Spesifikk varme i hva den består av, hvordan den beregnes og eksempler

den spesifikk varme er mengden energi som et gram av et bestemt stoff må absorbere for å øke temperaturen en grad Celsius. Det er en intensiv fysisk eiendom, siden den ikke er avhengig av massen som kun skal uttrykkes for et gram av substans; Det er imidlertid relatert til antall partikler og molarmassen av partiklene, så vel som de intermolekylære kreftene som binder dem.

Mengden energi absorbert av stoffet uttrykkes i enheter av joule (J), og mindre vanlig, i kalorier (Cal). Generelt antas det at energi absorberes gjennom varme; Men energien kan komme fra en annen kilde, som for eksempel arbeid på stoffet (rigorøs agitasjon, for eksempel).

Det øvre bildet viser en tekanne hvorfra vanndampene som genereres ved oppvarming, frigjøres. For å varme vannet må det absorbere varme fra flammen som er plassert under tekanne. Således som tiden går, og avhengig av brannens intensitet, vil vannet koke når det når sitt kokepunkt.

Den spesifikke varmen fastslår hvor mye energi vannet forbruker for hver grad ° C som øker temperaturen. Denne verdien er konstant dersom forskjellige mengder vann oppvarmes i samme tekanne, siden det som nevnt i begynnelsen er det en intensiv eiendom.

Hva varierer, er den totale mengden energi som absorberes av hver oppvarmet vannkilde, også kjent som varmekapasiteten. Jo større massen av vann som skal oppvarmes (2, 4, 10, 20 liter), desto større er varmekapasiteten; men den spesifikke varmen er fortsatt den samme.

Denne egenskapen avhenger av trykk, temperatur og volum; Men med en enkel forståelse blir deres tilsvarende variasjoner utelatt.

index

• 1 Hva er den spesifikke varmen??
• 2 Hvordan beregnes den spesifikke varmen?
  • 2.1 Vann som referanse
  • 2.2 Termisk likevekt
  • 2.3 Matematisk utvikling
  • 2.4 Beregningseksempel
• 3 eksempler
  • 3.1 Vann
  • 3.2 Ice
  • 3.3 Aluminium
  • 3,4 jern
  • 3,5 luft
  • 3,6 sølv
• 4 referanser

Hva er den spesifikke varmen?

Det ble definert hva den spesifikke varmen betydde for et gitt stoff. Men den sanne betydningen uttrykkes best med formelen, noe som tydeliggjøres gjennom sine enheter, som er klarhetene ved analyse av variablene som det avhenger av. Formelen er:

Ce = Q / ΔT · m

Hvor Q er varmen absorbert, ΔT temperaturen endres, og m er massen av stoffet; som ifølge definisjonen tilsvarer ett gram. Gjør en analyse av enhetene du har:

Ce = J / ºC · g

Som kan også uttrykkes på følgende måter:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

Den første er den enkleste, og det er med dette at eksemplene vil bli behandlet i de følgende avsnittene.

Formelen angir eksplisitt mengden energi absorbert (J) med ett gram stoff med en grad ° C. Hvis du ønsket å fjerne den mengden energi, måtte du forlate ligningen J:

J = Ce · ºC · g

Det uttrykt på en mer hensiktsmessig måte og i henhold til variablene ville være:

Q = Ce · AT · m

Hvordan beregnes den spesifikke varmen?

Vann som referanse

I den ovennevnte formel 'm' er ikke et gram av stoff, fordi som allerede er implisitt Ce. Denne formelen er meget nyttig for å beregne de spesifikke varmekapasiteter av forskjellige stoffer gjennom kalorimetri.

Hvordan? Ved hjelp av definisjonen av kalorier, som er mengden energi som trengs for å varme et gram vann fra 14,5 til 15,5 ° C; Dette er lik 4,184 J.

Vannets spesifikke varme er unormalt høy, og denne egenskapen brukes til å måle de spesifikke varmer av andre stoffer som vet verdien av 4,184 J.

Hva betyr det at en bestemt varme er høy? Det motstår betydelig motstand for å øke temperaturen, så det må absorbere mer energi; det vil si, må vannet varmes mye lenger i forhold til andre stoffer, i nærheten av en varmekilde varme nesten umiddelbart.

Av denne grunn benyttes vannet i kalorimetriske målinger, da det ikke opplever brå endringer i temperaturen når den absorberer energien som frigjøres fra kjemiske reaksjoner; eller i dette tilfellet kontakt med annet varmere materiale.

Termisk balanse

Fordi vann trenger å absorbere mye varme for å øke temperaturen, kan varmen komme fra et varmt metall, for eksempel. Med tanke på massene av vann og metall, vil en veksling av varme mellom begge forekomme til nå det som kalles termisk likevekt.

Når dette skjer, utjevnes vannet og metalltemperaturene. Varmen som slippes ut av det varme metallet, er lik det som er absorbert av vannet.

