Definiția Specific Heat

Evelyn Maitee Marin
Inginer industrial, MSc în fizică și EdD

Căldura specifică (c) este definită ca cantitatea de energie necesară în funcție de creșterea temperaturii unei unități de masă de substanță într-o unitate de temperatură. Este cunoscută și ca capacitate termică sau capacitate termică specifică.

Este o mărime fizică care depinde de starea materiei, deoarece căldura specifică a unei substanțe în stare lichidă nu este aceeași cu cea a aceleiași substanțe în stare gazoasă. La fel, condițiile de presiune și temperatură la care se găsește materialul influențează căldura sa specifică. Practic, este o proprietate intensivă a materiei care se referă la capacitatea termică a a substanță, deoarece oferă o valoare a sensibilității termice a unui material la adăugarea de energie.

Știați…? Termenul de căldură specifică a apărut în momentul în care ramurile Fizicii Mecanice și Termodinamicii au evoluat aproape independent; cu toate acestea, în prezent, un termen mai potrivit pentru căldura specifică ar fi transferul de energie specifică.

Dacă cafeaua fierbinte la aceeași temperatură este turnată în două pahare: unul din Styrofoam (anime) și celălalt din aluminiu și ambele pahare sunt ținute în mâini, se va percepe că paharul de Aluminiul se simte mai fierbinte decât polistirenul, ceea ce înseamnă că trebuie adăugată mai multă căldură la paharul din polistiren, astfel încât temperatura acestuia să crească la fel ca cea a paharului cu polistiren. aluminiu.

formula termica specifica

Dacă Q este cantitatea de energie schimbată între o substanță de masă m și mediul înconjurător, provocând o variație de temperatură ΔT (Tf – Ti), avem:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

unde c este căldura specifică.

Din această expresie se poate deduce că unitățile de căldură specifice vor fi:

• În Sistemul Internațional, căldura specifică c = (J/kg. K)
• În sistemul englez, c = (BTU/lb-m.ºF)
• În alte sisteme, este de asemenea obișnuit să se exprime c = (Cal/g.ºC)

Pe de altă parte, se poate observa, de asemenea, că cu cât căldura specifică a unei substanțe este mai mare, cu atât variația sa de temperatură este mai mică pentru o anumită cantitate de energie furnizată. Din acest motiv, dacă doriți un material care se încălzește ușor, ar trebui să alegeți unul care are o căldură specifică scăzută.

Notă: este important să clarificăm faptul că căldura specifică se referă la cantitatea de energie la care crește temperatura, căldura fiind o formă particulară de transfer de energie, dar nu și numai. De exemplu, puteți crește temperatura unei substanțe făcând lucrări mecanice asupra acesteia.

Exemple de căldură specifică în materiale

În condiții de laborator controlate, a fost posibil să se determine căldura specifică a unei game largi de substanțe, ceea ce permite compararea și selecția materialelor în funcție de aplicație special. Următorul tabel este un eșantion al căldurilor specifice pentru unele materiale (la presiune atmosferică și 25 ºC):
Substanța c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Apă (15ºC) 4186 1
Alcool etilic 2438 0,582
Nisip 780 0,186
Cupru 385 0,091
Gheață (-10 ºC) 2220 0,530
Oxigen 918 0,219
Peroxid de hidrogen (H2O2) 2619 0,625
Sticlă 792 0,189
Aluminiu 897 0,214
Lemn 170 0,406
Ulei de măsline 1675 0,400
Caramida refractara 879 0,210

Notă: după cum se poate observa, apa este una dintre substanțele cu cea mai mare căldură specifică, ceea ce reafirmă importanța acestui lichid pentru reglarea temperaturii planetei noastre.

Exemplul 1: Câtă energie trebuie transferată unei mase de apă de 2 kg pentru a-i crește temperatura de la 15 °C la 90 °C?

Soluţie: Din tabelul anterior se poate obtine ca caldura specifica a apei pure este de 1 Cal/g.ºC, astfel incat din aceasta valoare si din datele furnizate, energia Q poate fi curata:

Cantitatea de căldură este:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Aceasta înseamnă că sunt necesare 150.000 de calorii pentru a ridica temperatura a 2 kg de apă (2000 g) de la 15ºC la 90ºC.

Exemplul 2: Care va fi temperatura finală a unei bare de aluminiu de 1 kg care este încălzită într-un arzător Bunsen de la o temperatură de 25 ºC aplicând 4000 de jouli de energie?

Soluţie: Din tabelul căldurilor specifice se poate lua valoarea acestei variabile pentru aluminiu, unde c = 897 J/kg. K.

În cazul temperaturii, 25 ºC se transformă într-o scală Kelvin absolută prin adăugarea a 273,15 unități, astfel încât temperatura inițială a barului să fie de 298,15 K.

Curând temperatura finală din expresia căldurii specifice avem:

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

Temperatura finală a barei de aluminiu va fi de 302,61 K sau 29,46 ºC.

Notă: cunoașterea și interpretarea căldurii specifice a substanțelor este foarte utilă atunci când doriți să selectați cel mai potrivit material pentru o anumită utilizare. De exemplu, în mecanica auto, multe dintre componentele care alcătuiesc mecanismele vehiculului, va fi supus la temperaturi ridicate, deci este de dorit ca, atunci când este încălzit, materialul să nu obosească cu uşura.