Specifické teplo v tom, co se skládá, jak se vypočítá a příklady



specifické teplo je množství energie, které musí gram určité látky absorbovat, aby se zvýšila její teplota o jeden stupeň Celsia. Jedná se o intenzivní fyzikální vlastnost, protože nezávisí na hmotnosti, která má být vyjádřena pouze pro gram látky; nicméně, to je příbuzné počtu částeček a molární hmotnosti částeček, stejně jako intermolecular síly, které váží je \ t.

Množství energie absorbované látkou je vyjádřeno v jednotkách joule (J), a méně obyčejně, v kaloriích (Cal). Obecně se předpokládá, že energie je absorbována teplem; energie však může pocházet z jiného zdroje, jako je práce na látce (např. přísné rozrušení).

Horní obrázek ukazuje konvici, ze které se uvolňují vodní páry, které vznikají při jejím ohřevu. Pro ohřev vody musí absorbovat teplo z plamene umístěného pod konvicí. Tak, jak plyne čas, a v závislosti na intenzitě požáru, voda bude vařit, když dosáhne bodu varu.

Specifické teplo určuje, kolik energie spotřebuje voda pro každý stupeň ° C, což zvyšuje její teplotu. Tato hodnota je konstantní, pokud se ve stejném konvici ohřívají různé objemy vody, protože jak bylo zmíněno na začátku, jedná se o intenzivní nemovitost.

To, co se mění, je celkové množství energie absorbované každým ohřátým tělesem vody, také známé jako tepelná kapacita. Čím větší je množství vody, která má být ohřívána (2, 4, 10, 20 litrů), tím větší je její tepelná kapacita; ale jeho specifické teplo je stále stejné.

Tato vlastnost závisí na tlaku, teplotě a objemu; pro účely jednoduchého pochopení jsou však jejich odpovídající varianty vynechány.

Index

  • 1 Co je to specifické teplo??
  • 2 Jak se vypočítá specifické teplo?
    • 2.1 Voda jako reference
    • 2.2 Tepelná rovnováha
    • 2.3 Matematický vývoj
    • 2.4 Příklad výpočtu
  • 3 Příklady
    • 3.1 Voda
    • 3.2
    • 3.3 Hliník
    • 3.4 Železo
    • 3.5 Vzduch
    • 3.6 Stříbro
  • 4 Odkazy

Co je to specifické teplo?

Bylo definováno, co specifické teplo znamená pro danou látku. Jeho pravý význam je však nejlépe vyjádřen svým vzorcem, který objasňuje skrze své jednotky, které jsou vůlí při analýze proměnných, na nichž závisí. Jeho vzorec je:

Ce = Q / Atm

Kde Q je absorbované teplo, ΔT změna teploty a m je hmotnost látky; že podle definice odpovídá jednomu gramu. Provádíte analýzu svých jednotek:

Ce = J / ° C · g

Což lze vyjádřit také těmito způsoby:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ° C · Kg

První z nich je nejjednodušší a tyto příklady budou řešeny v následujících částech.

Vzorec explicitně udává množství energie absorbované (J) o jeden gram látky o jeden stupeň ° C. Pokud byste chtěli vyčistit tuto energii, museli byste ponechat stranou rovnici J:

J = Ce ° C · g

Vyjádřeno vhodnějším způsobem a podle proměnných by bylo:

Q = Ce · ATm

Jak se vypočítá specifické teplo?

Voda jako reference

V předchozím vzorci „m“ nepředstavuje gram látky, protože je již implicitně v Ce. Tento vzorec je velmi užitečný pro výpočet specifického tepla 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 4,124 J.

Specifické teplo vody je abnormálně vysoké a tato vlastnost se používá k měření specifického tepla jiných látek, které znají hodnotu 4.184 J.

Co to znamená, že určité teplo je vysoké? To odporuje značnému odporu, aby se zvýšila jeho teplota, takže musí absorbovat více energie; to znamená, že voda musí být ohřívána mnohem déle ve srovnání s jinými látkami, které jsou v blízkosti zdroje tepla ohřívány téměř okamžitě.

Z tohoto důvodu se voda používá v kalorimetrických měřeních, protože při absorpci energie uvolněné z chemických reakcí nenastane prudká změna teploty; nebo, v tomto případě, kontakt s jiným teplejším materiálem.

Tepelná bilance

Protože voda potřebuje absorbovat velké množství tepla, aby se zvýšila jeho teplota, teplo může pocházet například z horkého kovu. Když vezmeme v úvahu množství vody a kovu, dojde k výměně tepla mezi oběma, dokud nedosáhne toho, co se nazývá tepelná rovnováha..

Když k tomu dojde, teplota vody a kovu se vyrovná. Teplo uvolňované horkým kovem je stejné jako teplo absorbované vodou.

