חום ספציפי במה שהוא מורכב, איך הוא מחושב ודוגמאות

ה חום ספציפי הוא כמות האנרגיה כי גרם של חומר מסוים חייב לספוג כדי להגדיל את הטמפרטורה שלה תואר אחד צלזיוס. זהו מאפיין פיזי אינטנסיבי, שכן הוא אינו תלוי במסה שתתבטא רק בגרם של חומר; עם זאת, הוא קשור למספר החלקיקים ואת המסה הטוחנת של החלקיקים, כמו גם את הכוחות intermolecular המחייבים אותם.

כמות האנרגיה שנספגה על ידי החומר באה לידי ביטוי ביחידות של ג'ול (J), ופחות נפוץ, קלוריות (Cal). בדרך כלל, ההנחה היא כי האנרגיה נספג באמצעות חום; עם זאת, האנרגיה יכולה לבוא ממקור אחר, כגון עבודה שנעשתה על החומר (תסיסה קפדנית, למשל).

התמונה העליונה מציגה קומקום, שממנו משוחררים אדי המים שנוצרו על ידי החימום. כדי לחמם את המים, הוא חייב לספוג חום מן הלהבה ממוקם מתחת קומקום. כך, ככל שהזמן עובר, ובהתאם לעוצמת האש, המים ירתחו כאשר יגיע לנקודת הרתיחה שלו.

החום הספציפי קובע כמה אנרגיה צורכת המים עבור כל דרגה ° C שמגבירה את הטמפרטורה. ערך זה הוא קבוע אם כרכים שונים של מים מחוממים באותו קומקום, שכן כאמור, זהו נכס אינטנסיבי.

מה משתנה הוא הסכום הכולל של אנרגיה נספג על ידי כל גוף מחומם של מים, המכונה גם קיבולת החום. ככל שמסת המים המחוממת (2, 4, 10, 20 ליטר), כך גדל כושר החום שלה; אבל החום הספציפי שלה הוא עדיין אותו הדבר.

תכונה זו תלויה בלחץ, טמפרטורה ונפח; עם זאת, לצורך הבנה פשוטה, הווריאציות המקביל שלהם מושמטים.

אינדקס

• 1 מהו החום הספציפי??
• 2 כיצד מחושב החום הספציפי?
  • 2.1 מים כהפניה
  • 2.2 שיווי משקל תרמי
  • 2.3 התפתחות מתמטית
  • 2.4 דוגמה לחישוב
• 3 דוגמאות
  • 3.1 מים
  • 3.2 קרח
  • 3.3 אלומיניום
  • 3.4 ברזל
  • 3.5 אוויר
  • 3.6 כסף
• 4 הפניות

מהו החום הספציפי?

הוא הוגדר מהו החום הספציפי של חומר מסוים. עם זאת, המשמעות האמיתית שלה באה לידי ביטוי בצורה הטובה ביותר עם הנוסחה שלה, אשר מבהיר באמצעות יחידות שלה אשר הם ההבהרות הכרוכות בעת ניתוח המשתנים שבהם הוא תלוי. הנוסחה שלה היא:

Ce = Q / ΔT · m

כאשר Q הוא החום שנספג, ΔT שינוי הטמפרטורה, ו- m הוא המסה של החומר; כי על פי ההגדרה המתאים גרם אחד. ביצוע ניתוח של היחידות שלך יש לך:

Ce = J / ºC · g

אשר יכול גם לבוא לידי ביטוי בדרכים הבאות:

Ce = kJ / K · G

Ce = J / ºC · Kg

הראשון הוא הפשוט ביותר, וזה עם זה הדוגמאות יטופלו בסעיפים הבאים.

הנוסחה מציינת במפורש את כמות האנרגיה שנספגה (J) בגרם אחד של חומר בדרגה אחת ° C. אם אתה רוצה לנקות את כמות האנרגיה, היית צריך לעזוב בצד את המשוואה J:

J = Ce · ºC · g

זה בא לידי ביטוי בצורה הולמת יותר ועל פי המשתנים יהיה:

Q = Ce · ΔT · m

כיצד מחושב החום הספציפי?

מים כנקודת התייחסות

ב הנוסחה הקודמת 'מ' אינו מייצג גרם של חומר, כי זה כבר במשתמע Ce.נוסחה זו שימושית מאוד לחשב את הספציפי של חומרים שונים באמצעות calorimetry.