Matematisk utvikling

Å vite dette, og med den siste formelen for Q nettopp beskrevet, har vi:

Q_vann= -Q_metall

Det negative tegnet indikerer at varmen slippes fra det heteste legemet (metall) til den kaldeste kroppen (vann). Hvert stoff har sin egen spesifikke varme Ce, og dens masse, så dette uttrykket må utvikles som følger:

Q_vann = Ce_vann · ΔT_vann · M_vann = - (Ce_metall · ΔT_metall · M_metall)

Det ukjente er Ce_metall, siden i termisk likevekt er den endelige temperaturen for både vannet og metallet det samme; I tillegg er de innledende temperaturer av vannet og metallet kjent før kontakt, så vel som deres masser. Derfor må vi fjerne Ce_metall:

EC_metall = (Ce_vann · ΔT_vann · M_vann) / (-ΔT_metall · M_metall)

Uten å glemme at Ce_vann det er 4,184 J / ºC · g. Hvis ΔT er utviklet_vann og ΔT_metall, det vil være (T_F - T_vann) og (T_F - T_metall), henholdsvis. Vannet blir oppvarmet, mens metallet avkjøler, og derfor negerer det negative tegnet til ΔT_metall bor (T_metall - T_F). Ellers ΔT_metall ville ha en negativ verdi for å være T_F mindre (kaldere) enn T_metall.

Ligningen er så endelig uttrykt på denne måten:

EC_metall = Ce_vann · (T_F - T_vann) · M_vann/ (T_metall - T_F) · M_metall

Og med det beregnes de spesifikke varmer.

Beregningseksempel

Den har en kule av et merkelig metall som veier 130g, og med en temperatur på 90ºC. Dette er nedsenket i en vannbeholder på 100g ved 25ºC, inne i en kalorimeter. Når termisk likevekt nås, blir beholderens temperatur 40 ° C. Beregn metallet Ce.

Den endelige temperaturen, T_F, Det er 40ºC. Å vite de andre dataene, kan du da bestemme Ce direkte:

EC_metall = (4,184 J / ºC · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

EC_metall = 0,965 J / ºC · g

Merk at den spesifikke varmen til vannet er omtrent fire ganger den for metallet (4.184 / 0.965).

Når Ce er veldig liten, jo større er tendensen til å varme opp; som er relatert til dens termiske ledningsevne og diffusjon. Et metall med høyere Ce vil ha en tendens til å slippe ut eller miste mer varme når den kommer i kontakt med et annet materiale, sammenlignet med et annet metall med lavere Ce.

eksempler

Spesifikke varmer for forskjellige stoffer er vist nedenfor.

vann

Vannets spesifikke varme, som det er sagt, er 4,184 J / ºC · g.

Takket være denne verdien kan det gjøre mye sol i havet, og vannet vil nesten ikke fordampe i noen vesentlig grad. Dette resulterer i en termisk forskjell som ikke påvirker havets liv. For eksempel når du går til stranden for å svømme, selv om det er solfylt ute, kan du føle en lavere, kjøligere temperatur i vannet.

Varmt vann må også frigjøre mye energi for å kjøle seg ned. I prosessen oppvarmer det sirkulerende luftmassene, noe som øker litt temperaturene (tempererte) i kystområdene i løpet av vintrene.

Et annet interessant eksempel er at hvis vi ikke ble dannet av vann, kunne en dag i solen være dødelig fordi temperaturene i kroppene våre ville stige raskt.

Denne unike verdien av Ce skyldes de intermolekylære hydrogenbroer. Disse absorberer varme for å bryte, så de lagrer energi. Inntil de er ødelagte, kan vannmolekylene ikke vibrere, noe som øker den gjennomsnittlige kinetiske energien, som reflekteres i en økning i temperatur.

is

Isens spesifikke varme er 2.090 J / ºC · g. Som vann har den en uvanlig høy verdi. Dette betyr at et isfjell for eksempel vil trenge å absorbere en stor mengde varme for å øke temperaturen. Imidlertid har noen isbjerger i dag absorbert varmen som er nødvendig for å smelte (latent fusjonsmengde).

aluminium

Den spesifikke varmen i aluminium er 0,900 J / ºC · g. Den er litt lavere enn metallet i sfæren (0,965 J / ºC · g). Her absorberes varmen for å vibrere metallatomer av aluminium i sine krystallinske strukturer, og ikke individuelle molekyler forbundet med intermolekylære krefter.

jern

Den spesifikke varmen til jern er 0,444 J / ºC · g. Å være mindre enn aluminium betyr at den motstår mindre motstand når den blir oppvarmet. Det vil si før en brann blir et stykke jern rødt lenge før et aluminiumstykke.

Aluminium, i motsetning til oppvarming, holder maten varmere lenger når den berømte aluminiumsfolien brukes til å pakke inn snacksen.

luft

Den spesifikke varmen til luften er ca. 1,003 J / ºC · g. Denne verdien er svært utsatt for trykk og temperaturer fordi den består av en gassblanding. Her absorberes varmen for å vibrere molekylene av nitrogen, oksygen, karbondioksid, argon, etc..

sølv

Til slutt er den spesifikke varmen for sølv 0,234 J / ºC · g. Av alle de nevnte stoffene har den laveste verdien av Ce. Dette betyr at et stykke sølv før jern og aluminium vil varme mye mer samtidig med de andre to metaller. Faktisk harmoniserer den med sin høye varmeledningsevne.

referanser

1. Serway & Jewett. (2008). Fysikk: for vitenskap og ingeniørfag. (Syvende utgave), bind 1, cengage læring.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kjemi. (Åttende utgave). Cengage Learning.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. november 2018). Spesifikke varmekapasitet i kjemi. Hentet fra: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Spesifikk varme. Hentet fra: scienceworld.wolfram.com
5. R Ship. (2016). Spesifikk varme. Georgia State University. Hentet fra: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Spesifikk varme Hentet fra: en.wikipedia.org