Nhiệt cụ thể trong những gì nó bao gồm, cách tính và ví dụ

các nhiệt dung riêng là lượng năng lượng mà một gram của một chất nhất định phải hấp thụ để tăng nhiệt độ của nó một độ C. Nó là một thuộc tính vật lý chuyên sâu, vì nó không phụ thuộc vào khối lượng chỉ được biểu thị cho một gram chất; tuy nhiên, nó liên quan đến số lượng hạt và khối lượng mol của các hạt, cũng như các lực liên phân tử liên kết chúng.

Lượng năng lượng được hấp thụ bởi chất này được biểu thị bằng đơn vị joule (J), và ít phổ biến hơn, tính bằng calo (Cal). Nói chung, người ta cho rằng năng lượng được hấp thụ qua nhiệt; tuy nhiên, năng lượng có thể đến từ một nguồn khác, chẳng hạn như công việc được thực hiện trên chất (ví dụ kích động nghiêm ngặt).

Hình trên cho thấy một ấm trà từ đó hơi nước được tạo ra bởi hệ thống sưởi của nó được giải phóng. Để làm nóng nước, nó phải hấp thụ nhiệt từ ngọn lửa nằm dưới ấm trà. Do đó, khi thời gian trôi qua, và tùy thuộc vào cường độ của ngọn lửa, nước sẽ sôi khi đạt đến điểm sôi của nó.

Nhiệt dung riêng thiết lập lượng nước tiêu thụ cho mỗi độ ° C làm tăng nhiệt độ của nó. Giá trị này là không đổi nếu các thể tích nước khác nhau được đun nóng trong cùng một ấm trà, vì như đã đề cập ở phần đầu, nó là một thuộc tính chuyên sâu.

Điều khác nhau là tổng lượng năng lượng được hấp thụ bởi mỗi khối nước nóng, còn được gọi là công suất nhiệt. Khối lượng nước được đun nóng càng lớn (2, 4, 10, 20 lít), khả năng tỏa nhiệt của nó càng lớn; nhưng nhiệt dung riêng của nó vẫn như nhau.

Tính chất này phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và khối lượng; tuy nhiên, với mục đích hiểu đơn giản, các biến thể tương ứng của chúng bị bỏ qua.

Chỉ số

• 1 nhiệt dung riêng là gì??
• 2 Nhiệt dung riêng được tính như thế nào?
  • 2.1 Nước làm tài liệu tham khảo
  • 2.2 Cân bằng nhiệt
  • 2.3 Phát triển toán học
  • 2.4 Ví dụ tính toán
• 3 ví dụ
  • 3.1 Nước
  • 3.2 Băng
  • 3.3 Nhôm
  • 3,4 sắt
  • 3.5 không khí
  • 3.6 Bạc
• 4 tài liệu tham khảo

Nhiệt dung riêng là bao nhiêu?

Nó đã được định nghĩa nhiệt cụ thể có nghĩa là gì đối với một chất nhất định. Tuy nhiên, ý nghĩa thực sự của nó được thể hiện tốt nhất với công thức của nó, điều này làm cho rõ ràng thông qua các đơn vị của nó là những khoảng trống liên quan khi phân tích các biến mà nó phụ thuộc. Công thức của nó là:

Ce = Q / ·T · m

Trong đó Q là nhiệt hấp thụ, ΔT thay đổi nhiệt độ và m là khối lượng của chất; theo định nghĩa tương ứng với một gram. Thực hiện phân tích các đơn vị của bạn, bạn có:

Ce = J / ºC · g

Điều này cũng có thể được thể hiện theo các cách sau:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

Cái đầu tiên là đơn giản nhất, và với điều này, các ví dụ sẽ được giải quyết trong các phần sau.

Công thức chỉ ra rõ ràng lượng năng lượng được hấp thụ (J) bởi một gam chất bằng một độ ° C. Nếu bạn muốn xóa lượng năng lượng đó, bạn sẽ phải bỏ qua phương trình J:

J = Ce · ºC · g

Điều đó thể hiện theo cách phù hợp hơn và theo các biến sẽ là:

Q = Ce · ΔT · m

Nhiệt dung riêng được tính như thế nào?

Nước làm tài liệu tham khảo

Trong công thức trước 'm' không đại diện cho một gram chất, bởi vì nó đã được ngầm định trong Ce. Công thức này rất hữu ích để tính toán nhiệt dung riêng của các chất khác nhau thông qua phép đo nhiệt lượng.

Thế nào? Sử dụng định nghĩa về calo, là lượng năng lượng cần thiết để làm nóng một gram nước từ 14,5 đến 15,5 ° C; Điều này tương đương với 4.184 J.

