Specifická tepelná kapacita: co je pro a jaký je jeho význam?

Fyzikální a termální jevy jsou poměrně rozsáhlé úseky, které jsou důkladně studovány ve školním kurzu. Ne poslední místo v této teorii je dáno specifickým veličinám. První je specifická tepelná kapacita.

Nicméně, výklad slova "specifický" se obvykle nedostává dostatečné pozornosti. Studenti to jednoduše zapamatují. Co to znamená?

Pokud se podíváte do Ozhegovova slovníku, můžete si přečíst, že taková hodnota je definována jako poměr. Navíc může být provedeno s hmotností, objemem nebo energií. Všechny tyto hodnoty musí být považovány za stejné. Postoj k tomu, co je dáno ve specifickém teple?

K produktu hmotnosti a teploty. Kromě toho se jejich hodnoty musí nutně rovnat jednomu. To znamená, že číslo 1 bude v děliči, ale jeho rozměr bude kombinovat kilogram a stupeň Celsia. To je nutně zohledněno při formulování definice specifického tepla, které je dáno o něco níže. Existuje také vzorec, z něhož lze vidět, že tyto dvě hodnoty stojí v jmenovateli.

Co to je?

Specifické teplo látky se zavádí ve chvíli, kdy je zohledněna situace při jeho ohřevu. Bez toho není možné vědět, co množství tepla (nebo energie) bude muset vynaložit na tento proces. A také vypočítat jeho hodnotu při ochlazení těla. Mimochodem, tyto dvě množství tepla se v absolutní hodnotě rovnají. Ale mají různé znaky. Takže v prvním případě je to pozitivní, protože energie musí být vynaložena a přenášena do těla. Druhá chladicí situace udává záporné číslo, protože se uvolní teplo a vnitřní energie tělo klesá.

Toto fyzické množství je označeno latinkou c. Je definován jako určité množství tepla potřebné k ohřevu jednoho kilogramu látky o jeden stupeň. V průběhu školní fyziky, protože tento stupeň je ten, který se odebírá na stupních Celsia.

Jak to počítat?

Pokud chcete vědět, jaká je specifická tepelná kapacita, vzorec vypadá takto:

c = Q / (m * (t ₂ - t ₁ )), kde Q je množství tepla, m je hmotnost látky, t ₂ je teplota, kterou tělo získalo jako výsledek výměny tepla, t ₁ je počáteční teplota látky. Toto je číslo vzorce 1.

Na základě tohoto vzorce je jednotka měření tohoto množství v mezinárodním systému jednotek (SI) J / (kg * ° C).

Jak najít další hodnoty z této rovnice?

Za prvé, množství tepla. Vzorec bude vypadat takto: Q = c * m * (t ₂ - t ₁ ). Pouze je nutné nahradit hodnoty v jednotkách obsažených v SI. To znamená, že hmotnost v kilogramech, teplota - ve stupních Celsia. Toto je číslo vzorce 2.

Za druhé, hmotu látky, která ochlazuje nebo ohřívá. Vzorec pro něj bude: m = Q / (c * (t ₂ - t ₁ )). Toto je číslo vzorce 3.

Za třetí, změna teploty Δt = t ₂ - t ₁ = (Q / c * m). Znak "Δ" se přečte jako "delta" a označuje změnu velikosti, v tomto případě teplotu. Vzorec číslo 4.

Za čtvrté, počáteční a konečná teplota látky. Vzorce platné pro ohřev látky vypadají takto: t ₁ = t ₂ - (Q / c * m), t ₂ = t ₁ + (Q / c * m). Tyto vzorce mají č. 5 a 6. Pokud se problém zabývá chlazením látky, pak jsou vzorce: t ₁ = t ₂ + (Q / c * m), t ₂ = t ₁ - (Q / c * m). Tyto vzorce jsou č. 7 a 8.

Jaké hodnoty to může mít?

Experimentálně bylo zjištěno, jaké hodnoty má pro každou konkrétní látku. Proto byla vytvořena speciální tabulka specifického tepla. Nejčastěji dává data, která jsou platná za normálních podmínek.

Jaká je laboratorní práce na měření specifického tepla?

V kurzu fyziky školy je určen pro solidní. Kromě toho je její tepelná kapacita vypočtena díky srovnání s tím, co je známo. To se nejlépe provádí vodou.

V průběhu práce je třeba měřit počáteční teploty vody a ohřáté pevné látky. Pak jej spustíme do kapaliny a počkáme na tepelnou rovnováhu. Celý experiment se provádí v kalorimetru, takže ztráta energie může být zanedbávána.

