Една от най-изявените и важни теми в калориметрията е темата за Специфична топлина, но преди да говорим за специфичната топлина, трябва да знаем за Чувствителна топлина и Латентна топлина, накрая, след като разберем тези термини, ще можем да решаваме упражнения или проблеми от тази тема и освен това ще решаваме още предложени упражнения.
🔥 Какво е разумна топлина и латентна топлина?
Когато тялото получи или се откаже от определено количество топлинна енергия, можем да наблюдаваме, като следствие, промяна в неговата температура или промяна в неговото физическо състояние.
Изменението на температурата съответства на изменение в състоянието на възбуда на частиците на тялото. В този случай се извиква пренесената топлинна енергия разумна топлина. Промяната във физическото състояние съответства на промяна в състоянието на агрегация на частиците на тялото, причинявайки например твърдо вещество да се трансформира в течност. Извиква се топлинната енергия, отговорна за промените в състоянието латентна топлина.
Също така е много важно разликата между топлината и температурата да е много ясна. Топлината е името, което даваме на топлинната енергия, когато тя преминава между две места с различни температури. Температурата е термодинамичното състояние на тялото, което свързваме със средното ниво на възбуда на неговите частици.
Ако видим картината, ще забележим следното. Топлинната енергия, доставяна от пламъка на печката, първоначално се използва за загряване на чайника и водата. Когато настъпи кипене, наблюдаваме как водната пара се издига от дюзата на чайника. Тази пара е част от водата, превърнала се в газообразно състояние.
🤔 Какво е специфична топлина?
За да разберете Специфична топлина, важно е да се анализират много случаи и ситуации. За това ще го анализираме малко по малко.
Най-ясният ефект за разбиране на това явление е следният, той се появява, когато температурните вариации на даден обект се доставят или изтеглят топлинна енергия, т.е. когато го загряваме или охлаждаме. Ако поставим тенджера с вода върху горяща печка, нейната температура се увеличава. Ако го поставим в хладилник или хладилник, температурата му намалява. Но от какво зависят тези температурни вариации? Това е, което ще разгледаме в тази статия.
Представете си следните ситуации:
Случай 1:
Имаме две тенджери, едната от желязо, а другата от стъкло, съдържаща същото количество вода, поддържана от две различни горелки за печки. Мислите ли, че ще има разлика в температурите след същия интервал от време?
Случай 2:
Две еднакви тенджери, съдържащи еднакво количество вода, се поставят едновременно върху различни горелки на печките, едната с пламък "нисък", а другата с пламък "висока". Мислите ли, че ще има разлика във времето за кипене на водата?
Случай 3:
Отново имаме две тенджери и двете са еднакви, едната съдържа 1 литър вода, а другата 1/2 литра, те са поставени на различни горелки за печки. Мислите ли, че единият от тях ще заври първи от другия?
Сравненията на предишните случаи показват, че повишаването на температурата на тялото зависи от материала, от който е направено (Случай 1), това също зависи от количеството доставена топлина (Случай 2) и количеството на веществото в тялото (Случай 3). Същото би се случило и в случай на охлаждане.
Извиква се характеристиката, която зависи от материала или веществото, от които е направен обектът специфична топлина.
Що се отнася до специфичната топлина, тя ни дава да разберем кога даден материал е по-труден за нагряване или охлаждане, т.е. колкото по-ниска е неговата температурна вариация, когато получава или губи същото количество топлина или топлинна енергия. Можем да мислим за него специфична топлина като мярка за "устойчивостта" на дадено вещество към изменение на температурата когато сменя топлината.
В първата ситуация желязната тенджера достига по-висока температура от стъклената, тъй като желязото има по-ниска специфична топлина от стъклото.
Специфичната топлина (ce) се определя като количеството топлина, което е необходимо на грам вещество, за да повиши температурата си до един градус по Целзий. Най-често използваната мерна единица за специфична топлина е cal/g ° C.
📈 Таблица на специфичните топлини
От тази таблица е възможно да се заключи, че варирането в температурата на тялото при обмен на определено количество топлинна енергия зависи от материала, от който е изградено тялото (специфична топлина) и неговата маса.
Виждаме, че водата има по-висока специфична топлина, което затруднява нагряването.
