Oluşumunda özgül ısı, nasıl hesaplandığı ve örnekler

özgül ısı Belirli bir maddenin bir gramının sıcaklığını bir santigrat derece artırmak için absorbe etmesi gereken enerji miktarıdır. Yoğun bir fiziksel özelliktir, çünkü yalnızca bir gram madde için ifade edilecek kütleye bağlı değildir; bununla birlikte, parçacıkların sayısı ve parçacıkların molar kütlesi ve aynı zamanda onları bağlayan moleküller arası kuvvetler ile ilgilidir..

Madde tarafından emilen enerji miktarı, joule (J) birimleri cinsinden ifade edilir ve daha az yaygın olarak, kaloriler (Cal) cinsinden ifade edilir. Genel olarak, enerjinin ısıdan emildiği varsayılır; bununla birlikte, enerji madde üzerinde yapılan çalışmalar gibi başka bir kaynaktan gelebilir (örneğin titiz ajitasyon).

Üstteki görüntü, ısıtması tarafından üretilen su buharlarının salındığı bir demlik göstermektedir. Suyu ısıtmak için, demlik altındaki alevi ısı emmesi gerekir. Böylece, zaman geçtikçe ve yangının şiddetine bağlı olarak, kaynama noktasına ulaştığında su kaynar.

Spesifik ısı, sıcaklığını artıran her derece ° C için suyun ne kadar enerji tükettiğini belirler. Aynı demlikte farklı miktarlarda su ısıtılırsa bu değer sabittir, çünkü başlangıçta belirtildiği gibi yoğun bir özelliktir..

Değişen, ısı kapasitesi olarak da bilinen her ısıtılmış su kütlesi tarafından emilen toplam enerji miktarıdır. Isıtılacak su kütlesi büyüdükçe (2, 4, 10, 20 litre), ısı kapasitesi artar; ancak özgül ısısı hala aynı.

Bu özellik basınca, sıcaklığa ve hacme bağlıdır; ancak, basit bir anlayış için, bunlara karşılık gelen varyasyonlar göz ardı edilmiştir..

indeks

• 1 Özgül ısı nedir??
• 2 Özgül ısı nasıl hesaplanır??
  • 2.1 Referans olarak su
  • 2.2 Isıl denge
  • 2.3 Matematiksel gelişim
  • 2.4 Hesaplama örneği
• 3 Örnekler
  • 3.1 Su
  • 3.2 Buz
  • 3.3 Alüminyum
  • 3.4 Demir
  • 3.5 Hava
  • 3.6 Gümüş
• 4 Kaynakça

Özgül ısı nedir?

Spesifik ısının belirli bir madde için ne anlama geldiği tanımlandı. Bununla birlikte, gerçek anlamı en iyi, bağlı olduğu değişkenleri analiz ederken söz konusu açıklıkları olan birimleri aracılığıyla netleştiren formülüyle ifade edilir. Formülü:

Ce = Q / ·T · m

Q, emilen ısı olduğunda, sıcaklık değişir ve m, maddenin kütlesidir; tanımına göre bir gram karşılık gelir. Birimlerinizin analizini yapıyorsunuz:

Ce = J / ·C · g

Aşağıdaki şekillerde de ifade edilebilir:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ·C · Kg

Birincisi en basit olanıdır ve bununla birlikte örnekler aşağıdaki bölümlerde ele alınacaktır..

Formül, açıkça bir derece madde tarafından bir gram madde tarafından emilen (J) enerji miktarını gösterir. Bu miktarda enerjiyi temizlemek isteseydiniz, J denklemini bir kenara bırakmak zorunda kalacaksınız:

J = Ce · ºC · g

Daha uygun bir şekilde ve değişkenlere göre ifade edilenler şöyle olacaktır:

Q = Ce · ΔT · m

Özgül ısı nasıl hesaplanır??

Referans olarak su

Daha önceki formülde 'm', bir madde gramını temsil etmemektedir, çünkü zaten Zaten CE'dedir. Bu formül, çeşitli maddelerin belirli sıcaklıklarını kalorimetri ile hesaplamakta çok faydalıdır..

