Vienas iš pagrindinių aspektų, naudojamų tiek fizikoje, tiek chemijoje, yra specifinė šiluma. Tiksliau, specifinė vandens šiluma jis labai reikalingas beveik bet kokio tipo eksperimentuose. Pirmiausia reikia žinoti, kas yra specifinė šiluma, ir žinoti, kaip svarbu žinoti šią vertę vandenyje.
Todėl mes skirsime šį straipsnį, kad pasakytume viską, ką reikia žinoti apie specifinę vandens šilumą ir jos svarbą.
Kas yra specifinė šiluma
Kad medžiaga padidintų savo temperatūrą, reikalingas tam tikras energijos kiekis. Šis energijos kiekis turi būti pateiktas šilumos pavidalu. Tai vadinama specifine šiluma. Kitas pavadinimas, kuriuo jis žinomas, yra specifinė šilumos talpa. Būtent ši vertė paaiškina, kodėl medinis šaukštas gali būti kaitinamas lėčiau ir palaipsniui nei metalinis šaukštas. Taip pat paaiškinama priežastis, kodėl naudojame tam tikras medžiagas, kad galėtume pagaminti kai kuriuos įrankius ir indus pagal jų paskirtį.
Tuo fizikoje apibrėžiame kaip specifinę šilumą energijos kiekis, kurį reikia perduoti medžiagos masės vienetui, kad temperatūra pakiltų vienu laipsniu. Beveik visada kaip pavyzdys naudojama savitoji vandens šiluma. Tai yra energijos kiekis, reikalingas vandeniui pašildyti vienu temperatūros laipsniu. Žinome, kad jei vienam kilogramui kambario temperatūros vandens perkeliama 4182 džauliai, toks vandens kiekis pakels jo temperatūrą vienu laipsniu. Tokiu būdu galime gauti vertę, kad savitoji vandens šiluma yra lygi 4182 džaulių kilogramui ir laipsniui.
Specifinės vandens šilumos vienetai
Mes žinome, kad specifinė vandens šiluma gali būti išreikšta skirtingais vienetais. Paprastai Energijos, masės ir temperatūros vienetai turi būti atspindėti, kad atspindėtų bendrą sumą. Tarptautinėje vienetų sistemoje turime džaulį kilogramui, kuris yra masė, ir kelviną, kuris yra temperatūra. Kitose medžiagose ši vertė skiriasi, nes specifinė vandens šiluma naudojama kaip kitų verčių pagrindas arba atskaita. Pavyzdžiui, plieno savitoji šiluma yra 502 džauliai kilogramui ir kelvinams. Tai reiškia, kad kilogramo plieno temperatūrai padidinti vienu kelvinu reikės 502 džaulių energijos.
Kitas būdas išreikšti specifinę vandens ar kitos medžiagos šilumą yra kituose vienetuose. Pavyzdžiui, galite nustatyti kalorijas grame ir Celsijaus laipsniais. Mes pakartojame plieno pavyzdį. Šiuo atveju savitoji šiluma būtų 0.12 kalorijos grame ir Celsijaus laipsnių. Tai reiškia, kad norint pakelti temperatūrą vienu gramo plieno, šilumos forma reikalinga 0.12 kalorijos energijos.
pagrindinės funkcijos
Prieš visiškai patenkant į specifinę vandens šilumą, būtina gerai žinoti, kokios yra jo savybės. Tai yra intensyvi fizinė savybė, nepriklausanti nuo medžiagos kiekio. Tai reiškia, kad nepriklausomai nuo turimos medžiagos kiekio, jos temperatūrai padidinti reikia tos pačios energijos. Kita vertus, specifinė šiluma gali skirtis esant skirtingoms temperatūroms. Tai reiškia, kad energijos kiekis, kurį turėsime perduoti, kad galėtume pakelti temperatūrą vienu laipsniu, nėra toks pat kaip kiekis, kurį reikia perduoti esant 100 laipsnių arba 0 laipsnių aplinkos temperatūrai. Geriausias to pavyzdys yra specifinės vandens šilumos priklausomybė nuo temperatūros. Matome, kad esant skirtingoms temperatūroms specifinė vandens šiluma skiriasi.
Galime sakyti, kad tai yra savybė, kurią turi medžiagos tai yra susijusi su energijos kiekiu, kurio reikia temperatūrai pakelti. Kita reikšmingiausia vandens savybė yra ta, kad ji turi didelę specifinę šilumą. Tai reiškia, kad norint padidinti vandens temperatūrą, jie turi sugerti daug šilumos vienam masės vienetui.
Specifinė vandens šiluma skiriasi priklausomai nuo to, ar tūris yra pastovus, ar slėgis yra pastovus. Šie kintamieji taip pat nustato kitas reikšmes, priklausomai nuo šių sąlygų. Nurodydami medžiagos tūrį, mes nurodome izohorinė savitoji šiluma. Kita vertus, jei kalbėsime apie nuolatinį slėgį, nurodysime tą izobarinę savitąją šilumą. Jei einame į praktiką, šis skirtumas dažniausiai būna dirbant su dujomis, o ne su skysčiais.
Specifinės vandens šilumos svarba
Mes žinome, kad normaliomis sąlygomis kilogramui vandens reikia 1 kilokalorijos, kad jo temperatūra pakiltų 1 ° C, tai yra, 1 kcal / ° C • kg, o tai atitinka 4184 J / (K • kg) tarptautinėje sistemoje. Mes žinome, kad ši specifinė šiluma yra didžiausia nei bet kurios kitos įprastos medžiagos. Jei vasarą įdėsime baseiną su vandeniu pilnoje saulėje, jis gali būti šildomas ir šiltas. Tačiau jis negalės pakelti temperatūros tiek, kad jame virtų ar virtų kiaušinius. Kita vertus, jei pastatysime metalinį strypą, greičiausiai jo negalėsite paimti, nes jo temperatūra bus tokia aukšta, kad ji degs.
Specifinę vandens šilumą lemia vandenilio ryšiai, iš kurių sudarytos vandens molekulės. Tai molekulių sąveikos rūšis, kuri yra tokia stipri, kad reikia suteikti daug energijos, kad jos vibruotų ir padidėtų jų temperatūra. Vandeniliniai ryšiai yra labai galingi ir jiems reikia energijos. Todėl norint palaikyti verdantį vandenį, reikia nuolat tiekti energiją.
Jo svarba perduodama ir meteorologijoje. Tai, kad vanduo turi tokią didelę metinę šiluminę galią, yra keistas faktas, jei ne a svarbi savybė, kuri labai padeda reguliuoti orą ir klimatą apskritai. Turėdami tokią didelę specifinę šilumą, žinome, kad dideli vandens telkiniai yra atsakingi už ekstremalių temperatūros svyravimų reguliavimą visoje planetoje. Jei ne, klimatas tikriausiai neturėtų tų pačių savybių, kokias žinome šiandien.