🔹 Специфична топлинна формула
Математически изразяваме специфичната топлина по следния начин:
ΔQ = Повишена топлина (измерена в калории)
ΔT = Повишаване на температурата (измерено в ° C)
m = Маса (измерена в грамове)
В някои случаи можем да намерим формулата на Топлинен капацитет откъдето идва формулата за специфична топлина.
С = Топлинен капацитет (кал/° C)
ΔQ = Повишена топлина (измерена в калории)
ΔT = Повишаване на температурата (измерено в ° C)
🔸 Решени упражнения за специфична топлина
За да разберем по-добре темата за специфичната топлина, нека видим решението на следните проблеми.
Задача 1.- 600 грама желязо се намират при температура 19 ° C. Каква ще бъде крайната му температура, ако й се дадат 1300 калории?
Решение:
Упражнението е много лесно за решаване, тъй като има 600 грама желязо, което първоначално има температура 19 ° C и което се доставя с количество от 1300 калории, накрая ни изисква да изчислим крайната температура, но нека не забравяме че е То се занимава със специфичната топлина на желязото. Така че, като вземем данните, които имаме.
Данни:
а) Вземете температурата финал
Имаме формулата за специфична топлина:
Решаване за температура:
Изменението на температурата може да бъде записано по следния начин:
Решаване на крайната температура "Tf"
Сега, ако можем да заместим данните си във формулата, по следния начин:
Извършвайки умножението на знаменателя, получаваме.
Така че резултатът от крайната температура е 38,17 ° С
Проблем 2.- Колко топлина трябва да се приложи към 24 кг сребро, за да се повиши температурата му от 31 ° C до 95 ° C?
Решение:
За разлика от първия проблем, ние виждаме, че в този проблем ние сме помолени да намерим количеството топлина, необходимо за повишаване на температурата на 24 кг сребро от 31 ° C до 95 ° C, но трябва също да имаме предвид, че това е бар сребро. Не забравяйте да преобразувате масата в грамове.
Данни:
а) Получаване на количеството топлина за сребърната пръчка
От специфичната формула за топлина имаме:
Тъй като проблемът ни изисква да намерим количеството топлина, ние ще го разрешим.
Също така можем да запишем температурата по този начин:
Сега, ако можем да заместим данните си във формулата:
Извършване на изваждане на температурата:
Умножавайки единиците, получаваме:
Това ни дава общо 106176 калории така че целият процес, който проблемът ни изисква да се осъществи.
Задача 3.- Определете количеството топлина, което 5200 грама сребърно кюлче дава на околната среда, когато се охлажда от 130 ° C до 10 ° C?
Решение:
Както и при предишния проблем, и при този проблем се иска да изчислим количеството топлина, само че тази топлина не се доставя, а е топлина, която се предава в околната среда, тъй като температурата пада от 130 ° C до 10 ° C. Подлаганият материал е сребро, поради което трябва да се вземе предвид специфичната му топлина.
а) Вземете количеството пренесена топлина
Прилагаме формулата за специфична топлина, но не забравяйте, че в предишния проблем вече сме решили променливата ΔQ, т.е.
Какво можем да го напишем и по следния начин:
Заместване на данните във формулата:
Решаване на температурната разлика:
Умножавайки се, най-накрая получаваме:
Каква е стойността на -34 944 калории
Забележка: Отрицателният знак (-), който сме получили в резултата, показва намаляването на температурата, откакто тялото започва да отдава топлина на околната среда.
Упражнения за практикуване на специфична топлина
Сега е моментът да практикувате с някои примери и проблеми. Всеки има свое решение, за да провери дали е достигнал правилния резултат. 😊👇
Задача 4.- Колко топлина трябва да бъде доставена на 600 грама вода, за да се повиши температурата й от 25 ° C на 100 ° C?
Задача 5.- Колко калории трябва да се доставят за 3,5 кг железен метал, за да се повиши температурата му от 26 ° C на 140 ° C?
Задача 6.- Определете специфичната топлина на 720,325-грамово парче, което изисква 2300 калории, за да повиши температурата си от 37 ° C на 140 ° C. Консултирайте се с таблицата на специфичните топлини, за да определите за какъв вид вещество става дума.