Specifik varme, hvad den består af, hvordan den beregnes og eksempler

981
Jonah Lester

Det specifik varme Det er den mængde energi, et gram af et bestemt stof skal absorbere for at øge temperaturen med en grad Celsius. Det er en intens fysisk egenskab, da den ikke afhænger af masse, da den kun udtrykkes for et gram stof; Det er dog relateret til antallet af partikler og deres molære masse såvel som de intermolekylære kræfter, der binder dem..

Mængden af ​​energi, der optages af stoffet, udtrykkes i enheder af joule (J) og mindre almindeligt i kalorier (Cal). Generelt antages det, at energi absorberes gennem varme; dog kan energien komme fra en anden kilde, såsom arbejde udført på stoffet (streng omrøring, for eksempel).

Kogende vand. Kilde: Pixabay

Billedet ovenfor viser en kedel, hvorfra vanddampene, der genereres af dens opvarmning, frigøres. For at opvarme vandet skal det absorbere varme fra flammen under kedlen. Efterhånden som tiden går, og afhængigt af ildens intensitet, koges vandet, når det når sit kogepunkt..

Specifik varme bestemmer, hvor meget energi vand forbruger for hver grad ºC, som temperaturen stiger. Denne værdi er konstant, hvis forskellige volumener vand opvarmes i den samme kedel, da det som anført i starten er en intensiv ejendom..

Hvad der varierer er den samlede mængde energi, der absorberes af hver masse opvarmet vand, også kendt som varmekapacitet. Jo større vandmassen der skal opvarmes (2, 4, 10, 20 liter), jo større er dens varmekapacitet; men dens specifikke varme forbliver den samme.

Denne egenskab afhænger af tryk, temperatur og volumen; af hensyn til den enkle forståelse udelades deres tilsvarende variationer imidlertid..

Artikelindeks

  • 1 Hvad er specifik varme?
  • 2 Hvordan beregner du den specifikke varme?
    • 2.1 Vand som reference
    • 2.2 Termisk ligevægt
    • 2.3 Matematisk udvikling
    • 2.4 Beregningseksempel
  • 3 eksempler
    • 3.1 Vand
    • 3.2 Is
    • 3.3 Aluminium
    • 3.4 Jern
    • 3.5 Luft
    • 3.6 Sølv
  • 4 Referencer

Hvad er den specifikke varme?

Hvilken specifik varme betød for et givet stof blev defineret. Imidlertid udtrykkes dens sande betydning bedre med sin formel, som gør det klart gennem sine enheder, hvilke er de frigørelser, det involverer, når de variabler, som det afhænger af, analyseres. Dens formel er:

Ce = Q / AT m

Hvor Q er den absorberede varme, AT ændres temperaturen, og m er stoffets masse; som ifølge definitionen svarer til et gram. Vi foretager en analyse af dens enheder:

Ce = J / ºC · g

Hvilket også kan udtrykkes på følgende måder:

Ce = kJ / K g

Ce = J / ºC · Kg

Den første af dem er den enkleste, og med hvilken eksemplerne vil blive kontaktet i de følgende afsnit.

Formlen angiver eksplicit mængden af ​​absorberet energi (J) af et gram stof i en grad ºC. Hvis vi ville rydde denne mængde energi, skulle vi lade ligningen J være til side:

J = Ce · ºC · g

Det udtrykt på en mere passende måde og ifølge variablerne ville være:

Q = Ce ΔT m

Hvordan beregner du den specifikke varme?

Vand som reference

I ovenstående formel repræsenterer 'm' ikke et gram stof, da det allerede findes implicit i Ce. Denne formel er meget nyttig til at beregne de specifikke opvarmninger af forskellige stoffer gennem kalorimetri.

Hvordan? Brug af definitionen af ​​kalorier, som er den mængde energi, der er nødvendig for at opvarme et gram vand fra 14,5 til 15,5 ° C; dette er lig med 4.184 J.

Den specifikke vandvarme er unormalt høj, og denne egenskab bruges til at måle de specifikke opvarmninger af andre stoffer ved at kende værdien på 4,184 J.

Hvad betyder det, at en bestemt varme er høj? Hvilket giver betydelig modstand mod at øge temperaturen, så det skal absorbere mere energi; det vil sige, at vand skal opvarmes meget længere end andre stoffer, som i nærheden af ​​en varmekilde opvarmes næsten øjeblikkeligt.

Af denne grund bruges vand til kalorimetriske målinger, da det ikke oplever pludselige temperaturændringer, når det absorberer energi frigivet fra kemiske reaktioner; eller i dette tilfælde fra kontakt med et andet varmere materiale.

Termisk ligevægt

Da vand skal absorbere meget varme for at øge temperaturen, kan varmen f.eks. Komme fra et varmt metal. Under hensyntagen til masserne af vand og metal vil der forekomme en varmeveksling mellem dem, indtil det, der kaldes termisk ligevægt, er nået..

Når dette sker, udlignes temperaturerne på vandet og metallet. Varmen fra varmt metal er lig med den, der absorberes af vand.