Poté musíte zapsat vzorec množství tepla, které voda získává při zahřátí z pevného tělesa. Druhý výraz popisuje energii, kterou tělo dodává při ochlazování. Tyto dvě hodnoty jsou stejné. Matematickými výpočty zůstává určit specifickou tepelnou kapacitu látky, která tvoří pevnou látku.

Nejčastěji se doporučuje srovnávat s tabulkovými hodnotami, aby se pokusilo odhadnout, na kterou látku je studované tělo.

Číslo problému 1

Stav Teplota kovu se pohybuje od 20 do 24 stupňů Celsia. Zároveň se zvýšila jeho vnitřní energie o 152 J. Jaká je specifická tepelná kapacita kovu, je-li jeho hmotnost 100 gramů?

Rozhodnutí. Chcete-li najít odpověď, musíte použít vzorec napsaný pod číslem 1. Všechny hodnoty potřebné pro výpočty jsou. Pouze musíte nejprve převést hmotnost na kilogramy, jinak bude odpověď chybná. Protože všechna množství musí být taková, která jsou přijata v SI.

V jednom kilogramu 1000 gramů. Takže 100 gramů je třeba rozdělit na 1000, ukáže se to na 0,1 kilogramu.

Nahrazení všech hodnot dává následující výraz: c = 152 / (0,1 * (24 - 20)). Výpočty nejsou obzvlášť obtížné. Výsledkem všech akcí je číslo 380.

Odpověď: c = 380 J / (kg * ° C).

Číslo problému 2

Stav Stanovte konečnou teplotu, do které se voda 5 litrů ochladí, pokud byla odebrána při teplotě 100 ° C a uvolní 1680 kJ tepla do životního prostředí.

Rozhodnutí. Měli bychom začít tím, že energie je dána v nesystémové jednotce. Kilojouly je třeba přeložit do joulí: 1680 kJ = 1680000 J.

Chcete-li vyhledat odpověď, musíte použít vzorec číslo 8. Však se v ní objeví hmotnost, ale v problému není známo. Ale vzhledem k množství tekutiny. Takže můžete použít vzorec známý jako m = ρ * V. Hustota vody rovnající se 1000 kg / m ³ . Ale tady bude muset být objem nahrazen v kubických metrech. K jejich přenesení z litrů je nutné rozdělit na 1000. Objem vody tedy činí 0,005 m ³ .

Nahrazení hodnot v hmotnostním vzorci poskytuje následující výraz: 1000 * 0.005 = 5 kg. Zvláštní teplo se bude muset podívat na tabulku. Nyní můžete přejít na vzorec 8: t ₂ = 100 + (1680000/4200 * 5).

První akce má vykonávat násobení: 4200 * 5. Výsledkem je 21000. Druhým je rozdělení. 1680000: 21000 = 80. Poslední je odečítání: 100 - 80 = 20.

Odpověď zní. t ₂ = 20 ° C.

Číslo problému 3

Stav K dispozici je kádinka o hmotnosti 100 g, do ní se vlije 50 g vody. Počáteční teplota vody se sklem je 0 stupňů Celsia. Kolik tepla je potřeba k varu vody?

Rozhodnutí. Začněte zadáním vhodného označení. Nechte data týkající se skla index 1 a vodní index 2. Specifické tepelné kapacity naleznete v tabulce. Kádinka je vyrobena z laboratorního skla, takže její hodnota je ₁ = 840 J / (kg * ° C). Data pro vodu jsou následující: c ₂ = 4200 J / (kg * ° C).

Jejich masy jsou v gramech. Je nutné je přeložit do kilogramů. Masy těchto látek budou označeny jako: m ₁ = 0,1 kg, m ₂ = 0,05 kg.

Počáteční teplota je dána: t ₁ = 0 ºС. Na závěr je známo, že odpovídá tomu, v němž se voda vaří. Toto je t ₂ = 100 ° С.

Protože se sklo ohřívá vodou, požadované množství tepla se skládá ze dvou. První, která je zapotřebí k ohřevu skla (Q ₁ ), a druhá topná voda (Q ₂ ). Jejich výraz bude vyžadovat druhý vzorec. Musí to být zaznamenána dvakrát s různými indexy a poté doplnit jejich částku.

Ukazuje se, že Q = c ₁ * m ₁ * (t ₂ - t ₁ ) + c ₂ * m ₂ * (t ₂ - t ₁ ). Společný faktor (t ₂ - t ₁ ) lze vyjmout z držáku tak, aby bylo jednodušší jej výpočet. Pak bude vzorec, který bude potřebovat k výpočtu množství tepla, vypadat takto: Q = (s ₁ * m ₁ + s ₂ * m ₂ ) * (t ₂ - t ₁ ). Nyní můžete nahradit hodnoty známé v problému a počítat výsledek.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100-0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (J).

Odpověď zní. Q = 29400 J = 29,4 kJ.