Spezifische Wärme

Was ist die spezifische Wärme??

Er spezifische Wärme Es ist die Energiemenge, die ein Gramm einer bestimmten Substanz absorbieren muss, um seine Temperatur einen Celsius -Grad zu erhöhen. 

Es ist ein intensives physikalisches Eigentum, da es nicht vom Teig abhängt, da es nur für ein Gramm Substanz ausgedrückt wird. Es hängt jedoch mit der Anzahl der Partikel und der Molmasse sowie mit den intermolekularen Kräften zusammen, die sie vereinen.

Die von der Substanz absorbierte Energiemenge wird in Joule (J) -Einheiten und seltener in Kalorien (Limette) ausgedrückt. Im Allgemeinen wird angenommen, dass Energie durch Wärme absorbiert wird; Energie kann jedoch aus einer anderen Quelle stammen, als eine Arbeit zur Substanz (zum Beispiel strenge Agitation).

Spezifische Wärmeformel

Die spezifische Wärmeformel ist:

Ce = q/Δt · m

Wo das absorbiert wird, Δt die Temperaturänderung und m ist die Masse der Substanz; dass nach der Definition einem Gramm entspricht. Eine Analyse Ihrer Einheiten durchführen, die Sie haben:

Ce = j/ºC · g

Dies kann auch auf folgende Weise ausgedrückt werden:

Ce = kj/k · g

Ce = j/ºC · kg

Der erste ist der einfachste und mit dem die Beispiele in den folgenden Abschnitten angesprochen werden.

Die Formel zeigt explizit die Menge an absorbiertem Energie (j) durch ein Gramm Substanz in einem Grad ºC an. Wenn diese Energiemenge klären möchte, wäre es notwendig, die E -Gleichung beiseite zu lassen:

J = ce · ºC · g

Das wurde auf angemessenere Weise und nach den Variablen ausgedrückt:

Q = ce · Δt · m

Wie wird die spezifische Wärme berechnet??

Wasser als Referenz

In der vorherigen Formel "M" repräsentiert 'm' kein Gramm Substanz, da es bereits implizit in CE ist. Diese Formel ist sehr nützlich, um die spezifischen Wärme verschiedener Substanzen durch Kalorimetrie zu berechnen.

Als? Unter Verwendung der Definition von Kalorien, die die Menge an Energie ist, die erforderlich ist, um ein Gramm Wasser von 14,5 bis 15,5ºC zu erhitzen; Dies entspricht 4.184 J.

Die spezifische Wasserwärme ist ungewöhnlich hoch, und diese Eigenschaft wird verwendet, um die spezifischen Wärme anderer Substanzen zu messen.

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Was bedeutet es, dass bestimmte Wärme hoch ist? Das entspricht einem erheblichen Widerstand, um seine Temperatur zu erhöhen, so dass es mehr Energie aufnehmen muss. Das heißt, Wasser muss im Vergleich zu anderen Substanzen viel länger erwärmen, die in der Nähe einer Wärmequelle fast in der Handlung erhitzt werden.

Aus diesem Grund wird Wasser bei kalorimetrischen Messungen verwendet, da es keine plötzlichen Temperaturveränderungen aufweist, indem Energie von chemischen Reaktionen absorbiert wird. Oder in diesem Fall Kontakt mit einem anderen heißeren Material.

Thermalgleichgewicht

Da Wasser sehr Wärme absorbieren muss, um seine Temperatur zu erhöhen, kann beispielsweise Wärme aus heißem Metall kommen. Unter Berücksichtigung der Wasser- und Metallmassen tritt ein Wärmeaustausch zwischen ihnen auf, bis das sogenannte thermisches Gleichgewicht erreicht ist.

In diesem Fall werden Wasser- und Metalltemperaturen ausgeglichen. Die von heiße Metall abgelöste Wärme entspricht der von Wasser absorbierten.

Mathematische Entwicklung

Wenn Sie dies wissen, haben Sie mit der letzten Formel für gerade beschriebene:

Q_Wasser= -Q_Metall

Das negative Vorzeichen zeigt, dass Wärme vom heißesten Körper bis zum kältesten Körper (Wasser) freigesetzt wird. Jede Substanz hat eine eigene Wärme und seine Masse, so dass dieser Ausdruck wie folgt entwickelt werden muss:

Q_Wasser = CE_Wasser · Δt_Wasser · M_Wasser = -(CE_Metall · Δt_Metall · M_Metall)

Das Unbekannte ist CE_Metall, Da im thermischen Gleichgewicht die Endtemperatur sowohl für Wasser als auch für Metall gleich ist; Darüber hinaus sind die anfänglichen Temperaturen von Wasser und Metall vor dem Kontakt bekannt, genau wie ihre Massen. Deshalb müssen Sie CE löschen_Metall:

EC_Metall = (CE_Wasser · Δt_Wasser · M_Wasser)/ (-Δt_Metall · M_Metall)

Ohne zu vergessen, was CE_Wasser ist 4,184 j/ºC · g. Wenn sie ΔT entwickeln_Wasser und δt_Metall, Es wird sein (t_F - T_Wasser) und T_F - T_Metall), bzw. Wasser wird erhitzt, während das Metall abkühlt, und deshalb multipliziert sich das negative Vorzeichen mit ΔT_Metall bleiben (t_Metall - T_F). Ansonsten Δt_Metall hätte einen negativen Wert dafür, t zu sein_F minderjährig (kälter) als t_Metall.

