Припустимо, ви налили фіксовану кількість води у два різні мензурки. Один мензурка високий і вузький, а другий менший високий і широкий. Якщо кількість води, що виливається в кожен мензурку, однакова, то можна очікувати, що рівень води буде вищим у вузькій мензурці.
Ширина цих ковшів аналогічна концепції питомої теплоємності. За цією аналогією воду, що виливається у відра, можна розглядати як теплову енергію, що додається до двох різних матеріалів. Підвищення рівня на ковшах є аналогічним підвищенню температури, що виникає в результаті.
Що таке питома теплоємність?
Питома теплоємність матеріалу - це кількість теплової енергії, необхідна для підвищення одиниці маси цього матеріалу на 1 Кельвін (або градус Цельсія). Одиницями питомої теплоємності СІ є Дж / кгК (джоулі на кілограм × Кельвін).
Питома теплоємність змінюється в залежності від фізичних властивостей матеріалу. Таким чином, це значення, яке ви зазвичай шукаєте в таблиці. ТеплоПитаннядодається до матеріалу масимз питомою теплоємністюcпризводить до зміни температуриΔTвизначається наступним співвідношенням:
Q = mc \ Delta T
Питома теплота води
Питома теплоємність граніту становить 790 Дж / кгК, свинцю - 128 Дж / кгК, скла - 840 Дж / кгК, міді - 386 Дж / кгК, води - 4186 Дж / кгК. Зверніть увагу, наскільки більша питома теплоємність води порівняно з іншими речовинами у списку. Виявляється, вода має одну з найвищих питомих теплоємностей будь-якої речовини.
Речовини з більшою питомою теплоємністю можуть мати набагато стабільніші температури. Тобто їхні температури не будуть коливатися настільки сильно, коли ви додаєте або вилучаєте теплову енергію. (Згадайте аналогію мензурки на початку цієї статті. Якщо додати та відняти однакову кількість рідини до широкого та вузького склянки, рівень значно менший у широкому мензурці.)
Саме через це приморські міста мають набагато більш помірний клімат, ніж внутрішні міста. Знаходження поблизу такої великої водойми стабілізує їх температуру.
Велика питома теплоємність води - це ще й те, чому, виймаючи піцу з духовки, соус все одно обпече вас навіть після того, як скоринка охолоне. Водосодержащий соус повинен виділяти набагато більше теплової енергії, перш ніж він може знизити температуру в порівнянні з корою.
Приклад питомої теплової потужності
Припустимо, до 1 кг піску додається 10 000 Дж теплової енергії (cs = 840 Дж / кгК) спочатку при 20 градусах Цельсія, тоді як така ж кількість теплової енергії додається до суміші 0,5 кг піску та 0,5 кг води, також спочатку при 20 C. Як кінцева температура піску порівнюється з кінцевою температурою суміші пісок / вода?
Рішення:Спочатку вирішимо формулу теплоти дляΔTотримати:
\ Delta T = \ frac {Q} {мк}
Тоді для піску ви отримуєте таку зміну температури:
\ Delta T = \ frac {10000} {1 \ раз 840} = 11,9 \ text {градуси}
Що дає кінцеву температуру 31,9 С.
Що стосується суміші піску і води, це трохи складніше. Не можна просто розподілити теплову енергію порівну між водою та піском. Вони змішуються між собою, тому вони повинні зазнавати однакову зміну температури.
Хоча ви знаєте загальну теплову енергію, ви не знаєте, скільки кожен отримує спочатку. ДозволяєПитанняsбути кількістю енергії від тепла, яку отримує пісок іПитанняw- кількість енергії, яку отримує вода. Тепер скористайтеся тим фактом, щоQ = Питанняs + Qwотримати наступне:
Q = Q_s + Q_w = m_sc_s \ Delta T + m_wc_w \ Delta T = (m_sc_s + m_wc_w) \ Delta T
Зараз це просто вирішитиΔT:
\ Delta T = \ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}
Потім підключення цифр дає:
\ Delta T = \ frac {10000} {0,5 \ помножено на 840 + 0,5 \ помножено на 4186} = 4 \ text {градуси}
Суміш піднімається лише на 4 С, при кінцевій температурі 24 С, значно нижчій, ніж чистий пісок!