مفاهیم اصلی

در این آموزش شما با موضوعی آشنا می شوید گرمای ویژه. علاوه بر این، فرمولی را یاد می گیرید که با این مفهوم همراه است و برای حل ریاضی، یک مثال را مرور می کنید. همچنین، فهرستی از چندین ماده را خواهید آموخت. ظرفیت گرمایی ویژه.

موضوعات تحت پوشش در مقالات دیگر

تعریف حرارت خاص

حرارت دادن یک ماده چقدر آسان است؟ آیا همه مواد برای بالا بردن دمای خود به مقدار یکسانی گرما نیاز دارند؟

مشاهدات انجام شده توسط دانشمند جوزف بلک بیان کرد که برای گرم کردن جرم های مساوی از مواد مختلف در یک بازه دمایی یکسان، مقادیر مشخصی انرژی مورد نیاز است. به هر حال، جوزف بلک بیشتر به دلیل آزمایشات خود با دی اکسید کربن شناخته می شود و این گاز را “هوای ثابت” می نامد.

این خاصیت شیمیایی، معروف به گرمای ویژه، به عنوان مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای 1 گرم از یک ماده به میزان 1 درجه سانتیگراد تعریف می شود. گرمای ویژه معمولاً بر حسب ژول بر گرم در درجه سانتیگراد (J/g) اندازه گیری می شود ^oج)- اما می تواند واحد “کالری” را نیز داشته باشد.

هر ماده ای خاص خود را دارد ظرفیت گرمایی ویژه، که یک مقدار عددی است که این خاصیت شیمیایی را توصیف می کند! به عنوان مثال، گرمای ویژه مس 0.385 است که بسیار کم است. این بدان معنی است که یک تکه مس به راحتی گرم می شود.

فرمول حرارتی خاص

از طریق رابطه زیر می توانید رابطه بین گرما و تغییر دما را بیشتر بیاموزید:

Q= mcΔT

Q= گرمای اضافه شده (ژول)
m = جرم (گرم)
c= گرمای ویژه (J/g ^oج)
ΔT= تغییر دما (T_نهایی – تی _اولیه)

*اگرچه این مفهوم به دما بر حسب سانتیگراد مربوط می شود، اما اگر مقدار ΔT در واحد دما متفاوت باشد اشکالی ندارد. این به این دلیل است که تفاوت بین دو دما بدون توجه به واحد یکسان خواهد بود!

این رابطه فقط زمانی معتبر است که تغییر فازی وجود نداشته باشد، به این معنی که ماده از ابتدا تا انتها در همان حالت ماده باقی می ماند. افزایش یا از دست دادن گرما که منجر به تغییر فاز می شود، مانند ذوب یا انجماد، معادلات دیگری دارد. کلیک اینجا برای یادگیری بیشتر!

مثال معادله حرارت خاص

س: انرژی مورد نیاز بر حسب ژول برای گرم کردن لوله سربی با وزن 100 گرم از 25 چقدر است؟^oC تا 37^oسی؟ ظرفیت گرمایی ویژه سرب 0.128 J/g است ^oسی.

پاسخ: برای یافتن پاسخ از معادله استفاده کنید و اعداد داده شده را وارد کنید.

Q=mcΔT
Q= (100 گرم) (0.128 J/g ^oج) (37^oC -25^oC)= (100)(.128)(12)
Q= 153.6 ژول

ظرفیت های حرارتی خاص – مثال ها

واحدها ژول بر گرم بر درجه سانتیگراد هستند.

• آب = 4.186 J/g ^oC (یا 1 کالری)
• هوای خشک = 1.01J/g ^oسی
• یخ = 2.05 J/g ^oسی
• آلومینیوم = 0.900 J/g ^oسی
• الکل = 0.508 J/g ^oسی
• مس = 0.385 J/g ^oسی
• سرب = 0.128 J/g ^oسی

آیا گرمای ویژه می تواند منفی باشد؟ نه تا آنجا که ما در این سیاره می دانیم، اما احتمالاً در برخی از آنها ستاره ها یا ابرهای گازی.

ظرفیت گرمایی آب

ظرفیت SH آب با واحدی به نام کالری مرتبط است. در واقع، یک کالری به عنوان مقدار حرارت مورد نیاز برای افزایش یک گرم آب مایع یک درجه سانتیگراد تعریف می شود. این کالری اولین بار توسط نیکلاس کلمنت در اوایل قرن نوزدهم استفاده شد. از کلمه لاتین “calor” به معنای گرما گرفته شده است.

چرا آب گرمای ویژه بالایی دارد؟

این به دلیل پیوندهای هیدروژنی است. در حقیقت، این بالاترین SH در بین تمام مایعات است. از آنجایی که آب یک مولکول قطبی است، با اختلاف الکترونگاتیوی زیادی بین هیدروژن و اکسیژن، پیوندهای هیدروژنی بین اتم های هیدروژن مثبت در یک مولکول و اتم های اکسیژن منفی در مولکول های مجاور تشکیل می شود. برای شل شدن و شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب، انرژی زیادی لازم است. به همین دلیل است که اقیانوس ها کندتر از خشکی سرد می شوند.