Haba khusus dalam apa yang ia ada, bagaimana ia dihitung dan contoh

The haba tertentu adalah jumlah tenaga yang gram bahan tertentu mesti menyerap untuk meningkatkan suhu satu darjah Celsius. Ia adalah harta fizikal yang intensif, kerana ia tidak bergantung kepada massa yang dinyatakan hanya untuk gram bahan; Walau bagaimanapun, ia berkaitan dengan bilangan zarah dan jisim molar zarah, serta daya intermolecular yang mengikat mereka.

Jumlah tenaga yang diserap oleh bahan dinyatakan dalam unit joule (J), dan kurang biasa, dalam kalori (Cal). Secara amnya, diandaikan bahawa tenaga diserap melalui haba; bagaimanapun, tenaga boleh datang dari sumber lain, seperti kerja yang dilakukan pada bahan tersebut (contohnya ketegangan yang ketat).

Imej atas menunjukkan teko dari mana wap air yang dihasilkan oleh pemanasannya dibebaskan. Untuk memanaskan air, ia mesti menyerap haba dari api yang terletak di bawah teko. Oleh itu, selewat-lewatnya masa, dan bergantung kepada keamatan api, air akan mendidih apabila mencapai titik didih.

Haba tertentu menentukan berapa banyak tenaga yang digunakan oleh air untuk setiap darjah ° C yang meningkatkan suhunya. Nilai ini adalah malar jika jumlah air yang berbeza dipanaskan dalam teko yang sama, kerana seperti yang disebutkan pada permulaan, ia adalah harta yang intensif.

Apa yang berbeza-beza ialah jumlah tenaga yang diserap oleh setiap air yang dipanaskan, juga dikenali sebagai kapasiti haba. Semakin banyak jisim air yang akan dipanaskan (2, 4, 10, 20 liter), semakin besar kapasiti habanya; tetapi haba spesifiknya masih sama.

Harta ini bergantung pada tekanan, suhu dan isipadu; Walau bagaimanapun, untuk tujuan pemahaman yang sederhana, variasi yang sepadannya ditinggalkan.

Indeks

• 1 Apakah haba khusus??
• 2 Bagaimanakah haba tertentu dikira?
  • 2.1 Air sebagai rujukan
  • 2.2 Keseimbangan terma
  • 2.3 Pembangunan matematik
  • 2.4 Contoh pengiraan
• 3 Contoh
  • 3.1 Air
  • 3.2 Ais
  • 3.3 aluminium
  • 3.4 Besi
  • 3.5 Air
  • 3.6 Perak
• 4 Rujukan

Apakah haba yang khusus?

Ia ditakrifkan apa yang dimaksudkan dengan haba khusus untuk bahan tertentu. Walau bagaimanapun, makna sebenarnya dinyatakan dengan formulanya yang jelas, melalui unit-unitnya yang merupakan kelulusan yang terlibat apabila menganalisis pemboleh ubah yang mana ia bergantung. Rumusannya ialah:

Ce = Q / ΔT · m

Di mana Q adalah haba yang diserap, ΔT perubahan suhu, dan m ialah jisim bahan; bahawa mengikut takrif sepadan dengan satu gram. Melakukan analisis unit anda yang anda miliki:

Ce = J / ºC · g

Yang juga boleh dinyatakan dalam cara-cara berikut:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

Yang pertama adalah yang paling mudah, dan dengan ini bahawa contoh-contoh akan ditangani dalam bahagian berikut.

Rumusan ini secara jelas menunjukkan jumlah tenaga yang diserap (J) oleh satu gram bahan dengan satu darjah ° C. Jika anda ingin membersihkan jumlah tenaga tersebut, anda perlu mengetepikan persamaan J:

J = Ce · ºC · g

Yang dinyatakan dalam cara yang lebih sesuai dan menurut pembolehubah adalah:

Q = Ce · ΔT · m

Bagaimanakah haba tertentu dikira?

Air sebagai rujukan

Dalam rumus sebelumnya 'm' tidak mewakili gram bahan, kerana ia sudah tersirat dalam Ce. Formula ini sangat berguna untuk mengira haba spesifik pelbagai bahan melalui kalorimetri.

