Specifik värme i vad den består av, hur det beräknas och exempel

den specifik värme är den mängd energi som ett gram av en viss substans måste absorbera för att öka sin temperatur en grad Celsius. Det är en intensiv fysisk egenskap, eftersom den inte beror på den massa som endast ska uttryckas för ett gram substans; det är emellertid relaterat till antalet partiklar och partikelmolekylen, liksom de intermolekylära krafterna som binder dem.

Mängden energi som absorberas av substansen uttrycks i enheter av joule (J), och mindre vanligt i kalorier (Cal). Generellt antas att energi absorberas genom värme; Energin kan emellertid komma från en annan källa, till exempel arbete som görs på ämnet (t.ex. stringent agitation).

Den övre bilden visar en tekanna från vilken vattenångorna som genereras av dess uppvärmning frigörs. För att värma vattnet måste det absorbera värme från flammen som ligger under tekanna. Såsom tiden går och beroende på eldens intensitet kommer vattnet att koka när det når sin kokpunkt.

Den specifika värmen fastställer hur mycket energi vattnet förbrukar för varje grad ° C som ökar temperaturen. Detta värde är konstant om olika volymer vatten värms upp i samma tekanna, eftersom det som nämnts i början är en intensiv egenskap.

Vad varierar är den totala mängden energi som absorberas av varje uppvärmd vattenkälla, även känd som värmekapaciteten. Ju större massan av vatten som ska värmas upp (2, 4, 10, 20 liter) desto större är dess värmekapacitet. men dess specifika värme är fortfarande densamma.

Denna egenskap beror på tryck, temperatur och volym; men med en enkel förståelse utelämnas deras motsvarande variationer.

index

• 1 Vad är den specifika värmen??
• 2 Hur beräknas den specifika värmen?
  • 2.1 Vatten som referens
  • 2.2 Termisk jämvikt
  • 2.3 Matematisk utveckling
  • 2.4 Beräkningsexempel
• 3 exempel
  • 3.1 Vatten
  • 3.2 Ice
  • 3.3 aluminium
  • 3.4 Järn
  • 3,5 luft
  • 3,6 silver
• 4 referenser

Vad är den specifika värmen?

Det definierades vad den specifika värmen innebar för en given substans. Men dess sanna innebörd uttrycks bäst med sin formel, vilket tydliggör genom sina enheter vilka är de klargöranden som är inblandade vid analys av variablerna som det beror på. Dess formel är:

Ce = Q / AT · m

Där Q är värmen absorberad, ÄT temperaturen förändras och m är substansens massa; som enligt definitionen motsvarar ett gram. Gör en analys av dina enheter du har:

Ce = J / ºC · g

Vilket kan också uttryckas på följande sätt:

Ce = kJ / Kg

Ce = J / ºC · Kg

Den första är den enklaste, och det är med detta att exemplen kommer att behandlas i följande avsnitt.

Formeln anger uttryckligen mängden energi som absorberas (J) med ett gram ämne med en grad ° C. Om du ville rensa den energimängden skulle du behöva lämna ekvationen J:

J = Ce · ºC · g

Det uttryckte på ett mer lämpligt sätt och enligt variablerna skulle vara:

Q = Ce · AT · m

Hur beräknas den specifika värmen?

Vatten som referens

I föregående formel representerar inte m ett gram substans eftersom det redan är implicit i Ce. Denna formel är mycket användbar för att beräkna de specifika värmerna hos olika substanser genom kalorimetri.

Hur? Med hjälp av definitionen av kalorier, vilket är den mängd energi som behövs för att värma ett gram vatten från 14,5 till 15,5 ° C; Detta är lika med 4,184 J.

Vattnets specifika värme är onormalt hög och denna egenskap används för att mäta de specifika värmerna hos andra ämnen som känner till värdet av 4,184 J.

Vad betyder det att en viss värme är hög? Det motstår avsevärt motstånd för att öka temperaturen, så det måste absorbera mer energi. det vill säga att vattnet måste värmas mycket längre jämfört med andra ämnen, som i närheten av en värmekälla upphettas nästan omedelbart.

Av detta skäl används vattnet i kalorimetriska mätningar, eftersom det inte upplever abrupta temperaturförändringar vid absorption av den energi som frigörs från kemiska reaktioner. eller, i detta fall, kontakt med annat varmare material.

Termisk balans

Eftersom vatten måste absorbera mycket värme för att öka sin temperatur kan värmen komma från en het metall, till exempel. Med hänsyn till massorna av vatten och metall kommer en värmeväxling mellan båda att uppstå tills man når vad som kallas termisk jämvikt.

När detta inträffar utjämnas vatten- och metalltemperaturerna. Värmen som släpps ut av den heta metallen är lika med den som absorberas av vattnet.

