Definisjon av spesifikk varme

Evelyn Maitee Marin
Industriingeniør, MSc i fysikk og EdD

Den spesifikke varmen (c) er definert som mengden energi som kreves i henhold til temperaturøkningen til en enhetsmasse av stoffet i en temperaturenhet. Det er også kjent som termisk kapasitet eller spesifikk varmekapasitet.

Det er en fysisk mengde som avhenger av materiens tilstand, siden den spesifikke varmen til et stoff i flytende tilstand ikke er det samme som det samme stoffet i gassform. På samme måte påvirker trykket og temperaturforholdene som materialet finnes ved dets spesifikke varme. I utgangspunktet er det en intensiv egenskap ved materie som refererer til den termiske kapasiteten til en substans, siden det gir en verdi av den termiske følsomheten til et materiale for tilsetning av energi.

Visste du…? Begrepet spesifikk varme oppsto på den tiden da grenene av mekanisk fysikk og termodynamikk utviklet seg nesten uavhengig; Men for tiden vil en mer passende betegnelse for spesifikk varme være spesifikk energioverføring.

Hvis varm kaffe ved samme temperatur helles i to glass: det ene laget av isopor (anime) og det andre laget av aluminium og begge glassene holdes i hendene, vil det oppfattes at glasset av Aluminium føles varmere enn isopor, noe som betyr at det må tilføres mer varme til isoporkoppen slik at temperaturen øker som for isoporkoppen. aluminium.

spesifikk varmeformel

Hvis Q er mengden energi som utveksles mellom et stoff med massen m og dets omgivelser, som forårsaker en temperaturvariasjon ΔT (Tf – Ti), har vi:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

hvor c er den spesifikke varmen.

Fra dette uttrykket kan det utledes at de spesifikke varmeenhetene vil være:

• I det internasjonale systemet er den spesifikke varmen c = (J/kg. K)
• I engelsk system, c = (BTU/lb-m.ºF)
• I andre systemer er det også vanlig å uttrykke c = (Cal/g.ºC)

På den annen side kan det også observeres at jo høyere spesifikk varme til et stoff, desto lavere temperaturvariasjon for en gitt mengde energi. Av denne grunn, hvis du ønsker et materiale som lett varmes opp, bør du velge et som har lav spesifikk varme.

Merk: det er viktig å presisere at den spesifikke varmen refererer til mengden energi til øke temperaturen, varme er en spesiell form for energioverføring, men ikke bare. For eksempel kan du øke temperaturen på et stoff ved å utføre mekanisk arbeid på det.

Eksempler på spesifikk varme i materialer

Under kontrollerte laboratorieforhold har det vært mulig å bestemme den spesifikke varmen til en lang rekke stoffer, som gjør det mulig å sammenligne og velge materialer i henhold til applikasjonen bestemt. Følgende tabell er et eksempel på de spesifikke varmene for noen materialer (ved atmosfærisk trykk og 25 ºC):
Stoff c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Vann (15ºC) 4186 1
Etylalkohol 2438 0,582
Sand 780 0,186
Kobber 385 0,091
Is (-10 ºC) 2220 0,530
Oksygen 918 0,219
Hydrogenperoksid (H2O2) 2619 0,625
Glass 792 0,189
Aluminium 897 0,214
Tre 170 0,406
Olivenolje 1675 0,400
Ildfast murstein 879 0,210

Merk: Som du kan se, er vann et av stoffene med høyest spesifikk varme, noe som bekrefter viktigheten av denne væsken for å regulere temperaturen på planeten vår.

Eksempel 1: Hvor mye energi må overføres til en vannmasse på 2 kg for å øke temperaturen fra 15 ºC til 90 ºC?

Løsning: Fra den forrige tabellen kan det fås at den spesifikke varmen til rent vann er 1 Cal/g.ºC, slik at energien Q kan fjernes fra denne verdien og de oppgitte dataene:

Mengden varme er:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Dette innebærer at det kreves 150 000 kalorier for å heve temperaturen på 2 kg vann (2000 g) fra 15ºC til 90ºC.

Eksempel 2: Hva blir slutttemperaturen på en 1 kg aluminiumsstang som varmes opp i en bunsenbrenner fra en temperatur på 25 ºC med 4000 joule energi?

Løsning: Fra tabellen over spesifikke varmer kan verdien av denne variabelen tas for aluminium, hvor c = 897 J/kg. K.

Når det gjelder temperatur, omdannes 25 ºC til en absolutt Kelvin-skala ved å legge til 273,15 enheter, slik at starttemperaturen til stangen er 298,15 K.

Å fjerne den endelige temperaturen fra uttrykket for den spesifikke varmen vi har:

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

Den endelige temperaturen på aluminiumsstangen vil være 302,61 K eller 29,46 ºC.

Merk: kunnskap og tolkning av den spesifikke varmen til stoffer er svært nyttig når du vil velge det mest passende materialet for en bestemt bruk. For eksempel, i bilmekanikk, mange av komponentene som utgjør mekanismene til kjøretøyet, vil bli utsatt for høye temperaturer, så det er ønskelig at materialet ved oppvarming ikke trettes med letthet.