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Die Gleichung wird dann schließlich auf diese Weise ausgedrückt:

EC_Metall = CE_Wasser · (T_F - T_Wasser) · M_Wasser/ (T_Metall - T_F) · M_Metall

Und damit werden die spezifischen Wärme berechnet.

Beispiel für die Berechnung

Sie haben eine Kugel aus einem seltsamen Metall, das 130 g wiegt, und mit einer Temperatur von 90 ° C. Dies wird in einem Wasserbehälter von 100 g bis 25 ° C in einem Kalorimeter getaucht. Wenn der Wärmeausgleich erreicht ist, wird die Temperatur des Behälters 40 ° C. Berechnen Sie das Metall CE.

Die Endtemperatur t_F, Es ist 40ºC. Wenn Sie die anderen Daten kennen, können Sie CE direkt bestimmen:

EC_Metall = (4,184 J/ ºC · g · (40 - 25) ºC · 100 g)/ (90 - 40) ºC · 130 g

EC_Metall = 0,965 J/ºC · g

Beachten Sie, dass die spezifische Wasserwärme etwa das Vierfache des Metalls beträgt (4.184/0,965).

Wenn CE sehr klein ist, desto größer ist seine Tendenz, sich aufzuwärmen; welches mit seiner thermischen Leitfähigkeit und Verbreitung zusammenhängt. Ein Metall mit größerem CE tendiert dazu, mehr Wärme freizusetzen oder zu verlieren, wenn es mit einem anderen Material in Kontakt kommt, im Vergleich zu einem anderen Metall mit weniger CE.

Spezifische Wärmebeispiele

Spezifische Erwärmungen für verschiedene Substanzen sind unten gezeigt.

Wasser

Die spezifische Wasserwärme beträgt, wie gesagt, 4.184 J/ºC · g.

Dank dieses Wertes können Sie viel Sonne im Meer herstellen und das Wasser wird kaum in merkwürdiger Maße verdampft. Dies führt zu einem thermischen Unterschied, der das Meeresleben nicht beeinflusst. Zum Beispiel, wenn Sie zum Schwimmen zum Strand gehen, obwohl es draußen viel Sonne macht, spüren Sie eine niedrigere, kühlere Temperatur.

Heißes Wasser muss auch viel Energie freisetzen, um abzukühlen. In dem Prozess die Massen der zirkulierenden Luft erhitzen und die Temperaturen (gemäßigt) in den Küstenregionen während der Winter erhöhen.

Ein weiteres interessantes Beispiel ist, dass, wenn wir nicht durch Wasser gebildet würden, eines Tages in der Sonne tödlich sein könnte, weil die Temperaturen unseres Körpers schnell steigen würden.

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Dieser eindeutige EC -Wert ist auf intermolekulare Wasserstoffbrücken zurückzuführen. Diese absorbieren Wärme, um zu brechen, sodass sie Energie speichern. Bis sie brechen, können Wassermoleküle nicht in der Lage sein, die durchschnittliche kinetische Energie zu erhöhen, die sich in einem Temperaturanstieg widerspiegelt.

Eis

Die spezifische Wärmewärme beträgt 2.090 J/ºC · g. Wie Wasser hat es ungewöhnlich hoher Wert. Dies bedeutet, dass ein Eisberg zum Beispiel eine große Menge Wärme aufnehmen muss, um seine Temperatur zu erhöhen. Einige Eisberge von heute haben jedoch sogar die zum Schmelzen erforderliche Wärme absorbiert (latente Wärme).

Aluminium

Die spezifische Aluminiumwärme beträgt 0,900 J/ºC · g. Es ist etwas niedriger als das Metall der Kugel (0,965 J/ºC · G). Hier wird die Wärme absorbiert, um die Metallatome von Aluminium in seinen kristallinen Strukturen zu vibrieren, und nicht einzelne Moleküle, die durch intermolekulare Kräfte verbunden sind.

Eisen

Die spezifische Wärmewärme beträgt 0,444 J/ºC · g. Wenn es weniger als das von Aluminium ist, bedeutet dies, dass es weniger Widerstand gegen Heizung widerspricht. Das heißt, bevor ein Feuer ein Stück Bügeleisen lange vor einem Aluminiumstück rot lebt.

Aluminium, indem sie sich mehr gegen Heizung widersetzt, hält heißes Essen länger, wenn die berühmte Aluminiumfolie verwendet wird, um die Snacks zu wickeln.

Luft

Die spezifische Luftwärme beträgt 1.003 J/ºC · g. Dieser Wert unterliegt sehr Drücken und Temperaturen, um aus einer gasförmigen Mischung zu bestehen. Hier wird die Wärme absorbiert, um Stickstoff, Sauerstoff, Kohlendioxid, Argon usw. zu vibrieren.

Silber

Schließlich beträgt die spezifische Wärme für Silber 0,234 J/ºC · g. Von allen oben genannten Substanzen zeigt es den niedrigsten Wert von CE. Dies bedeutet, dass vor Eisen und Aluminium ein Stück Silber viel mehr gleichzeitig mit den anderen beiden Metallen erhitzen würde. Tatsächlich harmoniert es mit seiner hohen thermischen Leitfähigkeit.

Verweise

1. Spezifische Wärmekapazität in der Chemie. Erholt von: thoughtco.com
2. Spezifische Wärme. Erholt von: Scienceworld.Wolfram.com