Capacità termica specifica: a cosa serve e qual è il suo significato?
La fisica e i fenomeni termici sono una sezione abbastanza ampia che viene accuratamente studiata nel corso della scuola. Non l'ultimo posto in questa teoria è dato a quantità specifiche. Il primo è la capacità termica specifica.
Tuttavia, l'interpretazione della parola "specifico" di solito non viene prestata sufficiente attenzione. Gli studenti lo ricordano semplicemente come un dato. Cosa significa?
Se guardi il dizionario di Ozhegov, puoi leggere che tale valore è definito come un rapporto. Inoltre, può essere eseguito su massa, volume o energia. Tutti questi valori devono essere considerati uguali a uno. Atteggiamento a ciò che viene dato nel calore specifico?
Al prodotto di massa e temperatura. Inoltre, i loro valori devono necessariamente essere uguali a uno. Cioè, il numero 1 sarà nel divisore, ma la sua dimensione combinerà il chilogrammo e il grado Celsius. Questo è necessariamente preso in considerazione quando si formula la definizione di calore specifico, che viene dato un po 'sotto. C'è anche una formula da cui si può vedere che questi due valori stanno nel denominatore.
Cos'è?
Il calore specifico di una sostanza viene introdotto nel momento in cui viene considerata la situazione con il suo riscaldamento. Senza di esso, è impossibile sapere quale quantità di calore (o energia) dovrà spendere per questo processo. E anche per calcolare il suo valore durante il raffreddamento del corpo. A proposito, queste due quantità di calore sono uguali tra loro in valore assoluto. Ma hanno segni diversi. Quindi, nel primo caso, è positivo, perché l'energia deve essere spesa e trasferita al corpo. La seconda situazione di raffreddamento fornisce un numero negativo perché il calore viene rilasciato e energia interna il corpo diminuisce.
Questa quantità fisica è indicata dalla lettera latina c. È definito come una certa quantità di calore necessaria per riscaldare un chilogrammo di una sostanza di un grado. Nel corso di fisica scolastica, questo grado è quello che viene preso in scala Celsius.
Come contarlo?
Se vuoi sapere qual è la capacità termica specifica, la formula è la seguente:
c = Q / (m * (t 2 - t 1 )), dove Q è la quantità di calore, m è la massa della sostanza, t 2 è la temperatura che il corpo ha acquisito in seguito allo scambio di calore, t 1 è la temperatura iniziale della sostanza. Questa è la formula numero 1.
Sulla base di questa formula, l'unità di misura di questa quantità nel sistema internazionale di unità (SI) è J / (kg * ºС).
Come trovare altri valori da questa equazione?
In primo luogo, la quantità di calore. La formula sarà simile a questa: Q = c * m * (t 2 - t 1 ). Solo è necessario sostituire i valori nelle unità incluse nel SI. Cioè, la massa in chilogrammi, la temperatura - in gradi Celsius. Questa è la formula numero 2.
In secondo luogo, la massa di una sostanza che si raffredda o riscalda. La formula per esso sarà: m = Q / (c * (t 2 - t 1 )). Questa è la formula numero 3.
Terzo, il cambiamento di temperatura Δt = t 2 - t 1 = (Q / c * m). Il segno "Δ" viene letto come "delta" e indica una variazione di magnitudine, in questo caso la temperatura. Formula numero 4.
In quarto luogo, la temperatura iniziale e finale della sostanza. Le formule valide per il riscaldamento di una sostanza sono le seguenti: t 1 = t 2 - (Q / c * m), t 2 = t 1 + (Q / c * m). Queste formule hanno il n. 5 e 6. Se il problema riguarda il raffreddamento di una sostanza, allora le formule sono: t 1 = t 2 + (Q / c * m), t 2 = t 1 - (Q / c * m). Queste formule sono n. 7 e 8.
Quali valori può avere?
È stato stabilito sperimentalmente quali valori ha per ogni sostanza specifica. Pertanto, è stata creata una tabella speciale di calore specifico. Molto spesso, fornisce dati validi in condizioni normali.
| sostanza | Calore specifico, J / (kg * ºС) |
| alluminio | 920 |
| acqua | 4200 |
| grafite | 750 |
| ferro | 460 |
| oro | 130 |
| ottone | 400 |
| ghiaccio | 2100 |
| rame | 400 |
| latta | 230 |
| portare | 140 |
| acciaio | 500 |
| vetro da laboratorio | 840 |
| ghisa | 540 |
Qual è il lavoro di laboratorio sulla misurazione del calore specifico?
In un corso di fisica scolastica, è determinato per un solido. Inoltre, la sua capacità termica è calcolata a causa del confronto con ciò che è noto. Questo è più facile con l'acqua.
Nel processo di esecuzione del lavoro, è necessario misurare le temperature iniziali dell'acqua e del solido riscaldato. Quindi abbassalo in liquido e attendi l'equilibrio termico. L'intero esperimento viene eseguito in un calorimetro, quindi la perdita di energia può essere trascurata.
