სპეციფიკური სითბოს განმარტება

ეველინ მეიტი მარინი
ინდუსტრიული ინჟინერი, მაგისტრი ფიზიკაში და EdD

სპეციფიკური სითბო (c) განისაზღვრება, როგორც ენერგიის რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ნივთიერების მასის ტემპერატურის ზრდის მიხედვით ტემპერატურის ერთეულში. იგი ასევე ცნობილია როგორც თერმული სიმძლავრე ან სპეციფიკური სითბოს სიმძლავრე.

ეს არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია მატერიის მდგომარეობაზე, ვინაიდან ნივთიერების სპეციფიკური სიცხე თხევად მდგომარეობაში არ არის იგივე, რაც იგივე ნივთიერების აიროვან მდგომარეობაში. ანალოგიურად, წნევის და ტემპერატურის პირობები, რომლებშიც მასალა გვხვდება, გავლენას ახდენს მის სპეციფიკურ სითბოზე. ძირითადად, ეს არის მატერიის ინტენსიური თვისება, რომელიც ეხება ა-ის თერმული სიმძლავრეს ნივთიერება, რადგან ის უზრუნველყოფს მასალის თერმული მგრძნობელობის მნიშვნელობას დამატებით ენერგია.

Იცოდი…? ტერმინი სპეციფიკური სითბო გაჩნდა იმ დროს, როდესაც მექანიკური ფიზიკის და თერმოდინამიკის განშტოებები თითქმის დამოუკიდებლად განვითარდა; თუმცა, ამჟამად, სპეციფიკური სითბოსთვის უფრო შესაფერისი ტერმინი იქნება ენერგიის სპეციფიკური გადაცემა.

თუ იმავე ტემპერატურაზე ცხელ ყავას ორ ჭიქაში ჩაასხამენ: ერთი სტიროფუმისგან (ანიმე) და მეორე ალუმინისგან და ორივე ჭიქა ხელში დაიჭირება, აღქმული იქნება, რომ ჭიქა ალუმინი უფრო ცხელდება, ვიდრე პოლისტიროფამი, რაც გულისხმობს, რომ მეტი სითბო უნდა დაემატოს პოლისტიროფის ფინჯანს, რათა მისი ტემპერატურა გაიზარდოს, როგორც სტიროქაფის ჭიქის ტემპერატურა. ალუმინის.

სპეციფიკური სითბოს ფორმულა

თუ Q არის m მასის ნივთიერებასა და მის გარემოცვას შორის გაცვლილი ენერგიის რაოდენობა, რომელიც იწვევს ტემპერატურის ცვალებადობას ΔT (Tf – Ti), გვაქვს:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

სადაც c არის სპეციფიკური სითბო.

ამ გამოთქმიდან შეიძლება დავასკვნათ, რომ სპეციფიკური სითბოს ერთეულები იქნება:

• საერთაშორისო სისტემაში სპეციფიკური სიცხე c = (ჯ/კგ. კ)
• ინგლისურ სისტემაში c = (BTU/lb-m.ºF)
• სხვა სისტემებში ასევე ხშირია c = (Cal/g.ºC) გამოხატვა.

მეორეს მხრივ, ასევე შეიძლება აღინიშნოს, რომ რაც უფრო მაღალია ნივთიერების სპეციფიკური სითბო, მით უფრო დაბალია მისი ტემპერატურის ცვალებადობა მიწოდებული ენერგიის მოცემული რაოდენობით. ამ მიზეზით, თუ გსურთ მასალა, რომელიც ადვილად თბება, უნდა აირჩიოთ ისეთი, რომელსაც აქვს დაბალი სპეციფიკური სითბო.

შენიშვნა: მნიშვნელოვანია განვმარტოთ, რომ სპეციფიკური სითბო ეხება ენერგიის რაოდენობას გაზარდეთ ტემპერატურა, სითბო არის ენერგიის გადაცემის განსაკუთრებული ფორმა, მაგრამ არა მხოლოდ. მაგალითად, შეგიძლიათ გაზარდოთ ნივთიერების ტემპერატურა მასზე მექანიკური სამუშაოების ჩატარებით.

