Definicija specifične topline

Evelyn Maitee Marin
Industrijski inženjer, magistar fizike i EdD

Specifična toplina (c) definirana je kao količina energije potrebna prema porastu temperature jedinice mase tvari u jedinici temperature. Također je poznat kao toplinski kapacitet ili specifični toplinski kapacitet.

To je fizikalna veličina koja ovisi o agregatnom stanju, budući da specifična toplina tvari u tekućem stanju nije ista kao kod iste tvari u plinovitom stanju. Isto tako, uvjeti tlaka i temperature na kojima se materijal nalazi utječu na njegovu specifičnu toplinu. U osnovi, to je intenzivno svojstvo materije koje se odnosi na toplinski kapacitet a tvari, budući da daje vrijednost toplinske osjetljivosti materijala na dodatak energije.

Dali si znao…? Izraz specifična toplina nastao je u vrijeme kada su se grane mehaničke fizike i termodinamike razvile gotovo neovisno; međutim, trenutno bi prikladniji izraz za specifičnu toplinu bio specifični prijenos energije.

Ako se vruća kava iste temperature ulije u dvije čaše: jednu od stiropora (anime) i drugu od aluminija i obje čaše drže u rukama, smatrat će se da je čaša od Aluminij se čini toplijim od stiropora, što znači da je potrebno dodati više topline čašici od stiropora kako bi se njegova temperatura povećala poput one čaše od stiropora. aluminij.

formula specifične topline

Ako je Q količina energije razmijenjena između tvari mase m i njezine okoline, uzrokujući temperaturnu varijaciju ΔT (Tf – Ti), imamo:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

gdje je c specifična toplina.

Iz ovog izraza može se zaključiti da će jedinice specifične topline biti:

• U međunarodnom sustavu, specifična toplina c = (J/kg. K)
• U engleskom sustavu, c = (BTU/lb-m.ºF)
• U drugim sustavima također je uobičajeno izraziti c = (Cal/g.ºC)

S druge strane, također se može primijetiti da što je veća specifična toplina tvari, to je niža njezina temperaturna varijacija za određenu količinu dovedene energije. Iz tog razloga, ako želite materijal koji se lako zagrijava, trebali biste odabrati onaj koji ima nisku specifičnu toplinu.

Napomena: važno je pojasniti da se specifična toplina odnosi na količinu energije za povećati temperaturu, toplina je poseban oblik prijenosa energije, ali ne i samo. Na primjer, možete povećati temperaturu tvari vršeći mehanički rad na njoj.

Primjeri specifične topline u materijalima

U kontroliranim laboratorijskim uvjetima, bilo je moguće odrediti specifičnu toplinu širokog spektra tvari, što omogućuje usporedbe i odabir materijala prema primjeni poseban. Sljedeća tablica je uzorak specifičnih toplina za neke materijale (pri atmosferskom tlaku i 25 ºC):
Tvar c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Voda (15ºC) 4186 1
Etilni alkohol 2438 0,582
Pijesak 780 0,186
Bakar 385 0.091
Led (-10 ºC) 2220 0,530
Kisik 918 0,219
Vodikov peroksid (H2O2) 2619 0,625
Staklo 792 0,189
Aluminij 897 0,214
Drvo 170 0,406
Maslinovo ulje 1675 0,400
Vatrostalna opeka 879 0.210

Napomena: kao što se vidi, voda je jedna od tvari s najvećom specifičnom toplinom, što još jednom potvrđuje važnost ove tekućine za regulaciju temperature našeg planeta.

Primjer 1: Koliko energije treba prenijeti na masu vode od 2 kg da bi joj se temperatura povećala sa 15 ºC na 90 ºC?

Riješenje: Iz prethodne tablice može se dobiti da je specifična toplina čiste vode 1 Cal/g.ºC, tako da se iz ove vrijednosti i navedenih podataka može očistiti energija Q:

Količina topline je:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

To znači da je potrebno 150 000 kalorija da se temperatura 2 kg vode (2000 g) podigne s 15ºC na 90ºC.

Primjer 2: Koja će biti konačna temperatura aluminijske šipke od 1 kg koja se zagrijava u Bunsenovom plameniku od temperature od 25 ºC uz primjenu 4000 džula energije?

Riješenje: Iz tablice specifične topline može se uzeti vrijednost ove varijable za aluminij, gdje je c = 897 J/kg. K.

U slučaju temperature, 25 ºC pretvara se u apsolutnu Kelvinovu ljestvicu dodavanjem 273,15 jedinica, tako da je početna temperatura stupca 298,15 K.

Čišćenjem konačne temperature iz izraza specifične topline imamo:

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

Konačna temperatura aluminijske šipke bit će 302,61 K ili 29,46 ºC.

Napomena: poznavanje i tumačenje specifične topline tvari vrlo je korisno kada želite odabrati najprikladniji materijal za određenu upotrebu. Na primjer, u automobilskoj mehanici, mnoge komponente koje čine mehanizme vozila, bit će izložen visokim temperaturama, pa je poželjno da se pri zagrijavanju materijal ne zamara olakšati.