Ciepło właściwe

Jakie jest ciepło właściwe?

On ciepło właściwe Jest to ilość energii, którą gram pewnej substancji musi wchłonąć, aby zwiększyć jej temperaturę stopień Celsjusza. 

Jest to intensywna właściwość fizyczna, ponieważ nie zależy od ciasta, ponieważ jest wyrażany tylko dla grama substancji; Jest to jednak związane z liczbą cząstek i ich masą molową, a także z siłami międzycząsteczkowymi, które je łączą.

Ilość energii pochłoniętej przez substancję wyraża się w jednostkach Joule (J), a rzadziej w kalorii (wapno). Zasadniczo zakłada się, że energia jest wchłaniana przez ciepło; Jednak energia może pochodzić z innego źródła, jako praca wykonana na temat substancji (na przykład rygorystyczne pobudzenie).

Formuła ciepła właściwego

Formuła ciepła właściwego jest:

CE = Q/δT · M

Gdzie to, co jest wchłaniane, δt Zmiana temperatury, a M jest masą substancji; że zgodnie z definicją odpowiada gramowi. Analiza swoich jednostek, które masz:

CE = j/ºC · g

Które można również wyrazić w następujący sposób:

CE = kJ/k · g

CE = j/ºC · kg

Pierwszy jest najprostszy i jest to, z którymi zostaną rozwiązane przykłady w poniższych sekcjach.

Wzór wyraźnie wskazuje ilość pochłanianej energii (j) przez gram substancji w stopniu ºC. Gdyby ta ilość energii chciałaby wyczyścić, konieczne byłoby odrzucenie równania E:

J = ce · ºC · g

To wyrażone w bardziej odpowiedni sposób i zgodnie ze zmiennymi byłoby:

Q = ce · ΔT · m

Jak obliczane jest ciepło właściwe?

Woda jako odniesienie

W poprzedniej wzorze „M” nie reprezentuje grama substancji, ponieważ jest już domyślnie w cerze CE. Ta formuła jest bardzo przydatna do obliczania ciepła właściwych różnych substancji za pomocą kalorymetrii.

Jak? Stosując definicję kalorii, która jest ilością energii niezbędnej do podgrzewania grama wody z 14,5 do 15,5ºC; Jest to równe 4184 j.

Ciepło właściwe wody jest nienormalnie wysokie, a ta właściwość jest używana do pomiaru ciepła określonych innych substancji, znając wartość 4184 j.

Może ci służyć: wodorotlenek żelaza (iii): struktura, właściwości i zastosowania

Co to znaczy, że ciepło właściwe jest wysokie? Sprzeciwia to znaczną odporność na zwiększenie jego temperatury, więc musi pochłaniać więcej energii; Oznacza to, że woda musi się ogrzewać znacznie dłużej w porównaniu z innymi substancjami, które w pobliżu źródła ciepła są ogrzewane prawie w akcie.

Z tego powodu woda jest stosowana w pomiarach kalorymetrycznych, ponieważ nie ma nagłe zmian temperatury poprzez pochłanianie energii oderwanej od reakcji chemicznych; Lub w tym przypadku kontaktu z innym cieplejszym materiałem.

Równowaga termiczna

Ponieważ woda musi wchłonąć bardzo ciepło, aby zwiększyć swoją temperaturę, ciepło może pochodzić z gorącego metalu, na przykład. Biorąc pod uwagę masy wody i metalu, wymiana ciepła między nimi nastąpi, dopóki nie zostanie osiągnięta równowaga termiczna.

Kiedy to nastąpi, temperatury wody i metalu są wyrównane. Ciepło odłączone gorącym metalem jest równe wchłaniane przez wodę.

Rozwój matematyczny

Wiedząc o tym i z ostatnią formułą dla właśnie opisanego, masz:

Q_Woda= -Q_Metal

Znak ujemny wskazuje, że ciepło jest uwalniane z najgorętszego ciała do najzimniejszego ciała (woda). Każda substancja ma własne ciepło właściwe CE i masę, więc to wyrażenie należy opracować w następujący sposób:

Q_Woda = Ce_Woda · Δt_Woda · M_Woda = -(CE_Metal · Δt_Metal · M_Metal)

Nieznany jest CE_Metal, Ponieważ w równowadze termicznej temperatura końcowa zarówno dla wody, jak i metalu jest taka sama; Ponadto przed kontaktem znane są początkowe temperatury wody i metalu, podobnie jak ich masy. Dlatego musisz oczyścić CE_Metal:

Ec_Metal = (Ce_Woda · Δt_Woda · M_Woda)/ (-Tt_Metal · M_Metal)

Nie zapominając o tym, co CE_Woda to 4184 j/ºC · g. Jeśli rozwijają δT_Woda i δt_Metal, Tak będzie (t_F - T_Woda) oraz T_F - T_Metal) odpowiednio. Woda jest podgrzewana, podczas gdy metal chłodzi i dlatego znak ujemny mnoży się do δt_Metal Zostanie (t_Metal - T_F). W przeciwnym razie δt_Metal miałby ujemną wartość bycia t_F niewielkie (chłodniejsze) niż t_Metal.