Bagaimana? Menggunakan definisi kalori, iaitu jumlah tenaga yang diperlukan untuk memanaskan gram air dari 14.5 hingga 15.5 ° C; Ini bersamaan dengan 4.184 J.

Haba spesifik air sangat tinggi, dan harta ini digunakan untuk mengukur haba tertentu bahan-bahan lain yang mengetahui nilai 4.184 J.

Apakah yang dimaksudkan dengan haba tertentu yang tinggi? Itu menentang rintangan yang besar untuk meningkatkan suhu, jadi ia mesti menyerap lebih banyak tenaga; iaitu, air perlu dipanaskan lebih lama berbanding dengan bahan lain, yang di sekitar sumber panas dipanaskan hampir serta-merta.

Oleh sebab itu air digunakan dalam pengukuran kalorimetrik, kerana ia tidak mengalami perubahan suhu mendadak ketika menyerap tenaga yang dikeluarkan dari reaksi kimia; atau, untuk kes ini, hubungi bahan lain yang panas.

Keseimbangan haba

Oleh kerana air perlu menyerap banyak haba untuk meningkatkan suhu, haba boleh datang dari logam panas, sebagai contoh. Mengambil kira massa air dan logam, pertukaran haba antara keduanya akan berlaku sehingga mencapai apa yang disebut keseimbangan termal.

Apabila ini berlaku, suhu air dan logam disamakan. Haba yang dikeluarkan oleh logam panas adalah sama dengan yang diserap oleh air.

Perkembangan matematik

Mengetahui ini, dan dengan rumus terakhir untuk Q yang telah dijelaskan, kami mempunyai:

Q_Air= -Q_Logam

Tanda negatif menunjukkan bahawa haba dilepaskan dari badan paling panas (logam) ke badan paling sejuk (air). Setiap bahan mengandungi haba khusus Ce, dan jisimnya, jadi ungkapan ini mesti dikembangkan seperti berikut:

Q_Air = Ce_Air · ΔT_Air · M_Air = - (Ce_Logam · ΔT_Logam · M_Logam)

Yang tidak diketahui adalah Ce_Logam, kerana dalam keseimbangan termal suhu terakhir untuk kedua-dua air dan logam adalah sama; Di samping itu, suhu awal air dan logam diketahui sebelum dihubungi, serta massa mereka. Oleh itu, kita mesti jelas Ce_Logam:

Ce_Logam = (Ce_Air · ΔT_Air · M_Air) / (-ΔT_Logam · M_Logam)

Tanpa lupa bahawa Ce_Air ia adalah 4.184 J / ºC · g. Sekiranya ΔT dibangunkan_Air dan ΔT_Logam, ia akan menjadi (T_f - T_Air) dan (T_f - T_Logam) masing-masing. Air itu dipanaskan, sementara logam sejuk, dan oleh itu tanda negatif didarabkan kepada ΔT_Logam tinggal (T_Logam - T_f). Jika tidak, ΔT_Logam akan mempunyai nilai negatif untuk menjadi T_f kecil (sejuk) daripada T_Logam.

Persamaan kemudiannya dinyatakan dengan cara ini:

Ce_Logam = Ce_Air · (T_f - T_Air) · M_Air/ (T_Logam - T_f) · M_Logam

Dan dengan itu pemanasan spesifik dikira.

Contoh pengiraan

Ia mempunyai sfera logam aneh yang beratnya 130g, dan dengan suhu 90ºC. Ini dibasuh dalam bekas air 100g pada 25ºC, di dalam kalorimeter. Apabila keseimbangan terma tercapai, suhu bekas menjadi 40 ° C. Kira logam Ce.

Suhu akhir, T_f, Ia adalah 40ºC. Mengetahui data lain, anda boleh menentukan Ce terus:

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

Ce_Logam = 0.965 J / ºC · g

Perhatikan bahawa haba spesifik air kira-kira empat kali ganda daripada logam (4.184 / 0.965).

