căldura specifică Este cantitatea de energie pe care un gram dintr-o anumită substanță trebuie să o absoarbă pentru a-și crește temperatura cu un grad Celsius. Este o proprietate fizică intensivă, deoarece nu depinde de masă, deoarece este exprimată doar pentru un gram de substanță; Cu toate acestea, este legat de numărul de particule și de masa molară a acestora, precum și de forțele intermoleculare care le leagă..
Cantitatea de energie absorbită de substanță este exprimată în unități de joule (J) și mai rar, în calorii (Cal). În general, se presupune că energia este absorbită prin căldură; cu toate acestea, energia poate proveni dintr-o altă sursă, cum ar fi munca efectuată asupra substanței (agitare riguroasă, de exemplu).
Imaginea de mai sus arată un ceainic din care sunt eliberați vaporii de apă generați de încălzirea acestuia. Pentru a încălzi apa, aceasta trebuie să absoarbă căldura din flacăra situată sub ceainic. Astfel, pe măsură ce timpul trece și, în funcție de intensitatea focului, apa va fierbe când va atinge punctul de fierbere..
Căldura specifică stabilește cantitatea de energie consumată de apă pentru fiecare grad ° C pe care temperatura ei o mărește. Această valoare este constantă dacă diferite volume de apă sunt încălzite în același ceainic, deoarece așa cum sa menționat la început, este o proprietate intensivă..
Ceea ce variază este cantitatea totală de energie absorbită de fiecare masă de apă încălzită, cunoscută și sub numele de capacitatea de căldură. Cu cât este mai mare masa de apă care trebuie încălzită (2, 4, 10, 20 litri), cu atât este mai mare capacitatea sa de căldură; dar căldura sa specifică rămâne aceeași.
Această proprietate depinde de presiune, temperatură și volum; totuși, pentru simpla înțelegere, variațiile corespunzătoare ale acestora sunt omise..
Indice articol
A fost definit ce înseamnă căldura specifică pentru o anumită substanță. Cu toate acestea, adevăratul său sens este mai bine exprimat prin formula sa, care îl clarifică prin unitățile sale care sunt clearance-urile pe care le implică atunci când sunt analizate variabilele de care depinde. Formula sa este:
Ce = Q / ΔT m
Unde Q este căldura absorbită, ΔT modificarea temperaturii și m este masa substanței; care conform definiției corespunde unui gram. Făcând o analiză a unităților sale avem:
Ce = J / ºC · g
Care poate fi exprimat și în următoarele moduri:
Ce = kJ / K g
Ce = J / ºC · Kg
Primul dintre ele este cel mai simplu și este cu ajutorul căruia exemplele vor fi abordate în secțiunile următoare.
Formula indică în mod explicit cantitatea de energie absorbită (J) de un gram de substanță într-un grad ºC. Dacă am vrea să curățăm această cantitate de energie, ar trebui să lăsăm ecuația J deoparte:
J = Ce · ºC · g
Acest lucru exprimat într-un mod mai adecvat și în funcție de variabile ar fi:
Q = Ce ΔT m
În formula de mai sus, „m” nu reprezintă un gram de substanță, deoarece se găsește deja implicit în Ce. Această formulă este foarte utilă pentru a calcula căldurile specifice ale diferitelor substanțe prin calorimetrie.
Cum? Folosind definiția caloriilor, care este cantitatea de energie necesară pentru a încălzi un gram de apă de la 14,5 la 15,5 ° C; aceasta este egală cu 4.184 J.
Căldura specifică a apei este anormal de mare și această proprietate este utilizată pentru a măsura căldurile specifice altor substanțe cunoscând valoarea de 4.184 J.
Ce înseamnă pentru o anumită căldură să fie ridicată? Care oferă o rezistență considerabilă pentru a-și crește temperatura, deci trebuie să absoarbă mai multă energie; adică apa trebuie încălzită mult mai mult decât alte substanțe, care în vecinătatea unei surse de căldură se încălzesc aproape instantaneu.
Din acest motiv, apa este utilizată în măsurătorile calorimetrice, deoarece nu suferă modificări bruște de temperatură la absorbția energiei eliberate de reacțiile chimice; sau, în acest caz, din contactul cu un alt material mai fierbinte.
Deoarece apa trebuie să absoarbă multă căldură pentru a-și crește temperatura, căldura poate proveni, de exemplu, dintr-un metal fierbinte. Ținând cont de masele de apă și metal, va avea loc un schimb de căldură între ele până la atingerea a ceea ce se numește echilibru termic..
Când se întâmplă acest lucru, temperaturile apei și ale metalului se egalizează. Căldura degajată de metalul fierbinte este egală cu cea absorbită de apă.
