Definitie van soortelijke warmte

Evelyn Maitee Marin
Industrieel Ingenieur, MSc in Natuurkunde, en EdD

De soortelijke warmte (c) wordt gedefinieerd als de hoeveelheid energie die nodig is volgens de temperatuurstijging van een eenheidsmassa van een stof in een eenheid van temperatuur. Het is ook bekend als thermische capaciteit of specifieke warmtecapaciteit.

Het is een fysieke grootheid die afhangt van de toestand van de materie, aangezien de soortelijke warmte van een stof in vloeibare toestand niet dezelfde is als die van dezelfde stof in gasvormige toestand. Evenzo beïnvloeden de druk- en temperatuuromstandigheden waarbij het materiaal wordt aangetroffen de soortelijke warmte. Kortom, het is een intensieve eigenschap van materie die verwijst naar de thermische capaciteit van a substantie, omdat het een waarde geeft van de thermische gevoeligheid van een materiaal voor de toevoeging van energie.

Wist je dat…? De term soortelijke warmte ontstond in de tijd dat de takken van mechanische fysica en thermodynamica bijna onafhankelijk evolueerden; op dit moment zou een geschiktere term voor specifieke warmte echter specifieke energieoverdracht zijn.

Als hete koffie op dezelfde temperatuur in twee glazen wordt gegoten: een gemaakt van piepschuim (anime) en de andere gemaakt van aluminium en beide glazen worden in de handen gehouden, zal worden waargenomen dat het glas van Aluminium voelt heter aan dan piepschuim, wat inhoudt dat er meer warmte aan de piepschuimbeker moet worden toegevoegd, zodat de temperatuur stijgt zoals die van de piepschuimbeker. aluminium.

specifieke warmte formule

Als Q de hoeveelheid energie is die wordt uitgewisseld tussen een stof met massa m en zijn omgeving, waardoor een temperatuurvariatie ΔT (Tf – Ti) ontstaat, hebben we:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

waarin c de soortelijke warmte is.

Uit deze uitdrukking kan worden afgeleid dat de soortelijke warmte-eenheden zijn:

• In het internationale systeem is de soortelijke warmte c = (J/kg. K)
• In Engels systeem, c = (BTU/lb-m.ºF)
• In andere systemen is het ook gebruikelijk om c = (Cal/g.ºC) uit te drukken

Aan de andere kant kan ook worden waargenomen dat hoe hoger de soortelijke warmte van een stof, hoe lager de temperatuurvariatie voor een gegeven hoeveelheid geleverde energie. Om deze reden, als u een materiaal wilt dat gemakkelijk opwarmt, moet u er een kiezen met een lage soortelijke warmte.

Opmerking: het is belangrijk om te verduidelijken dat de soortelijke warmte verwijst naar de hoeveelheid energie verhoog de temperatuur, aangezien warmte een bijzondere vorm van energieoverdracht is, maar niet de alleen. Je kunt bijvoorbeeld de temperatuur van een stof verhogen door er mechanisch aan te werken.

Voorbeelden van soortelijke warmte in materialen

Onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden is het mogelijk geweest om de soortelijke warmte van een groot aantal soorten te bepalen stoffen, waardoor vergelijkingen en selectie van materialen mogelijk zijn op basis van de toepassing bijzonder. De volgende tabel is een voorbeeld van de soortelijke warmte voor sommige materialen (bij atmosferische druk en 25 ºC):
Stof c (J/kg. K) c (Kal/g. °C)
Water (15ºC) 4186 1
Ethylalcohol 2438 0,582
Zand 780 0,186
Koper 385 0,091
IJs (-10 ºC) 2220 0,530
Zuurstof 918 0,219
Waterstofperoxide (H2O2) 2619 0,625
Glas 792 0,189
Aluminium 897 0,214
Hout 170 0,406
Olijfolie 1675 0.400
Vuurvaste steen 879 0.210

Opmerking: zoals te zien is, is water een van de stoffen met de hoogste soortelijke warmte, wat het belang van deze vloeistof voor het reguleren van de temperatuur van onze planeet opnieuw bevestigt.

voorbeeld 1: Hoeveel energie moet worden overgebracht naar een massa van 2 kg water om de temperatuur te verhogen van 15 ºC naar 90 ºC?

Oplossing: Uit de vorige tabel kan worden verkregen dat de soortelijke warmte van zuiver water 1 Cal/g.ºC is, zodat uit deze waarde en de verstrekte gegevens de energie Q kan worden gewist:

De hoeveelheid warmte is:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Dit houdt in dat er 150.000 calorieën nodig zijn om de temperatuur van 2 kg water (2000 g) te verhogen van 15ºC naar 90ºC.

Voorbeeld 2: Wat zal de uiteindelijke temperatuur zijn van een aluminium staaf van 1 kg die in een bunsenbrander wordt verwarmd vanaf een temperatuur van 25 ºC met 4000 joule energie?

Oplossing: Uit de tabel met soortelijke warmte kan de waarde van deze variabele worden gehaald voor aluminium, waarbij c = 897 J/kg. K.

In het geval van temperatuur wordt 25 ºC omgezet in een absolute Kelvin-schaal door 273,15 eenheden toe te voegen, zodat de begintemperatuur van de balk 298,15 K is.

De uiteindelijke temperatuur wissen uit de uitdrukking van de soortelijke warmte die we hebben:

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

De uiteindelijke temperatuur van de aluminium staaf wordt 302,61 K of 29,46 ºC.

Let op: kennis en interpretatie van de soortelijke warmte van stoffen is erg handig wanneer je voor een bepaalde toepassing het meest geschikte materiaal wilt selecteren. Bijvoorbeeld, in automechanica, veel van de componenten waaruit de mechanismen van het voertuig bestaan, zal worden blootgesteld aan hoge temperaturen, dus het is wenselijk dat het materiaal bij verhitting niet vermoeit gemak.