The měrné teplo Je to množství energie, které musí gram určité látky absorbovat, aby se zvýšila jeho teplota o jeden stupeň Celsia. Jedná se o intenzivní fyzikální vlastnost, protože nezávisí na hmotnosti, protože je vyjádřena pouze pro jeden gram látky; Souvisí to však s počtem částic a jejich molární hmotností, stejně jako s mezimolekulárními silami, které je vážou..
Množství energie absorbované látkou je vyjádřeno v jednotkách joule (J) a méně často v kaloriích (Cal). Obecně se předpokládá, že energie je absorbována teplem; energie však může pocházet z jiného zdroje, například z práce na látce (například důkladné míchání).
Obrázek výše ukazuje rychlovarnou konvici, ze které se uvolňují vodní páry generované jejím ohřevem. Pro ohřev vody musí absorbovat teplo z plamene umístěného pod konvicí. Jak čas plyne, a v závislosti na intenzitě ohně bude voda vařit, jakmile dosáhne svého bodu varu..
Specifické teplo určuje, kolik energie voda spotřebuje pro každý stupeň ºC a že se její teplota zvyšuje. Tato hodnota je konstantní, pokud jsou ve stejné konvici ohřívány různé objemy vody, protože jak je uvedeno na začátku, jedná se o intenzivní vlastnost..
Liší se celkové množství energie absorbované každou hmotou ohřáté vody, známé také jako tepelná kapacita. Čím větší je množství ohřívané vody (2, 4, 10, 20 litrů), tím větší je její tepelná kapacita; ale jeho specifické teplo zůstává stejné.
Tato vlastnost závisí na tlaku, teplotě a objemu; kvůli jednoduchému pochopení jsou však jejich odpovídající variace vynechány..
Rejstřík článků
Bylo definováno, jaké specifické teplo pro danou látku znamenalo. Jeho skutečný význam je však lépe vyjádřen jeho vzorcem, který prostřednictvím svých jednotek objasňuje, jaké jsou vůle, které zahrnuje, když jsou analyzovány proměnné, na kterých závisí. Jeho vzorec je:
Ce = Q / ΔT m
Kde Q je absorbované teplo, ΔT změna teploty am je hmotnost látky; který podle definice odpovídá jednomu gramu. Při analýze jeho jednotek máme:
Ce = J / ºC · g
Což lze vyjádřit také následujícími způsoby:
Ce = kJ / Kg
Ce = J / ° C · kg
První z nich je nejjednodušší a v následujících částech se k nim přiblíží příklady.
Vzorec výslovně udává množství absorbované energie (J) jedním gramem látky v jednom stupni ºC. Pokud bychom chtěli toto množství energie vyčistit, museli bychom rovnici J nechat stranou:
J = Ce · ºC · g
To vyjádřeno vhodnějším způsobem a podle proměnných by bylo:
Q = Ce ΔT m
Ve výše uvedeném vzorci „m“ nepředstavuje gram látky, protože se již implicitně nachází v Ce. Tento vzorec je velmi užitečný pro výpočet specifických teplot různých látek pomocí kalorimetrie.
Jak? Pomocí definice kalorií, což je množství energie potřebné k ohřevu gramu vody z 14,5 na 15,5 ° C; to se rovná 4 184 J..
Specifické teplo vody je neobvykle vysoké a tato vlastnost se používá k měření specifických ohřevů jiných látek s vědomím hodnoty 4,184 J.
Co to znamená, když je specifické teplo vysoké? Který nabízí značnou odolnost ke zvýšení své teploty, takže musí absorbovat více energie; tj. voda musí být ohřívána mnohem déle než jiné látky, které se v blízkosti zdroje tepla zahřívají téměř okamžitě.
Z tohoto důvodu se při kalorimetrických měřeních používá voda, protože při absorpci energie uvolněné z chemických reakcí nedochází k náhlým změnám teploty; nebo v tomto případě při kontaktu s jiným žhavým materiálem.
Protože voda potřebuje ke zvýšení své teploty absorbovat hodně tepla, může teplo pocházet například z horkého kovu. Vezmeme-li v úvahu množství vody a kovu, dojde mezi nimi k výměně tepla, dokud nebude dosaženo takzvané tepelné rovnováhy..
Když k tomu dojde, teploty vody a kovu se vyrovnají. Teplo vydávané horkým kovem je stejné jako teplo absorbované vodou.
