Един от основните аспекти, използвани както във физиката, така и в химията, е специфичната топлина. По-конкретно, специфична топлина на водата тя е силно необходима при почти всеки тип експеримент. Първото от всичко е да се знае какво е специфичната топлина и да се знае колко е важно да се знае тази стойност във водата.
Затова ще посветим тази статия, за да ви разкажем всичко, което трябва да знаете за специфичната топлина на водата и нейното значение.
Какво е специфична топлина
За да се повиши температурата на веществото, е необходимо определено количество енергия. Това количество енергия трябва да се дава под формата на топлина. Това е това, което е известно като специфична топлина. Друго име, с което е известно, е специфичният топлинен капацитет. Именно тази стойност ни позволява да обясним защо дървената лъжица може да се нагрява по-бавно и прогресивно от менталната лъжица. Това също така обяснява причината, поради която използваме определени материали, за да можем да изградим някои инструменти и прибори според употребата, която е повдигната, за да дадем.
С това определяме във физиката като специфична топлина количеството енергия, което трябва да бъде предадено на единица маса вещество, за да се повиши температурата му с един градус. Почти винаги като пример се използва специфичната топлина на водата. Тоест, количеството енергия, което е необходимо, за да може водата да се нагрее един градус по нейната температура. Знаем, че ако 4182 джаула енергия се прехвърлят върху килограм вода, която е със стайна температура, това количество вода ще повиши температурата си с един градус. От това можем да получим стойността, че специфичната топлина на водата е равна на 4182 джаула на килограм и градус.
Единици за специфична топлина на водата
Знаем, че специфичната топлина на водата може да бъде изразена в различни единици. Обикновено единиците за енергия, маса и температура трябва да бъдат отразени, за да се отразят общо. Международната система на единицата има джаул на килограм, който е масата и келвин, който е температурата. В други материали тази стойност е различна, тъй като специфичната топлина на водата се използва като основа или еталон за останалите стойности. Например специфичната топлина на стоманата е 502 джаула на килограм и келвин. Това означава, че за килограм стомана, за да се повиши температурата му с един келвин, ще са необходими 502 джаула енергия.
Друг начин за изразяване на специфичната топлина на вода или друг материал е в други единици. Например можете да зададете калории на грам и градуси по Целзий. Повтаряме примера със стомана. В този случай специфичната топлина би била 0,12 калории на грам и градуса по Целзий. Това означава, че за да се повиши температурата с един градус грам стомана, са необходими 0,12 калории енергия под формата на топлина.
Основните функции
Преди да влезете напълно в специфичната топлина на водата, е необходимо да знаете добре какви са нейните характеристики. Това е интензивно физическо свойство, което не зависи от количеството на веществото. Това означава, че независимо от количеството вещество, което имаме, е необходима същата енергия, за да се повиши температурата му. От друга страна, специфичната топлина може да варира при различни температури. Това означава, че количеството енергия, което ще трябва да прехвърлим, за да можем да повишим температурата с един градус, не е същото, което трябва да се прехвърля при стайна температура, която е 100 градуса или при 0 градуса. Най-добрият пример за това е температурната зависимост на специфичната топлина на водата. Виждаме, че при различни температури специфичната топлина на водата варира.
Можем да кажем, че това е свойство, което веществата притежават и това е свързано с количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата. Друга от най-значимите характеристики, които водата има, е, че има висока специфична топлина. Това означава, че за да повишат температурата на водата, те трябва да поемат много топлина на единица маса.
Специфичната топлина на водата е различна в зависимост от това дали обемът се поддържа постоянен или налягането се поддържа постоянно. Тези променливи задават и други стойности в зависимост от тези условия. Когато се отнасяме до обема на веществото, ние се отнасяме до изохорна специфична топлина. От друга страна, ако се позоваваме на постоянно налягане, ние посочваме, че изобарна специфична топлина. Ако отидем на практика, тази разлика се прави главно при работа с газове, а не с течности.
Значение на специфичната топлина на водата
Знаем, че при стандартни условия килограм вода се нуждае от 1 килокалория, за да се повиши температурата му до 1 ºC, т.е. 1 kcal/° C • kg, което се равнява на 4184 J/(K • kg) в международната система. Знаем, че тази специфична топлина е най-висока от която и да е друга често срещана субстанция. Ако поставим леген през лятото с вода на пълно слънце, той може да бъде отопляем и топъл. въпреки това, няма да успее да повиши температурата си достатъчно, за да свари или сготви яйца в него. От друга страна, ако поставим метална пръчка, вероятно няма да можете да я вземете, тъй като нейната температура ще бъде толкова висока, че ще изгори.
Специфичната топлина на водата се дължи на водородните връзки, от които са изградени водните молекули. Това е вид взаимодействие между молекулите, което е толкова силно, че е необходимо да се осигури много енергия, за да ги накара да вибрират и да повишат температурата им. Водородните връзки са много мощни и е необходима енергия, за да се движи. Следователно поддържането на водата да кипи изисква непрекъснато доставяне на енергия.
Значението, което има, се предава и в метеорологията. Фактът, че водата има този висок годишен топлинен капацитет, е любопитен факт, ако не и важно свойство, което по-специално помага за регулиране на времето и климата като цяло. С тази висока специфична топлина знаем, че големите водни обекти са отговорни за регулирането на екстремните колебания в температурата на цялата планета. В противен случай климатът вероятно няма да има същите характеристики като този, който познаваме днес.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за специфичната топлина на водата и нейното значение.