Nhiệt dung riêng của nước cao bất thường và tính chất này được sử dụng để đo nhiệt dung riêng của các chất khác biết giá trị của 4.184 J.

Điều đó có nghĩa là nhiệt độ cao cụ thể là bao nhiêu? Điều đó phản đối sức đề kháng đáng kể để tăng nhiệt độ của nó, vì vậy nó phải hấp thụ nhiều năng lượng hơn; nghĩa là, nước cần được đun nóng lâu hơn nhiều so với các chất khác, trong vùng lân cận nguồn nhiệt được làm nóng gần như ngay lập tức.

Vì lý do này, nước được sử dụng trong các phép đo nhiệt lượng, vì nó không gặp phải sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ khi hấp thụ năng lượng được giải phóng từ các phản ứng hóa học; hoặc, trong trường hợp này, liên hệ với vật liệu nóng hơn khác.

Cân bằng nhiệt

Vì nước cần hấp thụ nhiều nhiệt để tăng nhiệt độ, ví dụ nhiệt có thể đến từ kim loại nóng. Có tính đến khối lượng của nước và kim loại, sự trao đổi nhiệt giữa cả hai sẽ xảy ra cho đến khi đạt đến cái gọi là cân bằng nhiệt.

Khi điều này xảy ra, nhiệt độ nước và kim loại được cân bằng. Nhiệt do kim loại nóng tỏa ra tương đương với nhiệt được hấp thụ bởi nước.

Phát triển toán học

Biết được điều này và với công thức cuối cùng cho Q vừa mô tả, chúng ta có:

Q_Nước= -Q_{Kim loại}

Dấu hiệu tiêu cực cho thấy nhiệt được giải phóng từ cơ thể nóng nhất (kim loại) đến cơ thể lạnh nhất (nước). Mỗi chất có nhiệt lượng riêng CE và khối lượng riêng của nó, vì vậy biểu thức này phải được phát triển như sau:

Q_Nước = C_Nước · ΔT_Nước · M_Nước = - (Ce_{Kim loại} · ΔT_{Kim loại} · M_{Kim loại})

Cái chưa biết là Ce_{Kim loại}, vì ở trạng thái cân bằng nhiệt, nhiệt độ cuối cùng cho cả nước và kim loại là như nhau; Ngoài ra, nhiệt độ ban đầu của nước và kim loại được biết trước khi tiếp xúc, cũng như khối lượng của chúng. Do đó, chúng ta phải xóa Ce_{Kim loại}:

Trần_{Kim loại} = (Ce_Nước · ΔT_Nước · M_Nước) / (-ΔT_{Kim loại} · M_{Kim loại})

Không quên rằng Ce_Nước nó là 4.184 J / ºC · g. Nếu ΔT được phát triển_Nước và ΔT_{Kim loại}, nó sẽ là (T_f - T_Nước) và (T_f - T_{Kim loại}), tương ứng. Nước được làm nóng, trong khi kim loại nguội đi, và do đó dấu âm sẽ nhân lên ΔT_{Kim loại} ở lại (T_{Kim loại} - T_f). Mặt khác, ΔT_{Kim loại} sẽ có giá trị âm cho T_f nhỏ hơn (lạnh hơn)_{Kim loại}.

Phương trình cuối cùng được thể hiện theo cách này:

Trần_{Kim loại} = C_Nước · (T_f - T_Nước) · M_Nước/ (T_{Kim loại} - T_f) · M_{Kim loại}

Và với nó, nhiệt dung cụ thể được tính toán.

Ví dụ tính toán

Nó có một quả cầu bằng kim loại lạ nặng 130g và nhiệt độ 90 độ C. Chất này được ngâm trong bình chứa nước 100g ở 25 CC, bên trong một nhiệt lượng kế. Khi đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt, nhiệt độ của vật chứa trở thành 40 ° C. Tính kim loại Ce.

Nhiệt độ cuối cùng, T_f, Đó là 40 CC. Biết các dữ liệu khác, sau đó bạn có thể xác định trực tiếp Ce:

Trần_{Kim loại} = (4.184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

Trần_{Kim loại} = 0,965 J / ºC · g

Lưu ý rằng nhiệt dung riêng của nước gấp khoảng bốn lần so với kim loại (4.184 / 0.965).

Khi Ce rất nhỏ, xu hướng ấm lên càng lớn; trong đó, có liên quan đến tính dẫn nhiệt và khuếch tán của nó. Một kim loại có Ce cao hơn sẽ có xu hướng giải phóng hoặc mất nhiều nhiệt hơn, khi nó tiếp xúc với vật liệu khác, so với kim loại khác có Ce thấp hơn.