სპეციფიკური სითბოს მაგალითები მასალებში

კონტროლირებად ლაბორატორიულ პირობებში შესაძლებელი გახდა სხვადასხვა სახის სპეციფიკური სითბოს დადგენა ნივთიერებები, რაც შესაძლებელს ხდის მასალების შედარებას და შერჩევას განაცხადის მიხედვით კონკრეტული. შემდეგი ცხრილი არის ზოგიერთი მასალის სპეციფიკური სითბოს ნიმუში (ატმოსფერული წნევა და 25 ºC):
ნივთიერება c (ჯ/კგ. კ) გ (კალ/გ. ºC)
წყალი (15ºC) 4186 1
ეთილის სპირტი 2438 0,582
ქვიშა 780 0.186
სპილენძი 385 0,091
ყინული (-10 ºC) 2220 0.530
ჟანგბადი 918 0,219
წყალბადის ზეჟანგი (H2O2) 2619 0,625
მინა 792 0,189
ალუმინი 897 0.214
ხე 170 0.406
ზეითუნის ზეთი 1675 0.400
ცეცხლგამძლე აგური 879 0.210

შენიშვნა: როგორც ხედავთ, წყალი არის ერთ-ერთი ყველაზე მაღალი სპეციფიკური სითბოს მქონე ნივთიერება, რაც კიდევ ერთხელ ადასტურებს ამ სითხის მნიშვნელობას ჩვენი პლანეტის ტემპერატურის რეგულირებისთვის.

მაგალითი 1: რამდენი ენერგია უნდა გადავიდეს წყლის 2 კგ მასაზე, რომ მისი ტემპერატურა 15 ºC-დან 90 ºC-მდე გაიზარდოს?

გამოსავალი: წინა ცხრილიდან შეიძლება მივიღოთ, რომ სუფთა წყლის სპეციფიკური სიცხე არის 1 კალ/გ.ºC, ასე რომ ამ მნიშვნელობიდან და მოწოდებული მონაცემებიდან შესაძლებელია Q ენერგია გასუფთავდეს:

სითბოს რაოდენობაა:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

ეს ნიშნავს, რომ 2 კგ წყლის (2000 გ) ტემპერატურის 15ºC-დან 90ºC-მდე ამაღლებისთვის საჭიროა 150000 კალორია.

მაგალითი 2: რა იქნება 1 კგ ალუმინის ზოლის საბოლოო ტემპერატურა, რომელიც თბება ბუნსენის სანთურში 25 ºC ტემპერატურიდან 4000 ჯოული ენერგიის გამოყენებით?

გამოსავალი: სპეციფიკური სითბოს ცხრილიდან ამ ცვლადის მნიშვნელობა შეიძლება ავიღოთ ალუმინისთვის, სადაც c = 897 ჯ/კგ. კ.

ტემპერატურის შემთხვევაში, 25 ºC გარდაიქმნება კელვინის აბსოლუტურ შკალად 273,15 ერთეულის დამატებით, ასე რომ, ზოლის საწყისი ტემპერატურა არის 298,15 K.

საბოლოო ტემპერატურის გასუფთავება სპეციფიური სითბოს გამოხატვისგან გვაქვს:

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

ალუმინის ზოლის საბოლოო ტემპერატურა იქნება 302.61 K ან 29.46 ºC.

შენიშვნა: ნივთიერებების სპეციფიკური სითბოს ცოდნა და ინტერპრეტაცია ძალიან სასარგებლოა, როდესაც გსურთ აირჩიოთ შესაფერისი მასალა გარკვეული გამოყენებისთვის. მაგალითად, საავტომობილო მექანიკაში, ბევრი კომპონენტი, რომელიც ქმნის მანქანის მექანიზმებს, ექვემდებარება მაღალ ტემპერატურას, ამიტომ სასურველია, რომ გაცხელებისას მასალა არ იღლება. განმუხტვის.