Quindi è necessario scrivere la formula della quantità di calore che l'acqua riceve quando viene riscaldata da un solido. La seconda espressione descrive l'energia che il corpo dà quando si raffredda. Questi due valori sono uguali. Con i calcoli matematici, rimane da determinare la capacità termica specifica della sostanza che costituisce un solido.
Molto spesso, si suggerisce di confrontarlo con valori tabulari per cercare di indovinare di quale sostanza è fatto il corpo in studio.
Problema numero 1
Condizioni. La temperatura del metallo varia da 20 a 24 gradi Celsius. Allo stesso tempo, la sua energia interna è aumentata di 152 J. Qual è la capacità termica specifica di un metallo, se la sua massa è di 100 grammi?
La decisione Per trovare la risposta è necessario utilizzare la formula scritta sotto il numero 1. Tutti i valori necessari per i calcoli sono. Solo per prima cosa devi convertire la massa in chilogrammi, altrimenti la risposta sarà sbagliata. Perché tutte le quantità devono essere tali che sono accettate nel SI.
In un chilogrammo di 1000 grammi. Quindi, 100 grammi devono essere divisi per 1000, si scopre 0,1 chilogrammo.
La sostituzione di tutti i valori dà la seguente espressione: c = 152 / (0.1 * (24 - 20)). I calcoli non sono particolarmente difficili. Il risultato di tutte le azioni è il numero 380.
Risposta: c = 380 J / (kg * ºС).
Problema numero 2
Condizioni. Determina la temperatura finale a cui l'acqua di 5 litri si raffredderà se è stata presa a 100 ºС e ha rilasciato 1680 kJ di calore nell'ambiente.
La decisione Dovremmo iniziare dal fatto che l'energia è fornita in un'unità non di sistema. I kilojoule devono essere tradotti in joule: 1680 kJ = 1680000 J.
Per cercare una risposta, è necessario utilizzare la formula numero 8. Tuttavia, la massa appare al suo interno, ma non è nota nel problema. Ma data la quantità di liquido. Quindi puoi usare la formula conosciuta come m = ρ * V. Densità dell'acqua pari a 1000 kg / m 3 . Ma qui il volume dovrà essere sostituito in metri cubi. Per trasferirli da litri, è necessario dividere per 1000. Pertanto, il volume d'acqua è 0,005 m 3 .
La sostituzione dei valori nella formula di massa dà la seguente espressione: 1000 * 0,005 = 5 kg. Il calore specifico dovrà guardare la tabella. Ora puoi passare alla formula 8: t 2 = 100 + (1680000/4200 * 5).
La prima azione dovrebbe eseguire la moltiplicazione: 4200 * 5. Il risultato è 21000. Il secondo è la divisione. 1680000: 21000 = 80. L'ultimo è la sottrazione: 100 - 80 = 20.
La risposta è t 2 = 20 ºС.
Problema numero 3
Condizioni. C'è un bicchiere che pesa 100 g, vi vengono versati 50 g di acqua. La temperatura iniziale dell'acqua con un vetro è di 0 gradi Celsius. Quanto calore è necessario per portare l'acqua a ebollizione?
La decisione Si dovrebbe iniziare inserendo una designazione adeguata. Lasciare che i dati relativi al vetro siano indice 1 e acqua indice 2. Le capacità termiche specifiche dovrebbero essere trovate nella tabella. Il becher è fatto di vetro da laboratorio, quindi il suo valore è 1 = 840 J / (kg * ºС). I dati per l'acqua sono i seguenti: с 2 = 4200 J / (kg * ºС).
Le loro masse sono in grammi. È necessario tradurli in chilogrammi. Le masse di queste sostanze saranno indicate come: m 1 = 0,1 kg, m 2 = 0,05 kg.
La temperatura iniziale è data: t 1 = 0 ºС. Sul finale si sa che corrisponde a quello in cui bolle l'acqua. Questo è t 2 = 100 ºС.
Poiché il vetro viene riscaldato con acqua, la quantità richiesta di calore sarà composta da due. Il primo, che è necessario per riscaldare il vetro (Q 1 ), e il secondo, l'acqua di riscaldamento (Q 2 ). La loro espressione richiederà una seconda formula. Deve essere registrato due volte con indici diversi e quindi comporre la somma.
Si scopre che Q = c 1 * m 1 * (t 2 - t 1 ) + c 2 * m 2 * (t 2 - t 1 ). Il fattore comune (t 2 - t 1 ) può essere messo fuori dalla parentesi in modo che sia più facile da calcolare. Quindi la formula che sarà necessaria per calcolare la quantità di calore sarà simile a questa: Q = (con 1 * m 1 + con 2 * m 2 ) * (t 2 - t 1 ). Ora puoi sostituire i valori conosciuti nel problema e contare il risultato.
Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 - 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).
La risposta è Q = 29400 J = 29,4 kJ.