Știind acest lucru și cu ultima formulă pentru Q tocmai descrisă, avem:
ÎApă= -QMetal
Semnul negativ indică faptul că căldura este eliberată din corpul mai cald (metal) în corpul mai rece (apă). Fiecare substanță are propria căldură specifică Ce și masa sa, deci această expresie trebuie dezvoltată după cum urmează:
ÎApă = CeApă ΔTApă MApă = - (CeMetal ΔTMetal MMetal)
Necunoscutul este CeMetal, deoarece în echilibru termic temperatura finală atât pentru apă cât și pentru metal este aceeași; în plus, temperaturile inițiale ale apei și metalului sunt cunoscute înainte de contact, precum și masele lor. Prin urmare, trebuie să clarificăm CeMetal:
CEMetal = (CeApă ΔTApă MApă) / (-ΔTMetal MMetal)
Fără a uita că CeApă este de 4.184 J / ° C · g. Dacă ΔT se dezvoltăApă și ΔTMetal, va fi avut (TF - TApă) Si tF - TMetal), respectiv. Apa se încălzește, în timp ce metalul se răcește, motiv pentru care semnul negativ se înmulțește ΔTMetal rămase (TMetal - TF). În caz contrar, ΔTMetal ar avea o valoare negativă deoarece este TF mai mic (mai rece) decât TMetal.
Ecuația este apoi în cele din urmă exprimată în acest fel:
CEMetal = CeApă · (TF - TApă) MApă/ (TMetal - TF) MMetal
Și odată cu aceasta se calculează căldurile specifice.
Există o sferă a unui metal ciudat care cântărește 130g și are o temperatură de 90ºC. Acesta este scufundat într-un recipient cu apă de 100g la 25 ° C, într-un calorimetru. La atingerea echilibrului termic, temperatura recipientului devine 40 ° C. Calculați Ce a metalului.
Temperatura finală, TF, este de 40 ° C. Cunoscând celelalte date, putem determina Ce direct:
CEMetal = (4.184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g
CEMetal = 0,965 J / ºC · g
Rețineți că căldura specifică a apei este de aproximativ patru ori mai mare decât cea a metalului (4.184 / 0.965).
Când Ce este foarte mic, cu atât este mai mare tendința sa de a se încălzi; care este legat de conductivitatea și difuzia sa termică. Un metal cu un Ce mai mare va tinde să elibereze sau să piardă mai multă căldură, atunci când intră în contact cu un alt material, comparativ cu un alt metal cu un Ce mai mic.
Căldurile specifice pentru diferite substanțe sunt prezentate mai jos.
Căldura specifică a apei, după cum sa menționat, este de 4.184 J / ºC · g.
Datorită acestei valori, poate obține mult soare în ocean și apa se va evapora cu greu într-un grad apreciabil. Acest lucru are ca rezultat o diferență termică care nu afectează viața marină. De exemplu, când mergi la plajă să înoți, chiar dacă afară este soare, simți o temperatură mai scăzută și mai rece în apă..
De asemenea, apa caldă trebuie să elibereze multă energie pentru a se răci singură. În acest proces, încălzește masele de aer în circulație, crescând ușor temperaturile (temperate) în regiunile de coastă în timpul iernilor..
Un alt exemplu interesant este că, dacă nu am fi alcătuiți din apă, o zi la soare ar putea fi mortală, deoarece temperaturile corpului nostru ar crește rapid..
Această valoare unică a Ce se datorează legăturilor de hidrogen intermoleculare. Acestea absorb căldura pentru a se descompune, deci stochează energie. Până când nu vor fi sparte, moleculele de apă nu vor putea vibra crescând energia cinetică medie, care se reflectă într-o creștere a temperaturii..
Căldura specifică a gheții este de 2.090 J / ºC · g. Ca și apa, are o valoare neobișnuit de mare. Aceasta înseamnă că un aisberg, de exemplu, ar trebui să absoarbă o cantitate enormă de căldură pentru a-și crește temperatura. Cu toate acestea, unele aisberguri de azi au absorbit chiar căldura necesară topirii (căldura latentă de fuziune)..
Căldura specifică a aluminiului este de 0,900 J / ºC · g. Este ușor mai mic decât cel al metalului din sferă (0,965 J / ºC · g). Aici căldura este absorbită pentru a vibra atomii metalici de aluminiu din structurile lor cristaline și nu molecule individuale ținute împreună de forțe intermoleculare..
Căldura specifică fierului este de 0,444 J / ºC · g. Fiind mai puțin decât aluminiul, înseamnă că oferă o rezistență mai mică la încălzire; adică, înainte de incendiu, o bucată de fier se va înroși mult mai devreme decât o bucată de aluminiu.
Aluminiul fiind mai rezistent la încălzire, menține alimentele fierbinți mai mult timp când celebra folie de aluminiu este folosită pentru a înfășura gustări.
Căldura specifică a aerului este de aproximativ 1,003 J / ºC · g. Această valoare este foarte supusă presiunilor și temperaturilor, deoarece constă dintr-un amestec gazos. Aici căldura este absorbită pentru a vibra moleculele de azot, oxigen, dioxid de carbon, argon etc..
În cele din urmă, căldura specifică pentru argint este de 0,234 J / ºC · g. Dintre toate substanțele menționate, are cea mai mică valoare Ce. Aceasta înseamnă că, atunci când se confruntă cu fier și aluminiu, o bucată de argint s-ar încălzi mult mai mult în același timp decât celelalte două metale. De fapt, se armonizează cu conductivitatea termică ridicată.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.