איך? באמצעות ההגדרה של קלוריות, המהווה את כמות האנרגיה הדרושה כדי לחמם גרם של מים מ 14.5 ל 15.5 מעלות צלזיוס; זה שווה ל 4.184 J.

החום הספציפי של המים הוא גבוה באופן חריג, ואת המאפיין הזה משמש למדידת מחממים ספציפיים של חומרים אחרים לדעת את הערך של 4.184 J.

מה זה אומר כי חום מסוים הוא גבוה? זה מתנגד התנגדות ניכרת כדי להגביר את הטמפרטורה שלה, ולכן הוא חייב לספוג יותר אנרגיה; כלומר, המים צריכים להיות מחוממים הרבה יותר זמן בהשוואה לחומרים אחרים, אשר בסביבה של מקור חום מחומם כמעט מיד.

מסיבה זו המים משמשים מדידות calorimetric, שכן הוא אינו חווה שינויים פתאומיים של טמפרטורה כאשר סופג את האנרגיה המשתחררת תגובות כימיות; או, במקרה זה, מגע עם חומר חם אחרים.

איזון תרמי

בגלל המים צריך לספוג הרבה חום כדי להגדיל את הטמפרטורה שלו, חום יכול לבוא מתכת חם, למשל. אם ניקח בחשבון את ההמונים של מים ומתכת, חילופי חום בין שניהם יתרחשו עד להגיע למה שנקרא שיווי משקל תרמי.

כאשר זה קורה, המים והטמפרטורות מתכת משווים. החום המשתחרר על ידי המתכת החמה שווה לזה שנספג על ידי המים.

התפתחות מתמטית

בידיעה זו, ועם הנוסחה האחרונה עבור Q תיאר, יש לנו:

ש_מים= -Q_מתכת

הסימן השלילי מציין שחום משתחרר מהגוף החם ביותר (מתכת) לגוף הקר ביותר (מים). לכל חומר יש חום ספציפי משלו Ce, ואת המסה שלה, כך ביטוי זה חייב להיות מפותח כדלקמן:

ש_מים = Ce_מים · ΔT_מים · M_מים = - (Ce_מתכת · ΔT_מתכת · M_מתכת)

הבלתי ידוע הוא Ce_מתכת, מאחר שבשיווי המשקל התרמי הטמפרטורה הסופית הן של המים והן של המתכת זהה; בנוסף, הטמפרטורות ההתחלתיות של המים והמתכת ידועות לפני יצירתן, כמו גם ההמונים שלהן. לכן, עלינו לנקות Ce_מתכתYou

Ce_מתכת = (Ce_מים · ΔT_מים · M_מים) / (-ΔT_מתכת · M_מתכת)

בלי לשכוח כי Ce_מים הוא 4.184 J / ºC · g. אם ΔT מפותחים_מים ו ΔT_מתכת, זה יהיה (T_ו - T_מים) ו- (T_ו - T_מתכת), בהתאמה. המים מחוממים, בעוד המתכת מתקררת, ולכן הסימן השלילי מתרבה ל- ΔT_מתכת (T_מתכת - T_ו). אחרת, ΔT_מתכת יהיה ערך שלילי עבור היותו T_ו קטין (קר) מאשר T_מתכת.

המשוואה מתבטאת לבסוף כך:

Ce_מתכת = Ce_מים · (ט_ו - T_מים) · M_מים/ (T_מתכת - T_ו) · M_מתכת

ועם זה מחושלים ספציפיים מחושבים.

דוגמה לחישוב

יש לה כדור של מתכת משונה שמשקלה 130 גרם, ובטמפרטורה של 90 מעלות צלזיוס. זה שקוע במיכל מים של 100 גרם על 25 מעלות צלזיוס, בתוך calorimeter. כאשר שיווי משקל תרמי הוא הגיע, הטמפרטורה של המיכל הופך 40 מעלות צלזיוס. חישוב Ce מתכת.

הטמפרטורה הסופית, T_ו, זה 40 מעלות צלזיוס. לדעת את הנתונים האחרים, אז אתה יכול לקבוע Ce ישירות:

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

Ce_מתכת = 0.965 J / ºC · g

שים לב כי החום הספציפי של המים הוא בערך פי ארבעה מזה של המתכת (4.184 / 0.965).

