비열의 정의

비열(c)은 단위 온도에서 물질의 단위 질량의 온도 증가에 따라 필요한 에너지의 양으로 정의됩니다. 열용량 또는 비열용량이라고도 합니다.

액체 상태의 물질의 비열은 기체 상태의 동일한 물질의 비열과 같지 않기 때문에 물질의 상태에 따라 달라지는 물리량입니다. 마찬가지로 재료가 발견되는 압력 및 온도 조건은 비열에 영향을 미칩니다. 기본적으로 열용량을 나타내는 물질의 집약적 특성입니다. 물질의 추가에 대한 재료의 열 민감도 값을 제공하기 때문입니다. 에너지.

알고 계셨나요??? 비열이라는 용어는 기계 물리학과 열역학의 분과가 거의 독립적으로 발전했을 때 생겨났습니다. 그러나 현재로서는 비열에 대한 보다 적절한 용어는 비에너지 전달입니다.

같은 온도의 뜨거운 커피를 스티로폼(애니메이션)과 알루미늄으로 만든 두 잔에 붓고 두 잔을 모두 손에 들고 있으면 알루미늄은 스티로폼보다 더 뜨겁게 느껴지므로 스티로폼 컵의 온도가 스티로폼 컵처럼 높아지려면 스티로폼 컵에 더 많은 열을 가해야 합니다. 알류미늄.

비열 공식

Q가 질량 m인 물질과 주변 환경 사이에서 교환되는 에너지의 양이라면 온도 변화 ΔT(Tf – Ti)를 유발합니다. 우리는 다음을 얻습니다.

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

여기서 c는 비열입니다.

이 식에서 특정 열 단위는 다음과 같다고 추론할 수 있습니다.

• 국제 시스템에서 비열 c = (J/kg. 케이)
• 영어 시스템에서 c = (BTU/lb-m.ºF)
• 다른 시스템에서도 c = (Cal/g.ºC)로 표현하는 것이 일반적입니다.

한편, 물질의 비열이 높을수록 주어진 에너지 공급량에 대한 온도 변화가 낮다는 것도 관찰할 수 있습니다. 따라서 쉽게 가열되는 재료를 원한다면 비열이 낮은 재료를 선택해야 합니다.

참고: 비열은 에너지의 양을 의미한다는 점을 명확히 하는 것이 중요합니다. 온도를 높이면 열이 에너지 전달의 특정 형태가 되지만 오직. 예를 들어, 물질에 기계적 작업을 수행하여 물질의 온도를 높일 수 있습니다.

재료의 비열 예

통제된 실험실 조건에서 다양한 종류의 비열을 결정하는 것이 가능했습니다. 용도에 따라 재료를 비교하고 선택할 수 있는 물질 특정한. 다음 표는 일부 재료의 비열 샘플입니다(대기압 및 25ºC에서).
물질 c(J/kg. K) c(칼로리/g. ºC)
물 (15ºC) 4186 1
에틸 알코올 2438 0.582
모래 780 0.186
구리 385 0.091
얼음(-10ºC) 2220 0.530
산소 918 0.219
과산화수소(H2O2) 2619 0.625
유리 792 0.189
알루미늄 897 0.214
목재 170 0.406
올리브유 1675 0.400
내화벽돌 879 0.210

참고: 보시다시피 물은 가장 높은 비열을 가진 물질 중 하나이며, 이는 지구의 온도를 조절하는 데 이 액체의 중요성을 재확인합니다.

예 1: 물의 온도를 15ºC에서 90ºC로 올리려면 2kg의 물에 얼마나 많은 에너지가 전달되어야 합니까?

해결책: 이전 표에서 순수한 물의 비열이 1 Cal/g.ºC임을 알 수 있으므로 이 값과 제공된 데이터에서 에너지 Q를 지울 수 있습니다.

열량은 다음과 같습니다.

Q = c ∙ m ∙ ∆T

이는 물 2kg(2000g)의 온도를 15ºC에서 90ºC로 올리려면 150,000칼로리가 필요하다는 것을 의미합니다.

예 2: 분젠 버너에서 25ºC의 온도에서 4000줄의 에너지를 적용하여 가열된 1kg 알루미늄 막대의 최종 온도는 얼마입니까?

해결책: 비열 표에서 이 변수의 값은 알루미늄에 대해 취할 수 있습니다. 여기서 c = 897 J/kg입니다. 케이.

온도의 경우 25ºC는 273.15 단위를 더하여 절대 Kelvin 눈금으로 변환되므로 막대의 초기 온도는 298.15K입니다.

비열 표현에서 최종 온도를 지우면 다음과 같습니다.

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \오른쪽)\왼쪽( {1\;kg} \오른쪽)}} + 298.15\;K = 302.61\;K\)

알루미늄 막대의 최종 온도는 302.61K 또는 29.46ºC입니다.

참고: 물질의 비열에 대한 지식과 해석은 특정 용도에 가장 적합한 재료를 선택하고자 할 때 매우 유용합니다. 예를 들어 자동차 역학에서는 차량의 메커니즘을 구성하는 많은 구성 요소, 고온에 노출되므로 가열 시 재료가 피로하지 않는 것이 바람직합니다. 쉬움.