Ví dụ

Nhiệt dung riêng cho các chất khác nhau được hiển thị dưới đây.

Nước

Nhiệt dung riêng của nước, như đã nói, là 4.184 J / ºC · g.

Nhờ giá trị này, nó có thể tạo ra rất nhiều mặt trời trong đại dương và nước sẽ khó bốc hơi đến bất kỳ mức độ đáng kể nào. Điều này dẫn đến sự chênh lệch nhiệt không ảnh hưởng đến sinh vật biển. Ví dụ, khi bạn đi biển để bơi, ngay cả khi trời nắng, bạn có thể cảm thấy nhiệt độ thấp hơn, mát hơn trong nước..

Nước nóng cũng cần giải phóng nhiều năng lượng để hạ nhiệt. Trong quá trình này, nó làm nóng các khối không khí lưu thông, làm tăng một chút nhiệt độ (ôn đới) ở các vùng ven biển trong mùa đông.

Một ví dụ thú vị khác là nếu chúng ta không được hình thành bởi nước, một ngày dưới ánh mặt trời có thể gây chết người, bởi vì nhiệt độ của cơ thể chúng ta sẽ tăng lên nhanh chóng.

Giá trị độc đáo này của Ce là do các cầu hydro liên phân tử. Chúng hấp thụ nhiệt để phá vỡ, vì vậy chúng lưu trữ năng lượng. Cho đến khi chúng bị phá vỡ, các phân tử nước không thể rung động, làm tăng động năng trung bình, được phản ánh trong sự gia tăng nhiệt độ.

Băng

Nhiệt dung riêng của băng là 2.090 J / ºC · g. Giống như nước, nó có giá trị cao bất thường. Điều này có nghĩa là một tảng băng, chẳng hạn, sẽ cần phải hấp thụ một lượng nhiệt khổng lồ để tăng nhiệt độ của nó. Tuy nhiên, một số tảng băng ngày nay thậm chí đã hấp thụ nhiệt cần thiết để tan chảy (nhiệt ẩn của phản ứng tổng hợp).

Nhôm

Nhiệt dung riêng của nhôm là 0,900 J / ºC · g. Nó thấp hơn một chút so với kim loại của hình cầu (0,965 J / ºC · g). Ở đây, nhiệt được hấp thụ để làm rung các nguyên tử kim loại của nhôm trong các cấu trúc tinh thể của nó, và không phải các phân tử riêng lẻ được nối bởi các lực liên phân tử.

Sắt

Nhiệt dung riêng của bàn ủi là 0,444 J / ºC · g. Ít hơn nhôm, điều đó có nghĩa là nó chống lại sức cản ít hơn khi bị nung nóng; nghĩa là, trước một đám cháy, một miếng sắt sẽ nóng đỏ rất lâu trước khi một miếng nhôm.

Nhôm, trái ngược với sưởi ấm, giữ cho thực phẩm nóng lâu hơn khi lá nhôm nổi tiếng được sử dụng để bọc đồ ăn nhẹ.

Không khí

Nhiệt dung riêng của không khí xấp xỉ 1,003 J / ºC · g. Giá trị này rất chịu áp lực và nhiệt độ vì nó bao gồm một hỗn hợp khí. Ở đây nhiệt được hấp thụ để làm rung các phân tử nitơ, oxy, carbon dioxide, argon, v.v..

Bạc

Cuối cùng, nhiệt dung riêng của bạc là 0,234 J / ºC · g. Trong số tất cả các chất được đề cập, có giá trị thấp nhất của Ce. Điều này có nghĩa là trước sắt và nhôm, một miếng bạc sẽ nóng hơn nhiều cùng lúc với hai kim loại kia. Trong thực tế, nó hài hòa với tính dẫn nhiệt cao của nó.

Tài liệu tham khảo

1. Serway & Người Do Thái. (2008). Vật lý: cho khoa học và kỹ thuật. (Phiên bản thứ bảy), Tập 1, Học hỏi.
2. Whites, Davis, Peck, Stanley. (2008). Hóa học (Ấn bản thứ tám). Học hỏi.
3. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 5 tháng 11 năm 2018). Nhiệt dung riêng trong hóa học. Lấy từ: thinkco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Nhiệt dung riêng. Lấy từ: Scienceworld.wolfram.com
5. Tàu R. (2016). Nhiệt dung riêng. Đại học bang Georgia. Lấy từ: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Nhiệt dung riêng Lấy từ: en.wikipedia.org