S tímto vědomím as posledním popsaným vzorcem pro Q máme:
QVoda= -QKov
Záporné znaménko znamená, že teplo se uvolňuje z teplejšího tělesa (kov) do chladnějšího tělesa (voda). Každá látka má své vlastní specifické teplo Ce a svou hmotnost, takže tento výraz musí být vyvinut takto:
QVoda = CeVoda ΔTVoda MVoda = - (CeKov ΔTKov MKov)
Neznámá je CeKov, protože v tepelné rovnováze je konečná teplota pro vodu i kov stejná; kromě toho jsou před kontaktem známy počáteční teploty vody a kovu, jakož i jejich hmotnosti. Proto musíme CeKov:
ESKov = (CeVoda ΔTVoda MVoda) / (-ΔTKov MKov)
Aniž bychom zapomněli, že CeVoda je 4,184 J / ° C · g. Pokud se vyvine ΔTVoda a ΔTKov, bude mít (TF - TVoda) a (T.F - TKov). Voda se ohřívá, zatímco kov se ochlazuje, a proto záporné znaménko znásobuje ΔTKov zbývající (TKov - TF). Jinak ΔTKov bude mít zápornou hodnotu, protože je to TF nižší (chladnější) než TKov.
Rovnice je pak nakonec vyjádřena takto:
ESKov = CeVoda · (T.F - TVoda) M.Voda/ (T.Kov - TF) M.Kov
A s ním se počítají specifické ohřívače.
Existuje koule podivného kovu, která váží 130 g a má teplotu 90 ° C. Toto je ponořeno do nádoby s vodou o hmotnosti 100 g při 25 ° C uvnitř kalorimetru. Po dosažení tepelné rovnováhy se teplota nádoby zvýší na 40 ° C. Vypočítejte Ce kovu.
Konečná teplota, TF, je 40 ° C Když známe další data, můžeme Ce přímo určit:
ESKov = (4 184 J / ° C · g · (40 - 25) ° C · 100 g) / (90 - 40) ° C · 130 g
ESKov = 0,965 J / ° C · g
Mějte na paměti, že měrné teplo vody je přibližně čtyřikrát vyšší než u kovu (4,184 / 0,965).
Když je Ce velmi malý, tím větší je jeho tendence zahřívat se; což souvisí s jeho tepelnou vodivostí a difúzí. Kov s vyšším Ce bude mít tendenci uvolňovat nebo ztrácet více tepla, když přijde do styku s jiným materiálem, ve srovnání s jiným kovem s nižším Ce.
Níže jsou uvedeny konkrétní teploty pro různé látky.
Specifické teplo vody, jak je uvedeno, je 4,184 J / ° C · g.
Díky této hodnotě může dostat hodně slunce do oceánu a voda se sotva znatelně odpaří. To má za následek teplotní rozdíl, který nemá vliv na mořský život. Když například chodíte plavat na pláž, i když je venku slunečno, cítíte ve vodě nižší a chladnější teplotu..
Horká voda musí také uvolnit hodně energie, aby se ochladila. V tomto procesu ohřívá cirkulující vzduchové hmoty a během zimy mírně zvyšuje (mírné) teploty v pobřežních oblastech..
Dalším zajímavým příkladem je, že pokud bychom nebyli tvořeni vodou, den na slunci by mohl být smrtící, protože by naše tělesné teploty rychle stoupaly..
Tato jedinečná hodnota Ce je způsobena mezimolekulárními vodíkovými vazbami. Ty absorbují teplo, aby se rozložily, takže ukládají energii. Dokud nebudou molekuly vody rozbity, nebudou schopny vibrovat, čímž se zvýší průměrná kinetická energie, což se projeví zvýšením teploty..
Specifické teplo ledu je 2 090 J / ° C · g. Stejně jako voda má neobvykle vysokou hodnotu. To znamená, že například ledovec by potřeboval absorbovat enormní množství tepla, aby zvýšil svoji teplotu. Některé ledovce však dnes dokonce absorbovaly teplo potřebné k roztavení (latentní teplo fúze)..
Specifické teplo hliníku je 0,900 J / ° C · g. Je o něco nižší než kov v kouli (0,965 J / ° C · g). Zde je teplo absorbováno, aby vibrovalo kovové atomy hliníku v jejich krystalických strukturách, nikoli jednotlivé molekuly držené pohromadě mezimolekulárními silami..
Specifické teplo železa je 0,444 J / ° C · g. Jelikož je méně než hliník, znamená to, že při zahřívání nabízí menší odpor; to znamená, že před požárem kousek železa zčervená mnohem dříve než kousek hliníku.
Hliník, který je odolnější vůči ohřevu, udržuje jídlo déle horké, když se k zabalení občerstvení používá známá hliníková fólie.
Specifické teplo vzduchu je přibližně 1,003 J / ° C · g. Tato hodnota je vysoce vystavena tlakům a teplotám, protože se skládá z plynné směsi. Zde je teplo absorbováno, aby vibrovalo molekuly dusíku, kyslíku, oxidu uhličitého, argonu atd..
A konečně, specifické teplo pro stříbro je 0,234 J / ºC · g. Ze všech zmíněných látek má nejnižší hodnotu Ce. To znamená, že když se setkáme se železem a hliníkem, kousek stříbra se zahřeje mnohem více současně než ostatní dva kovy. Ve skutečnosti harmonizuje s vysokou tepelnou vodivostí.
Zatím žádné komentáře