. Kumun son sıcaklığı ile kum/su karışımının son sıcaklığı nasıl karşılaştırılır?
Çözüm:İlk olarak, ısı formülünü çözün.ΔTelde etmek üzere:
\Delta T=\frac{Q}{mc}
Kum için, o zaman, sıcaklıkta aşağıdaki değişimi elde edersiniz:
\Delta T=\frac{10.000}{1\times 840}=11.9 \text{ derece}
Bu da 31.9 C'lik bir son sıcaklık verir.
Kum ve su karışımı için biraz daha karmaşıktır. Isı enerjisini su ve kum arasında eşit olarak bölemezsiniz. Birbirlerine karıştırılırlar, bu nedenle aynı sıcaklık değişiminden geçmeleri gerekir.
Toplam ısı enerjisini bilseniz de, ilk başta her birinin ne kadar aldığını bilemezsiniz. İzin VermekSskumun ısıdan aldığı enerji miktarı olsun veSwsuyun aldığı enerji miktarı olsun. Şimdi şu gerçeği kullanınS = Ss + Swaşağıdakileri almak için:
Q=Q_s+Q_w=m_sc_s\Delta T+m_wc_w\Delta T=(m_sc_s+m_wc_w)\Delta T
Şimdi çözmek için basitΔT:
\Delta T = \frac{Q}{m_sc_s+m_wc_w}
Rakamları takmak daha sonra şunları verir:
\Delta T = \frac{10.000}{0.5\times 840+0.5\times 4.186} = 4 \text{ derece}
Karışım, saf kumdan önemli ölçüde daha düşük olan 24 C'lik bir son sıcaklık için sadece 4 C yükselir!