A fajhő definíciója

Evelyn Maitee Marin
ipari mérnök, MSc fizika és EdD

A fajhőt (c) úgy definiáljuk, mint azt az energiamennyiséget, amely az anyag egységnyi tömegének egységnyi hőmérsékleten belüli hőmérsékletnövekedése szerint szükséges. Hőkapacitásnak vagy fajlagos hőkapacitásnak is nevezik.

Az anyag halmazállapotától függő fizikai mennyiségről van szó, mivel egy folyékony halmazállapotú anyag fajhője nem egyezik meg ugyanennek a gázhalmazállapotú anyagnak a fajhőjével. Hasonlóképpen, az anyag nyomás- és hőmérsékleti viszonyai is befolyásolják a fajhőjét. Alapvetően az anyag intenzív tulajdonságáról van szó, amely a hőkapacitásra utal anyag, mivel megadja az anyag hőérzékenységének értékét a hozzáadáshoz energia.

Tudtad…? A fajhő kifejezés abban az időben keletkezett, amikor a mechanikai fizika és a termodinamika ágai szinte egymástól függetlenül fejlődtek; jelenleg azonban a fajhőre megfelelőbb kifejezés a fajlagos energiaátadás lenne.

Ha azonos hőmérsékletű forró kávét töltünk két pohárba: az egyik hungarocell (anime), a másik pedig alumíniumból készült, és mindkét poharat a kezünkben tartják, akkor azt érzékeljük, hogy a pohár Az alumínium melegebbnek érzi magát, mint a hungarocell, ami azt jelenti, hogy több hőt kell hozzáadni a hungarocell csészéhez, hogy a hőmérséklete megnőjön, mint a hungarocell csésze. alumínium.

fajlagos hőképlet

Ha Q az m tömegű anyag és környezete között kicserélt energia mennyisége, amely ΔT (Tf – Ti) hőmérsékletváltozást okoz, akkor a következőt kapjuk:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

ahol c a fajhő.

Ebből a kifejezésből arra lehet következtetni, hogy a fajlagos hőmértékegységek a következők lesznek:

• A nemzetközi rendszerben a fajhő c = (J/kg. K)
• Az angol rendszerben c = (BTU/lb-m.ºF)
• Más rendszerekben szintén gyakori a c = (Cal/g.ºC) kifejezés.

Másrészt az is megfigyelhető, hogy minél nagyobb egy anyag fajhője, annál kisebb a hőmérséklet-ingadozása adott energiamennyiség mellett. Emiatt, ha olyan anyagot szeretne, amely könnyen felmelegszik, akkor válassza azt, amelyik alacsony fajhővel rendelkezik.

Megjegyzés: fontos tisztázni, hogy a fajhő az energia mennyiségére vonatkozik növelje a hőmérsékletet, mivel a hő az energiaátadás sajátos formája, de nem csak. Például növelheti egy anyag hőmérsékletét, ha mechanikai munkát végez rajta.

Példák az anyagok fajhőjére

Ellenőrzött laboratóriumi körülmények között sokféle faj fajhőjét sikerült meghatározni anyagok, amely lehetővé teszi az anyagok összehasonlítását és kiválasztását az alkalmazás szerint különös. Az alábbi táblázat néhány anyag fajlagos hőjének mintája (légköri nyomáson és 25 ºC-on):
c anyag (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Víz (15 °C) 4186 1
Etil-alkohol 2438 0,582
Homok 780 0,186
Réz 385 0,091
Jég (-10 °C) 2220 0,530
Oxigén 918 0,219
Hidrogén-peroxid (H2O2) 2619 0,625
Üveg 792 0,189
Alumínium 897 0,214
Fa 170 0,406
Olívaolaj 1675 0,400
Tűzálló tégla 879 0,210

Megjegyzés: amint látható, a víz az egyik legmagasabb fajhővel rendelkező anyag, ami megerősíti ennek a folyadéknak a jelentőségét bolygónk hőmérsékletének szabályozásában.

1. példa: Mennyi energiát kell átvinni egy 2 kg tömegű vízre, hogy a hőmérséklete 15 ºC-ról 90 ºC-ra emelkedjen?

Megoldás: Az előző táblázatból megállapítható, hogy a tiszta víz fajhője 1 Cal/g.ºC, így ebből az értékből és a megadott adatokból a Q energia letisztítható:

A hőmennyiség:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Ez azt jelenti, hogy 150 000 kalóriára van szükség ahhoz, hogy 2 kg víz (2000 g) hőmérsékletét 15 °C-ról 90 °C-ra emeljük.

2. példa: Mi lesz a végső hőmérséklete annak az 1 kg-os alumíniumrúdnak, amelyet Bunsen-égőben 25 ºC-ról melegítenek fel 4000 joule energiával?

Megoldás: A fajhő táblázatból ennek a változónak az értéke alumíniumra vehető, ahol c = 897 J/kg. K.

Hőmérséklet esetén a 25 ºC-ot 273,15 egység hozzáadásával abszolút Kelvin-skálává alakítjuk, így a rúd kezdeti hőmérséklete 298,15 K lesz.

A végső hőmérsékletet a fajhő kifejezéséből megtisztítva a következőt kapjuk:

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

Az alumínium rúd végső hőmérséklete 302,61 K vagy 29,46 ºC lesz.

Megjegyzés: az anyagok fajhőjének ismerete és értelmezése nagyon hasznos, ha egy adott felhasználáshoz a legmegfelelőbb anyagot kívánja kiválasztani. Például az autómechanikában a jármű mechanizmusait alkotó számos alkatrész, magas hőmérsékletnek lesz kitéve, ezért kívánatos, hogy hevítéskor az anyag ne fáradjon el könnyedség.