Speciális hő az általa alkotott, hogyan számítja ki és példákat
az specifikus hő az az energiamennyiség, amelyet egy adott anyag grammjának abszorbeálnia kell, hogy növelje hőmérsékletét egy Celsius fokon. Intenzív fizikai tulajdonság, mivel nem függ a kifejezett tömegtől, csak egy gramm anyagra; ez azonban a részecskék számával és a részecskék moláris tömegével, valamint az ezekhez kötődő intermolekuláris erőkkel függ össze..
Az anyag által elnyelt energiamennyiség joule (J) egységben és kevésbé kalóriában (Cal) kifejezve. Általában véve feltételezzük, hogy az energia a hő hatására felszívódik; azonban az energia más forrásból is származhat, például az anyagon végzett munka (például szigorú keverés)..
A felső képen egy teáskanna látható, amelyből a fűtés során keletkező vízgőzök felszabadulnak. A víz felmelegítéséhez a teáskanna alatt található lángnak el kell viselnie a hőt. Így, ahogy az idő tovább megy, és a tűz intenzitásától függően, a víz forralni kezd, amikor eléri a forráspontját.
A konkrét hő meghatározza, hogy mennyi energiát fogyaszt a víz minden egyes ° C-ra, ami növeli a hőmérsékletét. Ez az érték állandó, ha ugyanabban a teáskannában különböző térfogatú vizet melegítenek, mivel az elején említettük, hogy intenzív tulajdonság.
Ami változik, az egyes fűtött víztestek által elnyelt teljes energiamennyiség, más néven hőteljesítmény. Minél nagyobb a melegítendő víz tömege (2, 4, 10, 20 liter), annál nagyobb a hőmennyisége; de a hője még mindig ugyanaz.
Ez a tulajdonság a nyomás, a hőmérséklet és a térfogat függvénye; az egyszerű megértés érdekében azonban a megfelelő változatok elmaradnak.
index
- 1 Mi a konkrét hő??
- 2 Hogyan számítja ki a fajlagos hőt?
- 2.1 A víz mint referencia
- 2.2 Termikus egyensúly
- 2.3 Matematikai fejlődés
- 2.4 Számítási példa
- 3 Példák
- 3.1 Víz
- 3.2 Jég
- 3.3 Alumínium
- 3.4 Vas
- 3.5 Levegő
- 3.6 Ezüst
- 4 Referenciák
Mi a konkrét hő?
Meghatározták, hogy milyen fajlagos hőt jelent az adott anyag. Valódi jelentése azonban a legjobban annak képletével fejezhető ki, amely az egységein keresztül egyértelművé teszi, hogy melyek azok a távolságok, amelyek a változók elemzésén alapulnak. A képlete:
Ce = Q / ΔT · m
Ahol Q az elnyelt hő, ΔT a hőmérsékletváltozás és m az anyag tömege; hogy a definíció szerint egy gramm. Az egységeinek elemzése:
Ce = J / ºC · g
Amelyek a következő módon is kifejezhetők:
Ce = kJ / K · g
Ce = J / ºC · kg
Az első a legegyszerűbb, és ezzel a példákkal foglalkozunk a következő szakaszokban.
A képlet kifejezetten jelzi az abszorbeált energiamennyiséget (J) egy gramm anyaggal egy fokon. Ha törölni szeretné ezt az energiamennyiséget, el kell hagynia a J egyenletet:
J = Ce · ºC · g
Ez megfelelőbb módon és a változók szerint kifejezve:
Q = Ce · ΔT · m
Hogyan számítja ki a fajlagos hőt?
A víz mint referencia
Az előző képletben az „m” nem jelent egy gramm anyagot, mert ez már implicit módon szerepel a Ce-ben. Ez a képlet nagyon hasznos a különböző anyagok fajlagos melegítésének kiszámításához kalorimetriával.
Hogyan? A kalóriák meghatározása, amely az energia grammja 14,5-ről 15,5 ° C-ra történő melegítéséhez szükséges energiamennyiség; Ez 4,84 J.