Nasıl? Bir gram suyu 14.5 ila 15.5 ° C arasında ısıtmak için gereken enerji miktarı olan kalori tanımını kullanarak; Bu 4,184 J'ye eşittir.

Suyun özgül ısısı anormal derecede yüksektir ve bu özellik 4.184 J değerini bilen diğer maddelerin özgül ısılarını ölçmek için kullanılır..

Belirli bir ısının yüksek olması ne anlama geliyor? Bu, sıcaklığını artırmak için kayda değer bir dirence karşı çıkar, bu yüzden daha fazla enerji emmesi gerekir; yani suyun, bir ısı kaynağının yakınında hemen hemen ısıtılan diğer maddelere kıyasla daha uzun süre ısıtılması gerekir..

Bu nedenle su, kalorimetrik ölçümlerde kullanılır, çünkü kimyasal reaksiyonlardan salınan enerjiyi emerken ani sıcaklık değişiklikleri yaşamaz; veya, bu durumda, diğer sıcak malzemelerle temas.

Termal denge

Suyun sıcaklığını arttırmak için çok fazla ısı emmesi gerektiğinden, örneğin sıcak bir metalden ısı gelebilir. Su ve metal kütleleri göz önüne alındığında, her ikisi arasında ısı dengesi olarak adlandırılana kadar bir ısı değişimi meydana gelecektir..

Bu olduğunda, su ve metal sıcaklıkları eşitlenir. Sıcak metal tarafından salınan ısı, suyun emdiği sıcaklığa eşittir..

Matematiksel gelişim

Bunu bilmek, ve az önce tanımlanmış olan Q formülünün son haliyle:

S_su= -Q_maden

Negatif işaret, sıcaklığın en sıcak gövdeden (metal) en soğuk gövdeye (su) salındığını gösterir. Her maddenin kendine özgü sıcaklığı Ce ve kütlesi vardır, bu nedenle bu ifade aşağıdaki gibi geliştirilmelidir:

S_su = Ce_su · ΔT_su · M_su = - (Ce_maden · ΔT_maden · M_maden)

Bilinmeyen Ce_maden, çünkü termal dengede hem su hem de metal için son sıcaklık aynıdır; Ek olarak, suyun ve metalin başlangıç ​​sıcaklıkları temas etmeden önce ve bunların kütleleriyle bilinmektedir. Bu nedenle Ce'yi temizlemeliyiz_maden:

AK_maden = (Ce_su · ΔT_su · M_su) / (-ΔT_maden · M_maden)

Ce'yi unutmadan_su 4,184 J / ·C · g. Eğer developedT geliştirilirse_su ve ΔT_maden, olacak (T_F - T_su) ve (T_F - T_maden) sırasıyla. Metal soğurken su ısıtılır ve bu nedenle negatif işaret ΔT ile çarpılır._maden kalma (T_maden - T_F). Aksi takdirde, ΔT_maden T olduğu için negatif bir değere sahip_F T'den daha küçük (daha soğuk)_maden.

Denklem daha sonra nihayet bu şekilde ifade edilir:

AK_maden = Ce_su · (T_F - T_su) · M_su/ (T_maden - T_F) · M_maden

Ve onunla belirli ısıtıcılar hesaplanır.

Hesaplama örneği

130g ağırlığında ve 90ºC sıcaklıkta garip bir metal küresine sahiptir. Bu, bir kalorimetrenin içine 25ºC'de 100 g su kabına batırılır. Termal dengeye ulaşıldığında, kabın sıcaklığı 40 ° C olur. Metal Ce'yi hesapla.

Son sıcaklık, t_F, 40ºC'dir. Diğer verileri bilerek doğrudan Ce'yi belirleyebilirsiniz:

AK_maden = (4.184 J / ·C · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

AK_maden = 0.965 J / ·C · g

Suyun özgül ısısının metalin yaklaşık dört katı olduğunu unutmayın (4.184 / 0.965).

Ce çok küçük olduğunda, ısınma eğilimi artar; termal iletkenlik ve difüzyon ile ilgilidir. Daha yüksek Ce değerine sahip bir metal, düşük Ce değerine sahip başka bir metal ile karşılaştırıldığında, başka bir malzemeyle temas ettiğinde daha fazla ısı salma ya da kaybetme eğiliminde olacaktır..

