Дефиниција специфичне топлоте

Евелин Маитее Марин
Индустријски инжењер, магистар физике, и ЕдД

Специфична топлота (ц) се дефинише као количина енергије која је потребна у складу са повећањем температуре јединице масе супстанце у јединици температуре. Такође је познат као топлотни капацитет или специфични топлотни капацитет.

То је физичка величина која зависи од агрегатног стања, пошто специфична топлота супстанце у течном стању није иста као она исте супстанце у гасовитом стању. Исто тако, услови притиска и температуре на којима се материјал налази утичу на његову специфичну топлоту. У основи, то је интензивно својство материје које се односи на топлотни капацитет а супстанца, пошто обезбеђује вредност топлотне осетљивости материјала на додавање енергије.

Да ли си знао…? Термин специфична топлота је настао у време када су гране механичке физике и термодинамике еволуирале готово независно; међутим, тренутно би прикладнији термин за специфичну топлоту био специфичан пренос енергије.

Ако се врућа кафа исте температуре сипа у две чаше: једну од стиропора (аниме) и другу од алуминијума и обе чаше држе у рукама, приметиће се да је чаша Алуминијум је топлији од стиропора, што значи да у чашу од стиропора треба додати више топлоте како би се њена температура повећала као у чаши од стиропора. алуминијум.

формула специфичне топлоте

Ако је К количина енергије која се размењује између супстанце масе м и њеног окружења, што изазива температурну варијацију ΔТ (Тф – Ти), имамо:

\(ц = \фрац{К}{{м.ΔТ}}\)

где је ц специфична топлота.

Из овог израза може се закључити да ће специфичне топлотне јединице бити:

• У међународном систему, специфична топлота ц = (Ј/кг. К)
• У енглеском систему, ц = (БТУ/лб-м.ºФ)
• У другим системима, такође је уобичајено изразити ц = (Цал/г.ºЦ)

С друге стране, такође се може приметити да што је већа специфична топлота супстанце, то је мања њена температурна варијација за дату количину испоручене енергије. Из тог разлога, ако желите материјал који се лако загрева, требало би да изаберете онај који има ниску специфичну топлоту.

Напомена: важно је појаснити да се специфична топлота односи на количину енергије за повећати температуру, топлота је посебан облик преноса енергије, али не само. На пример, можете повећати температуру супстанце вршећи механички рад на њој.

Примери специфичне топлоте у материјалима

У контролисаним лабораторијским условима, било је могуће одредити специфичну топлоту широког спектра супстанце, што омогућава упоређивање и избор материјала према примени посебно. Следећа табела је узорак специфичних топлота за неке материјале (при атмосферском притиску и 25 ºЦ):
Супстанца ц (Ј/кг. К) ц (кал/г. ºЦ)
Вода (15ºЦ) 4186 1
Етил алкохол 2438 0,582
Песак 780 0,186
Бакар 385 0,091
Лед (-10 ºЦ) 2220 0,530
Кисеоник 918 0,219
Водоник пероксид (Х2О2) 2619 0,625
Стакло 792 0.189
Алуминијум 897 0.214
Дрво 170 0,406
Маслиново уље 1675 0.400
Ватростална опека 879 0.210

Напомена: као што се може видети, вода је једна од супстанци са највећом специфичном топлотом, што још једном потврђује значај ове течности за регулисање температуре наше планете.

Пример 1: Колико енергије треба пренети на масу воде од 2 кг да би се њена температура повећала са 15 ºЦ на 90 ºЦ?

Решење: Из претходне табеле се може добити да је специфична топлота чисте воде 1 Цал/г.ºЦ, тако да се из ове вредности и датих података може избрисати енергија К:

Количина топлоте је:

К = ц ∙ м ∙ ∆Т

То значи да је за подизање температуре 2 кг воде (2000 г) са 15ºЦ на 90ºЦ потребно 150.000 калорија.

Пример 2: Колика ће бити коначна температура алуминијумске шипке од 1 кг која се загрева у Бунзеновом горионику са температуре од 25 ºЦ применом 4000 џула енергије?

Решење: Из табеле специфичних топлота може се узети вредност ове варијабле за алуминијум, где је ц = 897 Ј/кг. К.

У случају температуре, 25 ºЦ се трансформише у апсолутну Келвинову скалу додавањем 273,15 јединица, тако да је почетна температура шипке 298,15 К.

Чишћењем коначне температуре из израза специфичне топлоте имамо:

\({Т_ф} = \фрац{К}{{ц \цдот м}} + {Т_и} = \фрац{{4000\;Ј}}{{\лефт( {897\;Ј/кг \цдот К} \десно)\лево( {1\;кг} \десно)}} + 298,15\;К = 302,61\;К\)

Коначна температура алуминијумске шипке биће 302,61 К или 29,46 ºЦ.

Напомена: познавање и тумачење специфичне топлоте супстанци је веома корисно када желите да изаберете најпогоднији материјал за одређену употребу. На пример, у аутомобилској механици, многе компоненте које чине механизме возила, биће изложен високим температурама, па је пожељно да се материјал при загревању не замара од ублажити, лакоца.