Apabila Ce sangat kecil, semakin besar kecenderungan untuk memanaskan badan; yang, berkaitan dengan kekonduksian haba dan penyebarannya. Logam yang lebih tinggi Ce akan cenderung melepaskan atau kehilangan lebih banyak haba, apabila ia bersentuhan dengan bahan lain, berbanding logam yang lain dengan Ce lebih rendah.

Contohnya

Pemanasan spesifik untuk bahan-bahan yang berbeza ditunjukkan di bawah.

Air

Haba spesifik air, seperti yang telah dikatakan, ialah 4.184 J / ºC · g.

Terima kasih kepada nilai ini, ia dapat membuat banyak matahari di lautan dan airnya tidak akan menguap ke tahap yang cukup besar. Ini menghasilkan perbezaan termal yang tidak menjejaskan kehidupan marin. Sebagai contoh, apabila anda pergi ke pantai untuk berenang, walaupun ia cerah di luar, anda boleh merasakan suhu yang lebih rendah dan lebih sejuk di dalam air.

Air panas juga perlu melepaskan banyak tenaga untuk menyejukkan. Dalam proses itu, ia memanaskan massa udara yang beredar, meningkatkan sedikit suhu (temperate) di kawasan pesisir semasa musim sejuk.

Satu lagi contoh yang menarik ialah jika kita tidak dibentuk oleh air, satu hari di bawah matahari boleh mematikan, kerana suhu badan kita akan meningkat dengan cepat.

Nilai unik Ce ini disebabkan oleh jambatan hidrogen intermolecular. Ini menyerap haba untuk pecah, jadi mereka menyimpan tenaga. Sehingga mereka pecah, molekul air tidak boleh bergetar, meningkatkan purata tenaga kinetik, yang tercermin dalam peningkatan suhu.

Ais

Haba spesifik ais ialah 2,090 J / ºC · g. Seperti air, ia mempunyai nilai yang sangat tinggi. Ini bermakna bahawa aisberg, misalnya, perlu menyerap sejumlah besar haba untuk meningkatkan suhunya. Walau bagaimanapun, beberapa gunung es hari ini telah pun menyerap haba yang diperlukan untuk mencairkan (haba terpendam peleburan).

Aluminium

Haba khusus aluminium ialah 0.900 J / ºC · g. Ia lebih rendah daripada logam sfera (0.965 J / ºC · g). Di sini haba diserap untuk bergetar atom-atom logam aluminium dalam struktur kristalnya, dan bukan molekul individu yang bergabung dengan daya intermolecular.

Besi

Haba spesifik besi ialah 0.444 J / ºC · g. Menjadi kurang daripada aluminium, ia bermakna ia menentang kurang tahan apabila dipanaskan; iaitu sebelum api seketul besi akan menjadi panas merah jauh sebelum potongan aluminium.

Aluminium, yang bertentangan dengan pemanasan, terus memakan makanan lebih lama apabila kerajang aluminium yang terkenal digunakan untuk membungkus makanan ringan.

Air

Haba spesifik udara kira-kira 1.003 J / ºC · g. Nilai ini sangat tertakluk kepada tekanan dan suhu kerana ia terdiri daripada campuran gas. Di sini haba diserap untuk bergetar molekul nitrogen, oksigen, karbon dioksida, argon, dll..

Perak

Akhirnya, haba khusus untuk perak adalah 0.234 J / ºC · g. Daripada semua bahan yang disebutkan, mempunyai nilai terendah Ce.Ini bermakna sebelum besi dan aluminium, sekeping perak akan panas lebih banyak pada masa yang sama dengan dua logam lain. Malah, ia selaras dengan kekonduksian terma yang tinggi.

Rujukan

1. Serway & Jewett. (2008). Fizik: untuk sains dan kejuruteraan. (Edisi Ketujuh), Jilid 1, Pembelajaran Cengage.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kimia (Edisi Kelapan). Pembelajaran Cengage.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 November 2018). Kapasiti Haba Khusus dalam Kimia. Diperolehi daripada: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Haba Tertentu. Diperolehi daripada: scienceworld.wolfram.com
5. R Kapal. (2016). Haba Tertentu. Georgia State University. Diperolehi daripada: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Haba khusus Diperolehi daripada: en.wikipedia.org