A víz fajlagos hõje rendkívül magas, és ezt a tulajdonságot más anyagok specifikus hõmérsékletének mérésére használják, ismerve a 4.184 J értéket..
Mit jelent, hogy egy adott hő magas? Ez ellenzi a hőmérséklet-növelés jelentős ellenállását, ezért több energiát kell elnyelnie; vagyis a vizet sokkal hosszabb ideig kell melegíteni, mint más anyagok, amelyek a hőforrás közelében szinte azonnal felmelegednek.
Ezért a vizet a kalorimetriás mérésekben használják, mivel nem tapasztal hirtelen hőmérsékletváltozásokat a kémiai reakciókból felszabaduló energia elnyelésében; vagy ebben az esetben más melegebb anyaggal való érintkezés.
Hőmérleg
Mivel a víznek sok hőt kell felszívnia, hogy növelje a hőmérsékletét, a hő forró fémből származhat. Figyelembe véve a víz és a fém tömegét, mindkettő közötti hőcserélés mindaddig bekövetkezik, amíg el nem érjük a termikus egyensúlyt.
Ha ez megtörténik, a víz és a fém hőmérséklete egyenlő. A forró fém által kibocsátott hő egyenlő a víz által elnyelt hővel.
Matematikai fejlődés
Ennek ismeretében, és a Q utolsó leírt képletével:
Qvíz= -Qfém
A negatív jel azt jelzi, hogy a hőt a legmelegebb testből (a fémből) a leghidegebb testbe (vízbe) engedik. Minden anyagnak saját saját hője van, és ennek tömege, így ezt a kifejezést a következőképpen kell kifejleszteni:
Qvíz = Cevíz · ΔTvíz · Mvíz = - (Cefém · ΔTfém · Mfém)
Az ismeretlen Cefém, mivel a termikus egyensúlyban a víz és a fém végső hőmérséklete azonos; Ezenkívül a víz és a fém kezdeti hőmérséklete ismert, mielőtt érintkeznének, valamint a tömegüket. Ezért meg kell tisztítanunk Ce-tfém:
EKfém = (Cevíz · ΔTvíz · Mvíz) / (-ATfém · Mfém)
Annak elfelejtése nélkül, hogy Cevíz ez 4,84 J / ºC · g. Ha ΔT kifejlesztésre kerülvíz és ΔTfém, ez lesz (TF - Tvíz) és (TF - Tfém). A vizet hűti, miközben a fém lehűl, és ezért a negatív jel ΔT-re szorulfém tartózkodó (Tfém - TF). Ellenkező esetben ΔTfém negatív értéke lenne T-nekF kisebb (hidegebb), mint a Tfém.
Az egyenlet ezután végül kifejezve:
EKfém = Cevíz · (TF - Tvíz) · Mvíz/ (Tfém - TF) · Mfém
És ezzel együtt kiszámítják a specifikus melegítéseket.
Számítási példa
Ez egy furcsa fém gömb, amelynek súlya 130 g és 90 ° C. Ez egy 100 g-os víztartályba merül 25 ° C-on, egy kaloriméter belsejében. A termikus egyensúly elérésekor a tartály hőmérséklete 40 ° C lesz. Számolja ki a fém Ce-t.
A végső hőmérséklet, TF, Ez 40 ° C. A többi adatot ismerve közvetlenül meghatározhatja a Ce-t:
EKfém = (4,184 J / ° C · g · (40 - 25) ° C · 100 g) / (90 - 40) ° C · 130 g
EKfém = 0,965 J / ° C · g
Megjegyezzük, hogy a víz fajlagos hõje körülbelül négyszerese a fémé (4.184 / 0.965).
Ha Ce nagyon kicsi, annál nagyobb a felmelegedési hajlam; amely a hővezető képességével és diffúziójával kapcsolatos. A magasabb Ce-vel rendelkező fémek hajlamosak arra, hogy több anyagot szabadítsanak fel vagy veszítsenek el, amikor egy másik anyaggal érintkezik, összehasonlítva egy másik, alacsonyabb Ce-vel rendelkező fémrel..
