За да се повиши температурата на веществото, е необходимо определено количество енергия под формата на топлина. Това количество енергия е това, което е известно като специфична топлина, известен също като специфичен топлинен капацитет.
Специфичната топлина е това, което обяснява защо дървената лъжица се загрява по-бавно от металната лъжица и че ние използваме определени материали за изграждане на инструменти и прибори според тяхната употреба.
Следователно определението във физиката на специфична топлина е количество енергия, което трябва да се прехвърли в единица маса на веществото, за да се повиши температурата му с един градус. Нека използваме водата като пример: ако 4182 джаула енергия се прехвърлят на един килограм вода със стайна температура, нейната температура ще се повиши с един градус. Така че специфичната топлина на водата е 4182 джаула на килограм градус.
Специфични топлинни единици
Специфична топлина може да бъде изразена в различни единици, които винаги трябва да отразяват мерните единици, маса и температура. В международната система единицата е джаул (енергия) на килограм (маса) келвин (температура) или J/kg.K. Например, специфичната топлина на стоманата е 502 J/kg .K; това означава, че за един килограм стомана, за да повиши температурата си с 1 келвин, са му необходими 502 джаула енергия.
Също така можем да изразим специфичната топлина в калории на грам градуса по Целзий (cal/g.ºC). Продължавайки с примера със стомана, специфичната топлина е 0,12 кал/г.ºC, т.е.за повишаване на температурата на грам стомана с един градус по Целзий са необходими 0,12 калории.
Специфични топлинни характеристики
Специфичната топлина е a интензивно физическо свойство, Това не зависи от количеството на веществото. От друга страна, специфичната топлина може да варира при различни температури, т.е. количеството енергия, което трябва да се прехвърли, за да се повиши температурата с един градус по Целзий, не е същото при стайна температура, както при 100 ° C или при 0 ° C.
Най-известният пример е температурна зависимост на специфичната топлина вода, както ще видим в следната таблица:
| 0 | 4 218 | 1007 |
| 10 | 4 192 | 1001 |
| двайсет | 4 182 | 0,998 |
| 30 | 4 178 | 0,997 |
| 40 | 4 178 | 0,997 |
| петдесет | 4 181 | 0,998 |
| 60 | 4 184 | 0,999 |
| 70 | 4 189 | 1000 |
| 80 | 4 196 | 1002 |
| 90 | 4 205 | 1004 |
| 100 | 4 216 | 1007 |
Как изчислявате специфичната топлина?
Специфичната топлина, която е обозначена с малката буква c, може да бъде изчислена по следната формула:
където Q е количеството енергия, предадено на тялото, m е масата на веществото и ΔT е разликата между крайната и началната температура.
Например блок от алуминий от 0,100 kg, към който 897 J се прехвърля между 20 ° C и 30 ° C, ще има специфична топлина от:
Таблица на специфичните топлинни стойности на различни вещества
Представяме специфичната топлинна стойност на различни вещества от значение за ежедневието, изразена в двете най-използвани единици J/kg.K и cal/g.ºC:
Решени специфични топлинни упражнения
1. Контейнер с 2 литра вода при 18 ° C се поставя върху печка. Колко енергия трябва да се приложи, за да се повиши температурата му до 30ºC?
Първо, изчисляваме масата на 2 литра вода чрез нейната плътност (1gr/ml). Тогава:
Второ, за да изчислим енергията, която решаваме за Q от специфичната топлинна формула и да заместим термините. Преобразуваме температурите в келвин (ºC +273) и използваме 4 182 J/kg.K като специфичната топлина на водата:
Отговор: За да носите 2 кг вода от 18 ° C до 30 °, са ви необходими 100 368 джаула енергия.
2. Имате два контейнера A и B с еднаква маса, но различен материал, единият е направен от алуминий, а другият от стомана. И двата контейнера се поставят на печка за едно и също време, но контейнер В достига по-висока температура от контейнер А. От какво е направен контейнерът Б?
Първо, ние изследваме специфичната топлинна стойност на алуминия и стоманата:
- Алуминий: 897 J/kg.K.
- Стомана: 502 J/kg.K.
Осъзнаваме, че специфичната топлина на алуминия е по-голяма от тази на стоманата. Това означава, че със същата маса стоманата се нуждае от по-малко енергия от алуминия, за да повиши температурата си с един градус.
И двата контейнера получават еднакво количество енергия, защото са били на печката по едно и също време. Съдът B обаче се нагрява, така че можем да заключим, че контейнерът B е изработен от стомана, тъй като има по-ниската специфична топлинна стойност.
3. Следващата графика показва данните за пренесената енергия и температурни вариации на две проби, A и B, с еднаква маса и различен материал:
Кой от двата материала, А или В, има по-висока специфична топлина?
Връзката между получената енергия Q и изменението на температурата ΔT е: