Özgül Isı Tanımı

Evelyn Maite Marin
Endüstri Mühendisi, Fizik Yüksek Lisansı ve EdD

Öz ısı (c), bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığındaki artışa göre gerekli olan enerji miktarı olarak tanımlanır. Termal kapasite veya özgül ısı kapasitesi olarak da bilinir.

Sıvı haldeki bir maddenin özgül ısısı, aynı maddenin gaz halindeki ısısı ile aynı olmadığından, maddenin durumuna bağlı fiziksel bir niceliktir. Aynı şekilde, malzemenin bulunduğu basınç ve sıcaklık koşulları da öz ısısını etkiler. Temel olarak, bir maddenin termal kapasitesini ifade eden, maddenin yoğun bir özelliğidir. Maddenin eklenmesine karşı bir malzemenin termal duyarlılığının bir değerini sağladığından, enerji.

Biliyor musun…? Özgül ısı terimi, Mekanik Fizik ve Termodinamiğin dallarının neredeyse bağımsız olarak geliştiği bir zamanda ortaya çıktı; ancak, şu anda özgül ısı için daha uygun bir terim, özgül enerji transferi olacaktır.

Aynı sıcaklıktaki sıcak kahve biri strafordan (anime) ve diğeri alüminyumdan yapılmış iki bardağa dökülür ve her iki bardak elde tutulursa Alüminyum, Strafordan daha sıcak hisseder, bu da Strafor kabına daha fazla ısı eklenmesi gerektiği anlamına gelir, böylece sıcaklığı Strafor bardaktaki gibi artar. alüminyum.

özgül ısı formülü

Q, m kütleli bir madde ile çevresi arasında değiş tokuş edilen ve ΔT sıcaklık değişimine neden olan enerji miktarı ise (Tf – Ti), elimizde:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

burada c özgül ısıdır.

Bu ifadeden özgül ısı birimlerinin şu şekilde olacağı çıkarılabilir:

• Uluslararası Sistemde özgül ısı c = (J/kg. K)
• İngiliz sisteminde, c = (BTU/lb-m.ºF)
• Diğer sistemlerde de c = (Cal/g.ºC) ifadesi yaygındır.

Öte yandan, bir maddenin özgül ısısı ne kadar yüksek olursa, sağlanan belirli bir enerji miktarı için sıcaklık değişiminin o kadar düşük olduğu da gözlemlenebilir. Bu nedenle kolay ısınan bir malzeme istiyorsanız öz ısısı düşük olanı seçmelisiniz.

Not: özgül ısının enerji miktarını ifade ettiğini açıklığa kavuşturmak önemlidir. sıcaklığı artırmak, ısı özel bir enerji transferi şeklidir, ancak sadece. Örneğin, bir madde üzerinde mekanik iş yaparak sıcaklığını artırabilirsiniz.

Malzemelerdeki özgül ısı örnekleri

Kontrollü laboratuvar koşulları altında, çok çeşitli maddelerin özgül ısılarını belirlemek mümkün olmuştur. Uygulamaya göre malzemelerin karşılaştırılmasına ve seçilmesine izin veren maddeler özel. Aşağıdaki tablo, bazı malzemeler için özgül ısıların bir örneğidir (atmosfer basıncında ve 25 ºC'de):
c maddesi (J/kg. K) c (Kal/g. ºC)
Su (15ºC) 4186 1
Etil alkol 2438 0,582
Kum 780 0,186
Bakır 385 0,091
Buz (-10 ºC) 2220 0,530
Oksijen 918 0,219
Hidrojen peroksit (H2O2) 2619 0,625
Cam 792 0,189
Alüminyum 897 0,214
Ahşap 170 0,406
Zeytinyağı 1675 0,400
Refrakter tuğla 879 0,210

Not: Görüldüğü gibi suyun özgül ısısı en yüksek maddelerden biri olması, bu sıvının gezegenimizin sıcaklığını düzenlemedeki önemini bir kez daha teyit etmektedir.

örnek 1: Sıcaklığını 15 ºC'den 90 ºC'ye çıkarmak için 2 kg'lık bir su kütlesine ne kadar enerji aktarılmalıdır?

Çözüm: Önceki tablodan saf suyun özgül ısısının 1 Cal/g.ºC olduğu elde edilebilir, böylece bu değerden ve sağlanan verilerden Q enerjisi temizlenebilir:

Isı miktarı:

S = c ∙ m ∙ ∆T

Bu, 2 kg suyun (2000 g) sıcaklığını 15ºC'den 90ºC'ye çıkarmak için 150.000 kalorinin gerekli olduğu anlamına gelir.

Örnek 2: Bunsen brülöründe 25 ºC sıcaklıktan 4000 jul enerji uygulanarak ısıtılan 1 kg'lık bir alüminyum çubuğun son sıcaklığı ne olur?

Çözüm: Özgül ısılar tablosundan, alüminyum için bu değişkenin değeri alınabilir, burada c = 897 J/kg. K.

Sıcaklık durumunda 25 ºC, 273,15 birim eklenerek mutlak bir Kelvin ölçeğine dönüştürülür, böylece çubuğun başlangıç ​​sıcaklığı 298,15 K olur.

Nihai sıcaklığı, sahip olduğumuz özgül ısının ifadesinden temizleyerek:

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

Alüminyum çubuğun son sıcaklığı 302.61 K veya 29.46 ºC olacaktır.

Not: Belirli bir kullanım için en uygun malzemeyi seçmek istediğinizde, maddelerin özgül ısılarının bilinmesi ve yorumlanması çok yararlıdır. Örneğin otomotiv mekaniğinde, aracın mekanizmalarını oluşturan bileşenlerin birçoğu, yüksek sıcaklıklara maruz kalacak, bu nedenle ısıtıldığında malzemenin yorulmaması arzu edilir. kolaylaştırmak.