Matematisk utveckling

Att veta detta, och med den sista formuläret för Q som just beskrivits, har vi:

Q_vatten= -Q_metall

Det negativa tecknet anger att värmen släpps från den hetaste kroppen (metall) till den kallaste kroppen (vatten). Varje substans har sin egen specifika värme Ce och dess massa, så detta uttryck måste utvecklas enligt följande:

Q_vatten = Ce_vatten · ΔT_vatten · M_vatten = - (Ce_metall · ΔT_metall · M_metall)

Det okända är Ce_metall, eftersom i termisk jämvikt den slutliga temperaturen för både vattnet och metallen är densamma; Dessutom är de ursprungliga temperaturerna för vattnet och metallen kända före kontakt såväl som deras massor. Därför måste vi rensa Ce_metall:

EG_metall = (Ce_vatten · ΔT_vatten · M_vatten) / (-ΔT_metall · M_metall)

Utan att glömma det Ce_vatten det är 4,184 J / ºC · g. Om ΔT utvecklas_vatten och ΔT_metall, det kommer att bli (T_F - T_vatten) och (T_F - T_metall). Vattnet upphettas, medan metallen kyler, och därför multiplicerar negativa tecknet till ΔT_metall vistas (T_metall - T_F). Annars ΔT_metall skulle ha ett negativt värde för att vara T_F mindre (kallare) än T_metall.

Ekvationen uttrycks då äntligen på följande sätt:

EG_metall = Ce_vatten · (T_F - T_vatten) · M_vatten/ (T_metall - T_F) · M_metall

Och med det beräknas de specifika värmerna.

Beräkningsexempel

Den har en sfär av en konstig metall som väger 130g och med en temperatur på 90ºC. Detta nedsänktes i en vattenbehållare av 100g vid 25ºC, inuti en kalorimeter. När termisk jämvikt uppnås blir behållarens temperatur 40 ° C. Beräkna metallen Ce.

Den slutliga temperaturen, T_F, Det är 40ºC. Att känna till övriga data kan du sedan bestämma Ce direkt:

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

EG_metall = 0,965 J / ºC · g

Observera att vattnets specifika värme är ungefär fyra gånger så stor som för metallen (4.184 / 0.965).

När Ce är mycket liten, desto större tendens att värma upp; vilken är relaterad till dess värmeledningsförmåga och diffusion. En metall med högre Ce tenderar att släppa ut eller förlora mer värme, när den kommer i kontakt med ett annat material, jämfört med en annan metall med lägre Ce.

exempel

Specifika värmer för olika ämnen visas nedan.

vatten

Vattnets specifika värme, som sagts, är 4,184 J / ºC · g.

Tack vare det här värdet kan det göra mycket sol i havet och vattnet kommer knappast att indunstas i någon märkbar grad. Detta resulterar i en termisk skillnad som inte påverkar marint liv. När du till exempel går till stranden för att simma, även om det är soligt ute, kan du känna en lägre, kallare temperatur i vattnet.

Varmt vatten behöver också släppa mycket energi för att svalna ner. I processen värmer den cirkulerande luftmassan, vilket ökar lite temperaturerna (tempererade) i kustregionerna under vintrarna.

Ett annat intressant exempel är att om vi inte bildades av vatten, kunde en dag i solen vara dödlig, eftersom temperaturen hos våra kroppar skulle stiga snabbt.

Detta unika värde av Ce beror på de intermolekylära vätebroarna. Dessa absorberar värme att bryta, så de lagrar energi. Innan de bryts kan vattmolekylerna inte vibrera, vilket ökar den genomsnittliga kinetiska energin, vilket återspeglas i en ökning av temperaturen.

is

Isens specifika värme är 2 090 J / ºC · g. Liksom vatten har det ett ovanligt högt värde. Det innebär att ett isberg, till exempel, skulle behöva absorbera en stor mängd värme för att öka temperaturen. Men några isbergar har idag absorberat den värme som krävs för att smälta (latent fusionsvärme).

aluminium

Den specifika värmen i aluminium är 0,900 J / ºC · g. Den är något lägre än sfärens metall (0,965 J / ºC · g). Här absorberas värmen för att vibrera aluminiumatomerna i aluminium i dess kristallina strukturer, och inte enskilda molekyler förenade med intermolekylära krafter.

järn

Järnens specifika värme är 0,444 J / ºC · g. Att vara mindre än aluminium betyder att det motstår mindre motstånd när det upphettas; det vill säga, före eld, blir en bit av järn röd varm länge före en aluminiumbit.

Aluminium, i motsats till uppvärmning, håller maten varmare längre när den berömda aluminiumfolien används för att linda mellanmålen.

luft

Luftens specifika värme är ungefär 1.003 J / ºC · g. Detta värde är mycket föremål för tryck och temperaturer eftersom det består av en gasblandning. Här absorberas värmen för att vibrera molekylerna kväve, syre, koldioxid, argon etc..

silver

Slutligen är den specifika värmen för silver 0,234 J / ºC · g. Av alla de nämnda ämnena har det lägsta värdet av Ce. Det betyder att ett stycke silver före järn och aluminium skulle värma mycket mer samtidigt som de andra två metallerna. Faktum är att den harmoniserar med sin höga värmeledningsförmåga.

referenser

1. Serway & Jewett. (2008). Fysik: för vetenskap och teknik. (Sjunde upplagan), volym 1, Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kemi. (Åttonde upplagan). Cengage Learning.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 november 2018). Specifik värmekapacitet i kemi. Hämtad från: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Specifik Värme. Hämtad från: scienceworld.wolfram.com
5. R Ship. (2016). Specifik Värme. Georgia State University. Hämtad från: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Specifik värme Hämtad från: en.wikipedia.org