Może ci służyć: masa: koncepcja, właściwości, przykłady, obliczenia

W ten sposób równanie jest ostatecznie wyrażone w ten sposób:

Ec_Metal = Ce_Woda · (T_F - T_Woda) · M_Woda/ (T_Metal - T_F) · M_Metal

A wraz z nim obliczane są ciepła właściwe.

Przykład obliczeń

Masz kula dziwnego metalu, który waży 130 g i o temperaturze 90ºC. Jest to zanurzone w pojemniku wodnym od 100 g do 25ºC, wewnątrz kalorymetru. Po osiągnięciu równowagi termicznej temperatura pojemnika staje się 40ºC. Oblicz metalowy CE.

Końcowa temperatura, t_F, To jest 40ºC. Znając inne dane, możesz następnie określić CE bezpośrednio:

Ec_Metal = (4184 J/ ºC · G · (40 - 25) ºC · 100 g)/ (90 - 40) ºC · 130g

Ec_Metal = 0,965 J/ºC · g

Należy zauważyć, że ciepło właściwe wody wynosi około czterokrotnie niż metalu (4184/0,965).

Kiedy CE jest bardzo mały, im większa jego tendencja do rozgrzewania się; który jest związany z jego przewodnością cieplną i rozpowszechnianiem. Metal z większym CE będzie miał tendencję do uwalniania lub utraty większej ilości ciepła, jeśli będzie się kontaktować z innym materiałem, w porównaniu z innym metalem z mniejszym CE.

Przykłady ciepła specyficznego

Ciepły właściwe dla różnych substancji pokazano poniżej.

Woda

Jak się powiedziano, ciepło wody wynosi 4184 J/ºC · g.

Dzięki tej wartości możesz zrobić dużo słońca w oceanie, a woda prawie nie wyparuje w znacznym stopniu. Powoduje to różnicę termiczną, która nie wpływa na życie morskie. Na przykład, kiedy idziesz na plażę, aby pływać, chociaż na zewnątrz robi dużo słońca, w wodzie czujesz niższą, chłodniejszą temperaturę.

Gorąca woda musi również uwolnić dużo energii do ochłodzenia. W trakcie trwają masy krążącego powietrza, zwiększając temperaturę (umiarkowane) w regionach przybrzeżnych podczas zimy.

Innym interesującym przykładem jest to, że gdybyśmy nie utworzyli woda, jeden dzień na słońcu mógłby być śmiertelny, ponieważ temperatury naszego ciała szybko wzrosłyby.

Może ci służyć: siarczek miedzi: struktura, właściwości, zastosowania

Ta unikalna wartość EC jest spowodowana międzycząsteczkowymi mostami wodorowymi. Absorbują ciepło do pęknięcia, więc przechowują energię. Dopóki nie złamią, cząsteczki wody nie będą w stanie wibracji zwiększania średniej energii kinetycznej, co znajduje odzwierciedlenie w zwiększeniu temperatury.

lód

Specyficzne ciepło ciepła wynosi 2090 j/ºC · g. Podobnie jak woda, ma niezwykle wysoką wartość. Oznacza to, że na przykład lodówka musiałaby wchłonąć ogromną ilość ciepła, aby zwiększyć jego temperaturę. Jednak niektóre dzisiejsze góry lodowe pochłonęły nawet ciepło niezbędne do stopienia (utajone ciepło ciepła).

Aluminium

Ciepło właściwe aluminium wynosi 0,900 J/ºC · g. Jest nieco niższy niż metal kuli (0,965 J/ºC · g). Tutaj ciepło jest wchłaniane w celu wibrowania atomów metali glinu w jego strukturach krystalicznych, a nie poszczególnych cząsteczek połączonych siłami międzycząsteczkowymi.

Żelazo

Ciepło specyficzne wynosi 0,444 j/ºC · g. Będąc mniejszym niż aluminium, oznacza to, że sprzeciwia się mniejszej odporności na ogrzewanie; To znaczy przed ogniem kawałek żelaza postawi czerwony na żywo na długo przed aluminiowym kawałkiem.

Aluminium, przeciwstawiając się ogrzewaniu, utrzymuje gorące jedzenie dłużej, gdy słynna folia aluminiowa jest używana do owinięcia przekąsek.

Powietrze

Ciepło właściwe powietrza wynosi 1 003 J/ºC · g. Ta wartość bardzo podlega ciśnieniu i temperaturom, które składają się z gazowej mieszaniny. Tutaj ciepło jest wchłaniane do wibracji azotu, tlenu, dwutlenku węgla, argonu itp.

Srebro

Wreszcie ciepło właściwe dla srebra wynosi 0,234 J/ºC · g. Ze wszystkich wyżej wymienionych substancji przedstawia najniższą wartość CE. Oznacza to, że przed żelazem i aluminium kawałek srebra ogrzewałby znacznie więcej w tym samym czasie, co pozostałe dwa metale. W rzeczywistości harmonizuje z wysoką przewodnością cieplną.

Bibliografia

1. Właściwa pojemność cieplna w chemii. Odzyskane z: Thoughtco.com
2. Ciepło właściwe. Odzyskane z: Scienceworld.Wolfram.com