Definition av specifik värme

Evelyn Maitee Marin
Industriingenjör, MSc i fysik och EdD

Den specifika värmen (c) definieras som den mängd energi som krävs enligt temperaturökningen för en enhetsmassa av ämne i en temperaturenhet. Det är också känt som termisk kapacitet eller specifik värmekapacitet.

Det är en fysikalisk storhet som beror på materiens tillstånd, eftersom den specifika värmen hos ett ämne i flytande tillstånd inte är detsamma som för samma ämne i ett gasformigt tillstånd. Likaså påverkar trycket och temperaturförhållandena vid vilka materialet återfinns dess specifika värme. I grund och botten är det en intensiv egenskap hos materia som hänvisar till den termiska kapaciteten hos en ämne, eftersom det ger ett värde på den termiska känsligheten hos ett material för tillsats av energi.

Visste du…? Termen specifik värme uppstod vid den tidpunkt då grenarna av mekanisk fysik och termodynamik utvecklades nästan oberoende; Men för närvarande skulle en lämpligare term för specifik värme vara specifik energiöverföring.

Om hett kaffe vid samma temperatur hälls upp i två glas: ett av frigolit (anime) och det andra av aluminium och båda glasen hålls i händerna, kommer det att uppfattas som att glaset av Aluminium känns varmare än frigolit, vilket innebär att mer värme behöver tillföras frigolitkoppen så att dess temperatur ökar som i frigolitkoppen. aluminium.

specifik värmeformel

Om Q är mängden energi som utbyts mellan ett ämne med massan m och dess omgivning, vilket orsakar en temperaturvariation ΔT (Tf – Ti), har vi:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

där c är den specifika värmen.

Från detta uttryck kan man sluta sig till att de specifika värmeenheterna kommer att vara:

• I det internationella systemet är den specifika värmen c = (J/kg. K)
• I det engelska systemet, c = (BTU/lb-m.ºF)
• I andra system är det också vanligt att uttrycka c = (Cal/g.ºC)

Å andra sidan kan det också observeras att ju högre specifika värme ett ämne har, desto lägre är dess temperaturvariation för en given mängd energi som tillförs. Av denna anledning, om du vill ha ett material som lätt värms upp, bör du välja ett som har låg specifik värme.

Obs: det är viktigt att klargöra att den specifika värmen avser mängden energi till öka temperaturen, värme är en viss form av energiöverföring, men inte endast. Till exempel kan du öka temperaturen på ett ämne genom att utföra mekaniskt arbete på det.

Exempel på specifik värme i material

Under kontrollerade laboratorieförhållanden har det varit möjligt att bestämma den specifika värmen för en mängd olika ämnen, vilket möjliggör jämförelser och val av material enligt applikationen särskild. Följande tabell är ett exempel på den specifika värmen för vissa material (vid atmosfärstryck och 25 ºC):
Ämne c (J/kg. K) c (Kal/g. ºC)
Vatten (15ºC) 4186 1
Etylalkohol 2438 0,582
Sand 780 0,186
Koppar 385 0,091
Is (-10 ºC) 2220 0,530
Syre 918 0,219
Väteperoxid (H2O2) 2619 0,625
Glas 792 0,189
Aluminium 897 0,214
Trä 170 0,406
Olivolja 1675 0,400
Eldfast tegel 879 0,210

Notera: som kan ses är vatten ett av ämnena med den högsta specifika värmen, vilket bekräftar vikten av denna vätska för att reglera temperaturen på vår planet.

Exempel 1: Hur mycket energi måste överföras till en 2 kg vattenmassa för att höja dess temperatur från 15 ºC till 90 ºC?

Lösning: Från föregående tabell kan det erhållas att den specifika värmen för rent vatten är 1 Cal/g.ºC, så att från detta värde och de data som tillhandahålls kan energin Q rensas:

Mängden värme är:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Detta innebär att det krävs 150 000 kalorier för att höja temperaturen på 2 kg vatten (2000 g) från 15ºC till 90ºC.

Exempel 2: Vad blir sluttemperaturen för en 1 kg aluminiumstång som värms upp i en bunsenbrännare från en temperatur på 25 ºC med 4000 joule energi?

Lösning: Från tabellen över specifika värme kan värdet för denna variabel tas för aluminium, där c = 897 J/kg. K.

När det gäller temperatur omvandlas 25 ºC till en absolut Kelvin-skala genom att lägga till 273,15 enheter, så att stavens initiala temperatur är 298,15 K.

Rensa den slutliga temperaturen från uttrycket av den specifika värmen 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 slutliga temperaturen på aluminiumstången blir 302,61 K eller 29,46 ºC.

Obs: kunskap och tolkning av ämnens specifika värme är mycket användbar när du vill välja det mest lämpliga materialet för en viss användning. Till exempel, inom bilmekanik, många av komponenterna som utgör fordonets mekanismer, kommer att utsättas för höga temperaturer, så det är önskvärt att materialet vid upphettning inte tröttnar ut med lätthet.