Matematisk udvikling

At vide dette, og med den sidste formel for Q lige beskrevet, har vi:

SpørgsmålVand= -QMetal

Det negative tegn indikerer, at der frigøres varme fra det varmere legeme (metal) til det køligere legeme (vand). Hvert stof har sin egen specifikke varme Ce og dens masse, så dette udtryk skal udvikles som følger:

SpørgsmålVand = CeVand ATVand MVand = - (CeMetal ATMetal MMetal)

Det ukendte er CeMetal, da i termisk ligevægt er den endelige temperatur for både vand og metal den samme; derudover er de indledende temperaturer for vandet og metallet kendt inden kontakt, såvel som deres masser. Derfor skal vi rydde CeMetal:

EFMetal = (CeVand ATVand MVand) / (-ΔTMetal MMetal)

Uden at glemme den CeVand er 4,184 J / ° C · g. Hvis ΔT udvikler sigVand og ATMetal, vil blive haft (TF - TVand) og TF - TMetal), henholdsvis. Vandet opvarmes, mens metallet køler af, hvorfor negativt tegn multiplicerer ΔTMetal resterende (TMetal - TF). Ellers ΔTMetal ville have en negativ værdi, fordi det er TF lavere (koldere) end TMetal.

Ligningen udtrykkes derefter endelig på denne måde:

EFMetal = CeVand · (TF - TVand) MVand/ (TMetal - TF) MMetal

Og med det beregnes de specifikke heats.

Beregningseksempel

Der er en kugle af et mærkeligt metal, der vejer 130 g og har en temperatur på 90 ºC. Dette nedsænkes i en beholder med 100 g ved 25 ºC inde i et kalorimeter. Når den termiske ligevægt er nået, bliver beholderens temperatur 40 ° C. Beregn metalets Ce.

Den endelige temperatur, TF, det er 40 ° C. Når vi kender de andre data, kan vi derefter bestemme Ce direkte:

EFMetal = (4.184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100 g) / (90 - 40) ºC · 130 g

EFMetal = 0,965 J / ºC · g

Bemærk, at den specifikke varme af vand er ca. fire gange den for metal (4.184 / 0.965).

Når Ce er meget lille, jo større er dens tendens til at varme op; som er relateret til dets varmeledningsevne og diffusion. Et metal med højere Ce har tendens til at frigøre eller miste mere varme, når det kommer i kontakt med et andet materiale sammenlignet med et andet metal med et lavere Ce.

Eksempler

Specifikke varmer for forskellige stoffer er vist nedenfor.

Vand

Den specifikke varme af vand er som nævnt 4.184 J / ºC · g.

Takket være denne værdi kan det få meget sol i havet, og vandet vil næsten ikke fordampe i mærkbar grad. Dette resulterer i en termisk forskel, der ikke påvirker marine liv. For eksempel når du går på stranden for at svømme, selvom det er solrig udenfor, føler du en lavere, køligere temperatur i vandet..

Varmt vand skal også frigøre en masse energi for at afkøle sig selv. I processen opvarmes den cirkulerende luftmasse, hvilket let øger (tempererede) temperaturer i kystområderne om vinteren..

Et andet interessant eksempel er, at hvis vi ikke bestod af vand, kunne en dag i solen være dødelig, fordi vores kropstemperaturer ville stige hurtigt..

Denne unikke værdi af Ce skyldes intermolekylære hydrogenbindinger. Disse absorberer varme for at nedbrydes, så de lagrer energi. Indtil de er brudt, vil vandmolekylerne ikke være i stand til at vibrere, hvilket øger den gennemsnitlige kinetiske energi, hvilket afspejles i en stigning i temperaturen..

Is

Den specifikke isvarme er 2.090 J / ºC · g. Som for vand har det en usædvanlig høj værdi. Dette betyder, at et isbjerg f.eks. Skal absorbere en enorm mængde varme for at øge temperaturen. Imidlertid har nogle isbjerge i dag endda absorberet den varme, der er nødvendig for at smelte (latent fusionsvarme)..

Aluminium

Den specifikke varme af aluminium er 0,900 J / ºC · g. Det er lidt lavere end metalets i kuglen (0,965 J / ºC · g). Her absorberes varmen for at vibrere metallets atomer i aluminium i deres krystallinske strukturer og ikke individuelle molekyler, der holdes sammen af ​​intermolekylære kræfter..

Jern

Jernets specifikke varme er 0,444 J / ºC · g. Da det er mindre end aluminium, betyder det, at det giver mindre modstand, når det opvarmes. det vil sige før et ild bliver et stykke jern rødglødende meget tidligere end et stykke aluminium.

Aluminium er mere modstandsdygtig over for opvarmning og holder maden varm længere, når den berømte aluminiumsfolie bruges til at pakke snacks.

Luft

Den specifikke luftvarme er ca. 1,003 J / ºC · g. Denne værdi er meget udsat for tryk og temperaturer, fordi den består af en gasformig blanding. Her absorberes varmen for at vibrere molekylerne nitrogen, ilt, kuldioxid, argon osv..

Sølv

Endelig er den specifikke varme for sølv 0,234 J / ºC · g. Af alle de nævnte stoffer har den den laveste Ce-værdi, hvilket betyder, at når man står over for jern og aluminium, vil et stykke sølv opvarmes meget mere på samme tid end de to andre metaller. Faktisk harmonerer det med sin høje varmeledningsevne.

Referencer

  1. Serway & Jewett. (2008). Fysik: til videnskab og teknik. (Syvende udgave), bind 1, Cengage Learning.
  2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kemi. (Ottende udgave). Cengage læring.
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. november 2018). Specifik varmekapacitet i kemi. Gendannet fra: thoughtco.com
  4. Eric W. Weisstein. (2007). Specifik varme. Gendannet fra: scienceworld.wolfram.com
  5. R Skib. (2016). Specifik varme. Georgia State University. Gendannet fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  6. Wikipedia. (2019). Specifik varme. Gendannet fra: es.wikipedia.org

Endnu ingen kommentarer