• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Fysik
    Specifik värmekapacitet: Definition, enheter, formler och exempel

    Anta att du hällde en fast mängd vatten i två olika bägare. En bägare är lång och smal, och den andra bägare är lång och bred. Om mängden vatten som hälls i varje bägare är densamma, kan du förvänta dig att vattennivån ska vara högre i det smala bägaren.

    Bredden på dessa skopor är analogt med begreppet specifik värmekapacitet. I denna analogi kan vattnet som hälls i skoporna tänkas vara värmeenergi som tillsätts till två olika material. Nivånivån på skoporna är analog med den resulterande temperaturökningen.
    Vad är specifik värmekapacitet?

    Den specifika värmekapaciteten för ett material är mängden värmeenergi som krävs för att höja en enhetsmassa av det materialet av 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 sådan är det ett värde du vanligtvis letar upp i en tabell. Värmen Q
    läggs till ett material med massa m
    med specifik värmekapacitet c
    resulterar i en temperaturförändring ΔT bestäms av följande förhållande :
    Q \u003d mc \\ Delta T Den specifika värmen på vatten

    Granitens specifika värmekapacitet är 790 J /kgK, av bly är 128 J /kgK, glaset är 840 J /kgK, av koppar är 386 J /kgK och vatten är 4 186 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 varierar 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 till det breda och det smala bägaret, ändras nivån mycket mindre i det breda bägaren.)

    Det är därför kuststäderna har mycket mer tempererat klimat än inlandsstäder. Att vara nära en så stor vattenkropp stabiliserar deras temperaturer.

    Vattens stora specifika värmekapacitet är också anledningen till att såsen, när du tar en pizza ur ugnen, fortfarande bränner dig även efter att jordskorpan har svalnat . Den vatteninnehållande såsen måste avge mycket mer värmeenergi innan den kan sjunka i temperatur jämfört med jordskorpan.
    Exempel på specifik värmekapacitet.

    Antag att 10 000 J värmeenergi tillsätts till 1 kg sand ( c
    s \u003d 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, också initialt vid 20 C. Hur jämför den slutliga temperaturen på sanden med den slutliga temperaturen för sand /vattenblandningen?

    Lösning: Lös först värmeformeln för ΔT för att få:
    \\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {mc}

    För sanden får du följande temperaturändring:
    \\ Delta T \u003d \\ frac {10.000} {1 \\ gånger 840} \u003d 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 upp värmeenergin lika mellan vatten och sand. De är blandade, så de måste genomgå samma temperaturförändring.

    Medan du vet den totala värmeenergin, vet du inte hur mycket var och en får i början. Låt Q s vara den mängd energi från värmen som sanden får och Q w och vara den mängd energi som vattnet får. Använd nu det faktum att Q \u003d
    Q s + Q w
    för att få följande:
    Q \u003d Q_s + Q_w \u003d m_sc_s \\ Delta T + m_wc_w \\ Delta T \u003d (m_sc_s + m_wc_w) \\ Delta T

    Nu är det enkelt att lösa för ΔT:

    \\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}

    Pluggar i siffror ger sedan:
    \\ Delta T \u003d \\ frac {10.000} {0.5 \\ gånger 840 + 0.5 \\ gånger 4,186} \u003d 4 \\ text {grader}

    Blandningen stiger bara med 4 C, för en final temperaturen på 24 C, betydligt lägre än den rena sanden!

    © Vetenskap http://sv.scienceaq.com