Örnekler

Farklı maddeler için spesifik ısıtmalar aşağıda gösterilmiştir..

su

Suyun özgül ısısı, söylendiği gibi, 4.184 J / ºC · g'dır..

Bu değer sayesinde okyanusta çok fazla güneş yapabilir ve su kayda değer derecede buharlaşmayacak. Bu, deniz yaşamını etkilemeyen bir termal farkla sonuçlanır. Örneğin, denize girmek için plaja gittiğinde, dışarıda hava güneşli olsa bile, sularda daha düşük ve daha serin bir sıcaklık hissedebilirsiniz..

Sıcak suyun ayrıca soğuması için çok fazla enerji salması gerekir. Bu sırada, dolaşımdaki hava kütlelerini ısıtır, kış aylarında kıyı bölgelerindeki sıcaklıkları (ılıman) biraz yükseltir..

Bir başka ilginç örnek ise eğer suyla oluşmazsak, güneşte bir gün ölümcül olabilir, çünkü vücudumuzun sıcaklıkları hızla artacaktır..

Ce'nin bu eşsiz değeri moleküller arası hidrojen köprülerinden kaynaklanmaktadır. Bunlar kırılmaları için ısıyı emer, böylece enerji depolarlar. Kırılana kadar, su molekülleri titreşim yapamaz ve sıcaklıktaki artışa yansıyan ortalama kinetik enerjiyi arttırır..

buz

Buzun özgül ısısı 2,090 J / ºC · g'dir. Su gibi, alışılmadık derecede yüksek bir değere sahiptir. Bu, örneğin bir buzdağının sıcaklığını artırmak için büyük miktarda ısı emmesi gerektiği anlamına gelir. Bununla birlikte, günümüzün bazı buzdağları eritmek için gereken ısıyı bile emmiştir (füzyonun gizli ısısı).

alüminyum

Alüminyumun özgül ısısı 0.900 J / ·C · g'dir. Kürenin metalinden biraz daha düşüktür (0.965 J / ·C · g). Burada, alüminyumun metal atomlarını kristal yapılarında titreşmek için moleküller arası kuvvetler tarafından birleştirilen moleküller değil, ısı emilir..

demir

Ütünün özgül ısısı 0.444 J / ºC · g'dir. Alüminyumdan daha az olması, ısıtıldığında daha az dirençle karşı karşıya olduğu anlamına gelir; yani, bir yangından önce demir bir parça, bir alüminyum parçadan çok önce kırmızı sıcak olacak.

Isıtmaya karşılık alüminyum, ünlü alüminyum folyo atıştırmalıkları sarmak için kullanıldığında, yiyecekleri daha uzun süre sıcak tutar..

hava

Havanın özgül ısısı yaklaşık 1.003 J / ºC · g'dir. Bu değer, bir gaz karışımından oluştuğu için, basınç ve sıcaklıklara çok maruz kalır. Burada ısı azot, oksijen, karbondioksit, argon vb. Moleküllerini titretmek için emilir..

gümüş

Son olarak, gümüş için spesifik ısı 0.234 J / ºC · g'dir. Bahsedilen tüm maddeler arasında en düşük Ce değerine sahiptir.Bu, demir ve alüminyumdan önce, bir gümüş parçasının diğer iki metalle aynı anda daha fazla ısınacağı anlamına gelir. Aslında, yüksek termal iletkenliği ile uyumludur.

referanslar

1. Serway ve Jewett. (2008). Fizik: bilim ve mühendislik için. (Yedinci Baskı), Cilt 1, Cengage Öğrenme.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kimya. (Sekizinci baskı). Cengage Öğrenme.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 Kasım 2018). Kimyada Özel Isı Kapasitesi. Alınan adres: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Özgül Isı Şu kaynaktan alındı: scienceworld.wolfram.com
5. R Gemisi. (2016). Özgül Isı Georgia Eyalet Üniversitesi. Alınan: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Vikipedi. (2019). Özgül ısı Alınan: en.wikipedia.org