Definice specifického tepla

Evelyn Maitee Marin
Průmyslový inženýr, MSc ve fyzice a EdD

Měrné teplo (c) je definováno jako množství energie potřebné v závislosti na zvýšení teploty jednotkové hmotnosti látky na jednotku teploty. Je také známá jako tepelná kapacita nebo měrná tepelná kapacita.

Je to fyzikální veličina, která závisí na skupenství hmoty, protože měrné teplo látky v kapalném skupenství není stejné jako u stejné látky v plynném skupenství. Stejně tak tlakové a teplotní podmínky, za kterých se materiál nachází, ovlivňují jeho měrné teplo. V zásadě se jedná o intenzivní vlastnost hmoty, která se vztahuje k tepelné kapacitě a látky, protože poskytuje hodnotu tepelné citlivosti materiálu na přidání energie.

Věděl jsi…? Termín měrné teplo vznikl v době, kdy se obory Mechanická fyzika a Termodynamika vyvíjely téměř samostatně; v současnosti by však pro měrné teplo byl vhodnější termín měrný přenos energie.

Pokud se horká káva o stejné teplotě nalije do dvou sklenic: jedné vyrobené z polystyrenu (anime) a druhé vyrobené z hliníku a obě sklenice držíte v rukou, bude mít pocit, že sklenice Hliník je na pocit teplejší než polystyren, což znamená, že do polystyrénového kelímku je potřeba přidat více tepla, aby se jeho teplota zvýšila jako u polystyrénového kelímku. hliník.

specifický tepelný vzorec

Jestliže Q je množství energie vyměněné mezi látkou o hmotnosti m a jejím okolím, které způsobí změnu teploty ΔT (Tf – Ti), máme:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

kde c je měrné teplo.

Z tohoto výrazu lze odvodit, že měrné jednotky tepla budou:

• V mezinárodním systému je měrné teplo c = (J/kg. K)
• V anglickém systému c = (BTU/lb-m.ºF)
• V jiných systémech je také běžné vyjadřovat c = (Cal/g.ºC)

Na druhou stranu lze také pozorovat, že čím vyšší je měrné teplo látky, tím nižší je její teplotní variace pro dané množství dodané energie. Z tohoto důvodu, pokud chcete materiál, který se snadno zahřívá, měli byste zvolit takový, který má nízké specifické teplo.

Poznámka: Je důležité objasnit, že měrné teplo se vztahuje na množství energie zvýšit teplotu, přičemž teplo je zvláštní formou přenosu energie, ale ne pouze. Můžete například zvýšit teplotu látky tím, že na ní budete mechanicky pracovat.

Příklady měrného tepla v materiálech

Za kontrolovaných laboratorních podmínek bylo možné stanovit měrné teplo široké škály látek, což umožňuje srovnání a výběr materiálů podle aplikace konkrétní. Následující tabulka je příkladem specifických tepl pro některé materiály (při atmosférickém tlaku a 25 ºC):
Látka c (J/kg. K) c (Kal/g. ºC)
Voda (15 °C) 4186 1
Ethylalkohol 2438 0,582
Písek 780 0,186
Měď 385 0,091
Led (-10 °C) 2220 0,530
Kyslík 918 0,219
Peroxid vodíku (H2O2) 2619 0,625
Sklo 792 0,189
Hliník 897 0,214
Dřevo 170 0,406
Olivový olej 1675 0,400
Žáruvzdorná cihla 879 0,210

Poznámka: jak je vidět, voda je jednou z látek s nejvyšším měrným teplem, což znovu potvrzuje význam této kapaliny pro regulaci teploty naší planety.

Příklad 1: Kolik energie musí být přeneseno na 2 kg vody, aby se její teplota zvýšila z 15 ºC na 90 ºC?

Řešení: Z předchozí tabulky lze zjistit, že měrné teplo čisté vody je 1 Cal/g.ºC, takže z této hodnoty a poskytnutých údajů lze vymazat energii Q:

Množství tepla je:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

To znamená, že ke zvýšení teploty 2 kg vody (2000 g) z 15ºC na 90ºC je zapotřebí 150 000 kalorií.

Příklad 2: Jaká bude konečná teplota hliníkové tyče o hmotnosti 1 kg, která se zahřeje v Bunsenově hořáku z teploty 25 ºC při použití energie 4000 joulů?

Řešení: Z tabulky měrných tepl lze hodnotu této proměnné převzít pro hliník, kde c = 897 J/kg. K.

V případě teploty se 25 ºC převede na absolutní Kelvinovu stupnici přidáním 273,15 jednotek, takže počáteční teplota tyče je 298,15 K.

Vymazání konečné teploty z vyjádření měrného tepla, které máme:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \right)\left( {1\;kg} \right)}} + 298,15\;K = 302,61\;K\)

Konečná teplota hliníkové tyče bude 302,61 K nebo 29,46 ºC.

Poznámka: znalost a interpretace měrného tepla látek je velmi užitečná, když chcete vybrat nejvhodnější materiál pro určité použití. Například v automobilové mechanice mnoho komponent, které tvoří mechanismy vozidla, budou vystaveny vysokým teplotám, proto je žádoucí, aby se při zahřátí materiál neunavoval ulehčit.