Példák
Az alábbiakban a különféle anyagok speciális fűtését mutatjuk be.
víz
A víz fajlagos hőt 4,84 J / ºC · g-nak nevezzük.
Ennek az értéknek köszönhetően az óceánban sok napsugárzhat, és a víz alig elpárolog az észrevehető mértékben. Ez olyan termikus különbséget eredményez, amely nem befolyásolja a tengeri életet. Például amikor úszni a strandra, még akkor is, ha a napsütötte kívül van, alacsonyabb, hűvösebb hőmérsékletet érezhet a vízben.
A forró víznek sok energiát kell felszabadítania, hogy lehűljön. A folyamat során a keringő légtömegeket felmelegíti, és a téli időszakban a part menti régiókban kis mértékben növeli a hőmérsékletet (mérsékelt)..
Egy másik érdekes példa az, hogy ha nem a víz képezi, egy nap a napban halálos lehet, mert testünk hőmérséklete gyorsan emelkedik.
A Ce egyedülálló értéke az intermolekuláris hidrogénhidaknak köszönhető. Ezek abszorbeálják a hőt, így energiát tárolnak. Amíg meg nem törik, a vízmolekulák nem rezeghetnek, növelve az átlagos kinetikus energiát, ami a hőmérséklet emelkedésében tükröződik..
jég
A jég fajlagos hője 2,090 J / ºC · g. A vízhez hasonlóan szokatlanul magas értékű. Ez azt jelenti, hogy például egy jéghegynek nagy mennyiségű hőt kell felszívnia a hőmérséklet növelése érdekében. A mai néhány jéghegy azonban elnyelte az olvadáshoz szükséges hőt (látens fúziós hő).
alumínium
Az alumínium fajlagos hőértéke 0,900 J / ºC · g. Ez kissé alacsonyabb, mint a gömb fémje (0,965 J / ºC · g). Itt a hő abszorbeálódik az alumínium fématomjainak kristályos szerkezeteiben rezgésére, és nem az egyes molekulák között, amelyeket intermolekuláris erők kötnek össze.
vas
A vas fajlagos hője 0,444 J / ºC · g. Az alumíniumnál kevesebbet jelent, ami azt jelenti, hogy melegítés közben ellenáll a kisebb ellenállásnak; vagyis a tűz előtt egy vas darab vörösre meleg lesz, mielőtt egy alumínium darabot kapna.
Az alumínium, a fűtéssel ellentétben, hosszabb ideig melegíti az ételt, amikor a híres alumíniumfóliát használják a snackek csomagolásához.
levegő
A levegő fajlagos hője körülbelül 1,003 J / ºC · g. Ez az érték nagy nyomásnak és hőmérsékletnek van kitéve, mert gázkeverékből áll. Itt a hő felszívódik a nitrogén, az oxigén, a szén-dioxid, az argon stb..
ezüst
Végül az ezüst fajlagos hője 0,234 J / ºC · g. Az összes említett anyag közül a legalacsonyabb a Ce értéke, ami azt jelenti, hogy a vas és az alumínium előtt egy ezüstdarab sokkal többet melegítene, mint a másik két fém. Valójában harmonizál a magas hővezető képességével.
referenciák
- Serway & Jewett. (2008). Fizika: a tudomány és a mérnöki tevékenység. (Hetedik kiadás), 1. kötet, Cengage Learning.
- Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kémia. (Nyolcadik kiadás). Cengage tanulás.
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018. november 5.). Speciális hőkapacitás a kémia területén. A lap eredeti címe: thinkco.com
- Eric W. Weisstein. (2007). Speciális hő. Lap forrása: scienceworld.wolfram.com
- R hajó. (2016). Speciális hő. Georgia Állami Egyetem. A lap eredeti címe: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- Wikipedia. (2019). Speciális hő Lap forrása: en.wikipedia.org