Īpatnējā siltuma definīcija

Evelīna Maitī Marina
Rūpniecības inženieris, fizikas maģistrs un EdD

Īpatnējais siltums (c) ir definēts kā enerģijas daudzums, kas nepieciešams saskaņā ar vielas masas vienības temperatūras pieaugumu temperatūras vienībā. To sauc arī par siltuma jaudu vai īpatnējo siltuma jaudu.

Tas ir fizikāls lielums, kas ir atkarīgs no vielas stāvokļa, jo vielas īpatnējais siltums šķidrā stāvoklī nav tāds pats kā tās pašas vielas siltums gāzveida stāvoklī. Tāpat spiediena un temperatūras apstākļi, kādos materiāls tiek atrasts, ietekmē tā īpatnējo siltumu. Būtībā tā ir intensīva matērijas īpašība, kas attiecas uz a termisko jaudu viela, jo tā nodrošina materiāla termiskās jutības vērtību pievienošanai enerģiju.

Vai tu zināji…? Termins īpatnējais siltums radās laikā, kad mehāniskās fizikas un termodinamikas nozares attīstījās gandrīz neatkarīgi; tomēr šobrīd piemērotāks īpatnējā siltuma termins būtu īpatnējā enerģijas pārnese.

Ja vienā temperatūrā karstu kafiju ielej divās glāzēs: vienā no putupolistirola (anime) un otrā no alumīnija un abas glāzes turēs rokās, tiks uztverts, ka glāzē Alumīnijs jūtas karstāks nekā putupolistirols, kas nozīmē, ka putupolistirola krūzei ir jāpievieno vairāk siltuma, lai tā temperatūra paaugstinātos tāpat kā putupolistirola krūzei. alumīnija.

īpašā siltuma formula

Ja Q ir enerģijas daudzums, kas apmainīts starp vielu ar masu m un tās apkārtni, izraisot temperatūras svārstības ΔT (Tf – Ti), ir:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

kur c ir īpatnējais siltums.

No šīs izteiksmes var secināt, ka konkrētās siltuma vienības būs:

• Starptautiskajā sistēmā īpatnējais siltums c = (J/kg. K)
• Angļu sistēmā c = (BTU/lb-m.ºF)
• Citās sistēmās arī parasti izsaka c = (Cal/g.ºC)

No otras puses, var arī novērot, ka jo augstāks ir vielas īpatnējais siltums, jo mazāka ir tās temperatūras variācija noteiktam piegādātās enerģijas daudzumam. Šī iemesla dēļ, ja vēlaties viegli uzkarstošu materiālu, izvēlieties tādu, kam ir zems īpatnējais siltums.

Piezīme: ir svarīgi precizēt, ka īpatnējais siltums attiecas uz enerģijas daudzumu paaugstināt temperatūru, jo siltums ir īpašs enerģijas pārneses veids, bet ne tikai. Piemēram, jūs varat paaugstināt vielas temperatūru, veicot mehānisku darbu pie tās.

Īpatnējā siltuma piemēri materiālos

Kontrolētos laboratorijas apstākļos ir bijis iespējams noteikt dažādu veidu īpatnējo siltumu vielas, kas ļauj salīdzināt un izvēlēties materiālus atbilstoši pielietojumam īpaši. Šajā tabulā ir parādīts dažu materiālu īpatnējo siltumu paraugs (pie atmosfēras spiediena un 25 ºC):
Viela c (J/kg. K) c (kal./g. ºC)
Ūdens (15ºC) 4186 1
Etilspirts 2438 0,582
Smiltis 780 0,186
Varš 385 0,091
Ledus (-10 ºC) 2220 0,530
Skābeklis 918 0,219
Ūdeņraža peroksīds (H2O2) 2619 0,625
Stikls 792 0,189
Alumīnijs 897 0,214
Koksne 170 0,406
Olīveļļa 1675 0,400
Ugunsizturīgs ķieģelis 879 0,210

Piezīme: kā redzams, ūdens ir viena no vielām ar augstāko īpatnējo siltumu, kas vēlreiz apliecina šī šķidruma nozīmi mūsu planētas temperatūras regulēšanā.

1. piemērs: Cik daudz enerģijas jāpārnes uz 2 kg ūdens masu, lai paaugstinātu tā temperatūru no 15 ºC līdz 90 ºC?

Risinājums: No iepriekšējās tabulas var iegūt, ka tīra ūdens īpatnējais siltums ir 1 Cal/g.ºC, lai no šīs vērtības un sniegtajiem datiem varētu notīrīt enerģiju Q:

Siltuma daudzums ir:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Tas nozīmē, ka ir nepieciešamas 150 000 kalorijas, lai 2 kg ūdens (2000 g) paaugstinātu temperatūru no 15ºC līdz 90ºC.

2. piemērs: Kāda būs 1 kg smaga alumīnija stieņa galīgā temperatūra, kas tiek uzkarsēta Bunsena degli no 25 ºC temperatūras, izmantojot 4000 džoulus enerģijas?

Risinājums: No īpatnējo siltumu tabulas šī mainīgā lieluma vērtību var ņemt alumīnijam, kur c = 897 J/kg. K.

Temperatūras gadījumā 25 ºC tiek pārveidots par absolūto Kelvina skalu, pievienojot 273,15 vienības, lai stieņa sākotnējā temperatūra būtu 298,15 K.

Attīrot galīgo temperatūru no īpatnējā siltuma izteiksmes, mums ir:

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

Alumīnija stieņa galīgā temperatūra būs 302,61 K jeb 29,46 ºC.

Piezīme: vielu īpatnējā siltuma zināšanas un interpretācija ir ļoti noderīga, ja vēlaties izvēlēties piemērotāko materiālu noteiktam lietojumam. Piemēram, automobiļu mehānikā daudzas sastāvdaļas, kas veido transportlīdzekļa mehānismus, tiks pakļauts augstām temperatūrām, tāpēc ir vēlams, lai karsējot materiāls nenogurtu ar vieglumu.