Matematický vývoj

S vědomím tohoto a s posledním popsaným vzorcem Q máme:

QVoda= -QKov

Záporné znaménko ukazuje, že teplo je uvolňováno z nejteplejšího těla (kovu) do nejchladnějšího těla (vody). Každá látka má své specifické teplo Ce a jeho hmotnost, takže tento výraz musí být vyvinut takto:

QVoda = CeVoda ΔTVoda · MVoda = - (CeKov ΔTKov · MKov)

Neznámý je CeKov, protože v tepelné rovnováze je konečná teplota pro vodu i kov stejná; Kromě toho jsou počáteční teploty vody a kovu známy před kontaktem, stejně jako jejich hmotnosti. Proto musíme jasné, CeKov:

CeKov = (CeVoda ΔTVoda · MVoda) / (-TTKov · MKov)

Bez zapomenutí toho CeVoda to je 4.184 J / ° C · g. Pokud jsou vyvinuty ΔTVoda a ATKov, bude (Tf - TVoda) a (Tf - TKov). Voda se zahřívá, zatímco kov ochlazuje, a proto se záporné znaménko násobí na ΔTKov pobyt (TKov - Tf). Jinak ΔTKov by měl negativní hodnotu pro Tf menší (chladnější) než TKov.

Rovnice je pak konečně vyjádřena tímto způsobem:

CeKov = CeVoda · (Tf - TVoda) MVoda/ (TKov - Tf) MKov

A s tím se vypočítávají specifická tepla.

Příklad výpočtu

Má kouli podivného kovu, který váží 130 g as teplotou 90 ° C. Ten je ponořen do nádoby o obsahu 100 g při 25 ° C uvnitř kalorimetru. Po dosažení tepelné rovnováhy se teplota nádoby zvýší na 40 ° C. Vypočítejte kov Ce.

Konečná teplota, Tf, Je 40 ° C. Znáte-li ostatní data, můžete určit přímo Ce:

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

CeKov = 0,965 J / ° C · g

Mějte na paměti, že měrné teplo vody je asi čtyřnásobné než teplo kovu (4.184 / 0.965).

Když je Ce velmi malé, tím větší je tendence se zahřívat; který souvisí s jeho tepelnou vodivostí a difuzí. Kov s vyšším Ce má tendenci uvolňovat nebo ztrácet více tepla, když přijde do styku s jiným materiálem, ve srovnání s jiným kovem s nižším Ce.

Příklady

Níže jsou uvedena specifická tepla pro různé látky.

Voda

Specifické teplo vody, jak bylo řečeno, je 4,188 J / ºC.

Díky této hodnotě může v oceánu vyprodukovat spoustu slunce a voda se sotva odpaří do znatelného stupně. To má za následek teplotní rozdíl, který neovlivňuje mořský život. Například, když jdete na pláž plavat, i když je venku venku, můžete cítit nižší, chladnější teplota ve vodě.

Horká voda také potřebuje uvolnit hodně energie, aby se ochladila. V tomto procesu ohřívá cirkulující vzduchové hmoty a zvyšuje se tak teplota v mírně nízkých teplotách v pobřežních oblastech během zimy..

Dalším zajímavým příkladem je, že kdybychom nebyli utvořeni vodou, den na slunci by mohl být smrtelný, protože teploty našich těl rychle vzrostou..

Tato jedinečná hodnota Ce je způsobena intermolekulárními vodíkovými můstky. Ty pohlcují teplo, aby se rozbily, takže uchovávají energii. Dokud nejsou rozbité, molekuly vody nemohou vibrovat, což zvyšuje průměrnou kinetickou energii, což se projevuje zvýšením teploty.

Led

Specifické teplo ledu je 2 090 J / ºC. Stejně jako voda má nezvykle vysokou hodnotu. To znamená, že například ledovec by potřeboval absorbovat obrovské množství tepla, aby zvýšil svou teplotu. Nicméně, některé ledovce dnes dokonce absorbovaly teplo potřebné k roztavení (latentní teplo roztavení) \ t.

Hliník

Specifické teplo hliníku je 0,900 J / ºC. Je mírně nižší než kov koule (0,965 J / ºC · g). Zde je teplo absorbováno, aby vibroval atomy kovu hliníku v jeho krystalických strukturách, a ne jednotlivé molekuly spojené intermolekulárními silami.

Železo

Specifické teplo železa je 0,444 J / ° C · g. Vzhledem k tomu, že je méně než hliník, znamená to, že je proti zahřátí menší odpor; to znamená, že před ohněm se kus železa stane červeně horkým dlouho před kusem hliníku.

Hliník, na rozdíl od vytápění, udržuje potraviny v teple déle, když se slavná hliníková fólie používá k zabalení občerstvení.

Vzduch

Specifické teplo vzduchu je přibližně 1,003 J / ºC. Tato hodnota je velmi vystavena tlaku a teplotám, protože se skládá ze směsi plynů. Zde je teplo absorbováno pro vibraci molekul dusíku, kyslíku, oxidu uhličitého, argonu atd..

Stříbro

Konečně, specifické teplo pro stříbro je 0,234 J / ° C · g. Ze všech uvedených látek má nejnižší hodnotu Ce, což znamená, že před železem a hliníkem by se kus stříbra ohříval mnohem více současně s ostatními dvěma kovy. Ve skutečnosti harmonizuje s vysokou tepelnou vodivostí.

Odkazy

  1. Serway a Jewett. (2008). Fyzika: pro vědu a techniku. (Sedmé vydání), svazek 1, Cengage Learning.
  2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Chemie (Osmé vydání). Cengage učení.
  3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5. listopadu 2018). Specifická tepelná kapacita v chemii. Citováno z: thoughtco.com
  4. Eric W. Weisstein. (2007). Specifické teplo. Zdroj: scienceworld.wolfram.com
  5. R Loď. (2016). Specifické teplo. Gruzínská státní univerzita. Zdroj: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  6. Wikipedia. (2019). Specifické teplo Zdroj: en.wikipedia.org