כאשר Ce הוא קטן מאוד, כך גדל הנטייה להתחמם; אשר, קשורה מוליכות תרמית שלה דיפוזיה. מתכת עם גבוה Ce נוטים לשחרר או לאבד יותר חום, כאשר מדובר במגע עם חומר אחר, לעומת מתכת אחרת עם Ce נמוך.

דוגמאות

חימום ספציפי עבור חומרים שונים מוצגים להלן.

מים

החום הספציפי של המים, כפי שנאמר, הוא 4.184 J / ºC · g.

בזכות ערך זה, זה יכול לעשות הרבה שמש באוקיינוס ​​ואת המים בקושי להתאדות במידה ניכרת. התוצאה היא הפרש תרמי שאינו משפיע על החיים הימיים. לדוגמה, כאשר אתה הולך לחוף לשחות, גם אם הוא בחוץ בחוץ, אתה יכול להרגיש בטמפרטורות נמוכות יותר, קריר יותר במים.

מים חמים גם צריך לשחרר הרבה אנרגיה כדי להתקרר. בתהליך זה, הוא מחממת את מסתרי אוויר ההמונים, הגדלת קצת טמפרטורות (ממוזג) באזורי החוף במהלך החורף.

דוגמה מעניינת נוספת היא שאם לא היינו נוצרים על ידי מים, יום בשמש יכול להיות קטלני, כי הטמפרטורות של הגוף שלנו יעלו במהירות.

ערך ייחודי זה של Ce נובע הגשרים מימן intermolecular. אלה סופגים את החום כדי לשבור, ולכן הם מאחסנים אנרגיה. עד שהם שבורים, מולקולות המים לא יכולות לרטוט, להגדיל את האנרגיה הקינטית הממוצעת, אשר באה לידי ביטוי בעלייה בטמפרטורה.

קרח

החום הספציפי של הקרח הוא 2,090 J / ºC · g. כמו מים, יש לו ערך גבוה במיוחד. משמעות הדבר היא כי קרחון, למשל, יצטרך לספוג כמות עצומה של חום כדי להגביר את הטמפרטורה. עם זאת, כמה קרחונים של היום יש אפילו ספג את החום הדרוש כדי להמיס (חום סמוי של היתוך).

אלומיניום

החום הספציפי של האלומיניום הוא 0.900 J / ºC · g. זה מעט נמוך יותר מאשר מתכת של הכדור (0.965 J / ºC · G). כאן החום נספג לרטוט את אטומי המתכת של האלומיניום במבנים הגבישיים שלו, ולא מולקולות בודדות המחוברות לכוחות בין-מולקולריים.

ברזל

החום הספציפי של הברזל הוא 0.444 J / ºC · g. להיות פחות אלומיניום, זה אומר שהיא מתנגדת התנגדות פחות כאשר מחומם; כלומר, לפני שריפה חתיכת ברזל יהפוך אדום חם הרבה לפני חתיכת אלומיניום.

אלומיניום, בניגוד לחימום, שומר מזון חם יותר כאשר רדיד אלומיניום המפורסם משמש לעטוף את החטיפים.

אייר

החום הספציפי של האוויר הוא בערך 1.003 J / ºC · g. ערך זה כפוף מאוד ללחצים וטמפרטורות משום שהוא מורכב מתערובת גז. כאן החום נספג לרטוט את המולקולות של חנקן, חמצן, פחמן דו חמצני, ארגון וכו '..

כסף

לבסוף, החום הספציפי לכסף הוא 0.234 J / ºC · g. של כל החומרים המוזכרים, יש את הערך הנמוך ביותר של Ce.זה אומר כי לפני הברזל ואלומיניום, חתיכת כסף יחמם הרבה יותר באותו זמן כמו שתי מתכות אחרות. למעשה, זה בהרמוניה עם מוליכות תרמית גבוהה שלה.

הפניות

1. סרוואי וג'ויט. (2008). פיסיקה: מדע והנדסה. (מהדורה שביעית), כרך 1, Cengage למידה.
2. דיוויס, פק, סטנלי. (2008). כימיה (מהדורה שמינית). Cengage למידה.
3. הלמנשטיין, אן מארי, Ph.D. (5 בנובמבר 2018). קיבולת חום ספציפית בכימיה. מקור: Thinkco.com
4. אריק וו. (2007). חום ספציפי. מקור:
5. R ספינה. (2016). חום ספציפי. אוניברסיטת ג'ורג'יה. מקור: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. ויקיפדיה. (2019). חום ספציפי מקור: en.wikipedia.org