Definition von spezifischer Wärme

Evelyn Maitee Marin
Wirtschaftsingenieur, MSc in Physik und EdD

Die spezifische Wärme (c) ist definiert als die Energiemenge, die entsprechend der Temperaturerhöhung einer Stoffmasseneinheit in einer Temperatureinheit erforderlich ist. Sie wird auch als Wärmekapazität oder spezifische Wärmekapazität bezeichnet.

Sie ist eine vom Aggregatzustand abhängige physikalische Größe, da die spezifische Wärme eines Stoffes im flüssigen Zustand nicht die gleiche ist wie die des gleichen Stoffes im gasförmigen Zustand. Ebenso beeinflussen die Druck- und Temperaturbedingungen, unter denen sich das Material befindet, seine spezifische Wärme. Im Grunde ist es eine intensive Eigenschaft von Materie, die sich auf die Wärmekapazität einer bezieht Substanz, da sie einen Wert für die thermische Empfindlichkeit eines Materials gegenüber der Zugabe liefert Energie.

Wussten Sie…? Der Begriff spezifische Wärme entstand zu einer Zeit, als sich die Zweige der mechanischen Physik und der Thermodynamik fast unabhängig voneinander entwickelten; Gegenwärtig wäre jedoch die spezifische Energieübertragung ein geeigneterer Begriff für spezifische Wärme.

Wenn heißer Kaffee mit der gleichen Temperatur in zwei Gläser gegossen wird: eines aus Styropor (Anime) und das andere aus Aluminium und beide Gläser in den Händen gehalten werden, wird es wahrgenommen, dass das Glas aus ist Aluminium fühlt sich heißer an als Styropor, was bedeutet, dass dem Styroporbecher mehr Wärme zugeführt werden muss, damit seine Temperatur wie die des Styroporbechers ansteigt. Aluminium.

spezifische Wärmeformel

Wenn Q die zwischen einem Stoff der Masse m und seiner Umgebung ausgetauschte Energiemenge ist, die eine Temperaturänderung ΔT (Tf – Ti) verursacht, haben wir:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

wobei c die spezifische Wärme ist.

Aus diesem Ausdruck kann abgeleitet werden, dass die spezifischen Wärmeeinheiten wie folgt sind:

• Im Internationalen System ist die spezifische Wärme c = (J/kg. K)
• Im englischen System, c = (BTU/lb-m.ºF)
• In anderen Systemen ist es auch üblich, c = (Cal/g.ºC) auszudrücken.

Andererseits lässt sich auch beobachten, dass je höher die spezifische Wärme eines Stoffes ist, desto geringer ist seine Temperaturschwankung bei gegebener zugeführter Energiemenge. Wenn Sie also ein Material wünschen, das sich leicht aufheizt, sollten Sie eines mit geringer spezifischer Wärme wählen.

Hinweis: Es ist wichtig klarzustellen, dass sich die spezifische Wärme auf die Energiemenge bezieht Erhöhen Sie die Temperatur, wobei Wärme eine besondere Form der Energieübertragung ist, aber nicht die nur. Man kann zum Beispiel die Temperatur eines Stoffes erhöhen, indem man an ihm mechanische Arbeit verrichtet.

Beispiele für spezifische Wärme in Materialien

Unter kontrollierten Laborbedingungen ist es gelungen, die spezifische Wärme einer Vielzahl von zu bestimmen Stoffe, was Vergleiche und Materialauswahl je nach Anwendung ermöglicht besondere. Die folgende Tabelle ist ein Beispiel der spezifischen Wärmen für einige Materialien (bei atmosphärischem Druck und 25 ºC):
Stoff c (J/kg. K) c (Kal/g. ºC)
Wasser (15ºC) 4186 1
Ethylalkohol 2438 0,582
Sand 780 0,186
Kupfer 385 0,091
Eis (-10 ºC) 2220 0,530
Sauerstoff 918 0,219
Wasserstoffperoxid (H2O2) 2619 0,625
Glas 792 0,189
Aluminium 897 0,214
Holz 170 0,406
Olivenöl 1675 0,400
Feuerfester Stein 879 0,210

Hinweis: Wie man sieht, ist Wasser einer der Stoffe mit der höchsten spezifischen Wärme, was die Bedeutung dieser Flüssigkeit für die Temperaturregulierung unseres Planeten noch einmal bestätigt.

Beispiel 1: Wie viel Energie muss auf eine 2 kg schwere Wassermasse übertragen werden, um ihre Temperatur von 15 ºC auf 90 ºC zu erhöhen?

Lösung: Aus der vorherigen Tabelle kann entnommen werden, dass die spezifische Wärme von reinem Wasser 1 Cal/g.ºC beträgt, sodass aus diesem Wert und den bereitgestellten Daten die Energie Q gelöscht werden kann:

Die Wärmemenge beträgt:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Dies bedeutet, dass 150.000 Kalorien erforderlich sind, um die Temperatur von 2 kg Wasser (2000 g) von 15 °C auf 90 °C zu erhöhen.

Beispiel 2: Welche Endtemperatur hat ein 1 kg Aluminiumbarren, der in einem Bunsenbrenner von einer Temperatur von 25 ºC mit 4000 Joule Energie erhitzt wird?

Lösung: Aus der Tabelle der spezifischen Wärmen kann der Wert dieser Größe für Aluminium entnommen werden, wobei c = 897 J/kg ist. K.

Bei der Temperatur werden 25 ºC durch Addition von 273,15 Einheiten in eine absolute Kelvin-Skala umgewandelt, sodass die Anfangstemperatur des Balkens 298,15 K beträgt.

Wenn wir die Endtemperatur aus dem Ausdruck der spezifischen Wärme löschen, haben wir:

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

Die Endtemperatur des Aluminiumstabs beträgt 302,61 K oder 29,46 ºC.

Hinweis: Die Kenntnis und Interpretation der spezifischen Wärme von Stoffen ist sehr nützlich, wenn Sie das am besten geeignete Material für eine bestimmte Verwendung auswählen möchten. Beispielsweise sind in der Kfz-Mechanik viele der Komponenten, aus denen die Mechanismen des Fahrzeugs bestehen, wird hohen Temperaturen ausgesetzt, daher ist es wünschenswert, dass das Material beim Erhitzen nicht ermüdet Leichtigkeit.