Definition af specifik varme

Evelyn Maitee Marin
Industriingeniør, MSc i fysik og EdD

Den specifikke varme (c) er defineret som den mængde energi, der kræves i henhold til temperaturstigningen af ​​en enhedsmasse af stof i en temperaturenhed. Det er også kendt som termisk kapacitet eller specifik varmekapacitet.

Det er en fysisk størrelse, der afhænger af stoffets tilstand, da den specifikke varme af et stof i flydende tilstand ikke er det samme som det samme stof i en gasformig tilstand. Ligeledes påvirker tryk- og temperaturforhold, hvor materialet findes, dets specifikke varme. Grundlæggende er det en intensiv egenskab ved stof, der refererer til den termiske kapacitet af en stof, da det giver en værdi af et materiales termiske følsomhed for tilsætning af energi.

Vidste du…? Udtrykket specifik varme opstod på det tidspunkt, hvor grene af Mekanisk Fysik og Termodynamik udviklede sig næsten uafhængigt; men på nuværende tidspunkt ville en mere passende betegnelse for specifik varme være specifik energioverførsel.

Hvis varm kaffe ved samme temperatur hældes i to glas: det ene lavet af Styrofoam (anime) og det andet lavet af aluminium, og begge glas holdes i hænderne, vil det blive opfattet, at glasset af Aluminium føles varmere end Styrofoam, hvilket betyder, at der skal tilføres mere varme til Styrofoam-koppen, så dens temperatur stiger ligesom Styrofoam-koppen. aluminium.

specifik varmeformel

Hvis Q er mængden af ​​energi, der udveksles mellem et stof med massen m og dets omgivelser, hvilket forårsager en temperaturvariation ΔT (Tf – Ti), har vi:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

hvor c er den specifikke varme.

Ud fra dette udtryk kan det udledes, at de specifikke varmeenheder vil være:

• I det internationale system er den specifikke varme c = (J/kg. K)
• I engelsk system, c = (BTU/lb-m.ºF)
• I andre systemer er det også almindeligt at udtrykke c = (Cal/g.ºC)

På den anden side kan det også observeres, at jo højere specifikke varme et stof har, desto lavere er dets temperaturvariation for en given mængde tilført energi. Af denne grund, hvis du ønsker et materiale, der let opvarmes, bør du vælge et, der har en lav specifik varme.

Bemærk: det er vigtigt at præcisere, at den specifikke varme refererer til mængden af ​​energi til øge temperaturen, varme er en særlig form for energioverførsel, men ikke kun. For eksempel kan du øge temperaturen på et stof ved at udføre mekanisk arbejde på det.

Eksempler på specifik varme i materialer

Under kontrollerede laboratorieforhold har det været muligt at bestemme den specifikke varme for en lang række af stoffer, som muliggør sammenligning og valg af materialer i henhold til applikationen særlig. Følgende tabel er et eksempel på de specifikke varme for nogle materialer (ved atmosfærisk tryk og 25 ºC):
Stof c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Vand (15ºC) 4186 1
Ethylalkohol 2438 0,582
Sand 780 0,186
Kobber 385 0,091
Is (-10 ºC) 2220 0,530
Oxygen 918 0,219
Hydrogenperoxid (H2O2) 2619 0,625
Glas 792 0,189
Aluminium 897 0,214
Træ 170 0,406
Olivenolie 1675 0,400
Ildfast mursten 879 0,210

Bemærk: som det kan ses, er vand et af de stoffer med den højeste specifikke varme, hvilket bekræfter vigtigheden af ​​denne væske til at regulere temperaturen på vores planet.

Eksempel 1: Hvor meget energi skal der overføres til en 2 kg vandmasse for at øge dens temperatur fra 15 ºC til 90 ºC?

Løsning: Fra den foregående tabel kan det fås, at den specifikke varme for rent vand er 1 Cal/g.ºC, således at energien Q kan nulstilles ud fra denne værdi og de angivne data:

Mængden af ​​varme er:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Dette indebærer, at der kræves 150.000 kalorier for at hæve temperaturen på 2 kg vand (2000 g) fra 15ºC til 90ºC.

Eksempel 2: Hvad bliver sluttemperaturen for en 1 kg aluminiumsstang, der opvarmes i en bunsenbrænder fra en temperatur på 25 ºC ved at anvende 4000 joule energi?

Løsning: Fra tabellen over specifikke varme kan værdien af ​​denne variabel tages for aluminium, hvor c = 897 J/kg. K.

I tilfælde af temperatur omdannes 25 ºC til en absolut Kelvin-skala ved at tilføje 273,15 enheder, så stangens begyndelsestemperatur er 298,15 K.

At fjerne den endelige temperatur fra udtrykket af den specifikke varme, vi har:

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

Den endelige temperatur på aluminiumsstangen vil være 302,61 K eller 29,46 ºC.

Bemærk: viden og fortolkning af stoffernes specifikke varme er meget nyttig, når du vil vælge det mest egnede materiale til en bestemt anvendelse. For eksempel inden for bilmekanik er mange af de komponenter, der udgør køretøjets mekanismer, vil blive udsat for høje temperaturer, så det er ønskeligt, at materialet ved opvarmning ikke bliver træt med lethed.