Määritelmä ominaislämpö

Evelyn Maitee Marin
Teollisuusinsinööri, Fysiikan maisteri ja EdD

Ominaislämpö (c) määritellään energiamääräksi, joka tarvitaan aineen yksikkömassan lämpötilan nousun mukaan lämpötilayksikössä. Se tunnetaan myös termillä tai ominaislämpökapasiteetilla.

Se on fysikaalinen suure, joka riippuu aineen tilasta, koska nestemäisessä tilassa olevan aineen ominaislämpö ei ole sama kuin saman aineen kaasumaisessa tilassa. Samoin paine- ja lämpötilaolosuhteet, joissa materiaali löytyy, vaikuttavat sen ominaislämpöön. Pohjimmiltaan se on aineen intensiivinen ominaisuus, joka viittaa a: n lämpökapasiteettiin aine, koska se antaa arvon materiaalin lämpöherkkyydelle lisättynä energiaa.

Tiesitkö…? Termi ominaislämpö syntyi aikana, jolloin mekaanisen fysiikan ja termodynamiikan haarat kehittyivät lähes itsenäisesti; Tällä hetkellä sopivampi termi ominaislämmölle olisi kuitenkin ominaisenergian siirto.

Jos kuumaa kahvia samassa lämpötilassa kaadetaan kahteen lasiin, joista toinen on styroksi (anime) ja toinen on alumiinia ja molempia laseja pidetään käsissä, havaitaan, että lasi Alumiini tuntuu kuumemmalta kuin styroksi, mikä tarkoittaa, että styroksikuppiin on lisättävä enemmän lämpöä, jotta sen lämpötila nousee kuten styroksikupin lämpötila. alumiini.

erityinen lämpökaava

Jos Q on m-massaisen aineen ja sen ympäristön välillä vaihdettu energiamäärä, joka aiheuttaa lämpötilan vaihtelun ΔT (Tf – Ti), meillä on:

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

missä c on ominaislämpö.

Tästä lausekkeesta voidaan päätellä, että erityiset lämpöyksiköt ovat:

• Kansainvälisessä järjestelmässä ominaislämpö c = (J/kg. K)
• Englanninkielisessä järjestelmässä c = (BTU/lb-m.ºF)
• Muissa järjestelmissä on myös yleistä ilmaista c = (Cal/g.ºC)

Toisaalta voidaan myös havaita, että mitä suurempi aineen ominaislämpö on, sitä pienempi on sen lämpötilan vaihtelu tietyllä syötetyllä energiamäärällä. Tästä syystä, jos haluat materiaalin, joka lämpenee helposti, valitse sellainen, jonka ominaislämpö on alhainen.

Huomautus: on tärkeää selventää, että ominaislämpö viittaa energian määrään nosta lämpötilaa, lämpö on erityinen energiansiirtomuoto, mutta ei vain. Voit esimerkiksi nostaa aineen lämpötilaa tekemällä sille mekaanista työtä.

Esimerkkejä materiaalien ominaislämmöstä

Valvotuissa laboratorio-olosuhteissa on ollut mahdollista määrittää useiden erilaisten lämpötilojen ominaislämpö aineet, mikä mahdollistaa materiaalien vertailun ja valinnan sovelluksen mukaan tietty. Seuraava taulukko on esimerkki joidenkin materiaalien ominaislämpöistä (ilmanpaineessa ja 25 ºC: ssa):
Aine c (J/kg. K) c (Cal/g. ºC)
Vesi (15 ºC) 4186 1
Etyylialkoholi 2438 0,582
Hiekka 780 0,186
Kupari 385 0,091
Jää (-10 ºC) 2220 0,530
Happi 918 0,219
Vetyperoksidi (H2O2) 2619 0,625
Lasi 792 0,189
Alumiini 897 0,214
Puu 170 0,406
Oliiviöljy 1675 0.400
Tulenkestävä tiili 879 0,210

Huomaa: kuten voidaan nähdä, vesi on yksi aineista, joilla on korkein ominaislämpö, ​​mikä vahvistaa tämän nesteen merkityksen planeettamme lämpötilan säätelyssä.

Esimerkki 1: Kuinka paljon energiaa on siirrettävä 2 kg: n vesimassaan, jotta sen lämpötila nousee 15 ºC: sta 90 ºC: seen?

Ratkaisu: Edellisestä taulukosta voidaan saada puhtaan veden ominaislämpö 1 Cal/g.ºC, joten tästä arvosta ja annetuista tiedoista energia Q voidaan tyhjentää:

Lämmön määrä on:

Q = c ∙ m ∙ ∆T

Tämä tarkoittaa, että 150 000 kaloria tarvitaan 2 kg: n (2000 g) veden lämpötilan nostamiseen 15 ºC: sta 90 ºC: seen.

Esimerkki 2: Mikä on 1 kg: n alumiinitangon lopullinen lämpötila, joka kuumennetaan Bunsen-polttimessa 25 ºC: n lämpötilasta käyttämällä 4000 joulea energiaa?

Ratkaisu: Ominaislämmöt-taulukosta tämän muuttujan arvo voidaan ottaa alumiinille, jossa c = 897 J/kg. K.

Lämpötilan tapauksessa 25 ºC muunnetaan absoluuttiseksi Kelvin-asteikoksi lisäämällä 273,15 yksikköä, jolloin tangon alkulämpötila on 298,15 K.

Lopullisen lämpötilan poistaminen ominaislämmön lausekkeesta:

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \oikea)\vasen( {1\;kg} \oikea)}} + 298,15\;K = 302,61\;K\)

Alumiinitangon lopullinen lämpötila on 302,61 K tai 29,46 ºC.

Huomaa: aineiden ominaislämmön tuntemus ja tulkinta on erittäin hyödyllistä, kun haluat valita sopivimman materiaalin tiettyyn käyttöön. Esimerkiksi automekaniikassa monet ajoneuvon mekanismit muodostavat komponentit, altistuu korkeille lämpötiloille, joten on toivottavaa, että materiaali ei väsy kuumennettaessa helppous.