Jei kada nors vaikščiojote paplūdimiu saulėtą dieną ir panardinote kojų pirštus į vandenį, kad atvėsintumėte po karšto smėlio, pasinaudojote specifine vandens šiluma.

Nepaisant to, kaip tai gali skambėti, specifinė šiluma nereiškia tikslios kažko temperatūros. Tai didesnė mokslinė koncepcija, susijusi su energija, kurios reikia medžiagai pašildyti. Kaip galėjote pastebėti iš pavyzdžio, ne visos medžiagos įšyla vienodai – dėl to skiriasi smėlio ir vandens temperatūra.

Specifinė vandens šiluma yra viena įdomiausių jo savybių. Šiame straipsnyje apžvelgsime, kas yra specifinė šiluma, kokią lygtį naudojate specifinei šilumai nustatyti ir kodėl vandens savitoji šiluma yra tokia didelė.

Viryklė, puodas, vanduo ir garai turi skirtingą specifinį šilumą.

Kas yra specifinė šiluma?

Savitoji šiluma yra šilumos talpos matas arba tai, kiek šilumos medžiaga gali sukaupti keičiant temperatūrą. Didelė šiluminė talpa reiškia, kad medžiaga gali sugerti daug šilumos prieš užfiksuodama temperatūros pokytį – pagalvokite apie tai, kiek laiko užtrunka, kol puodas įkaista palietus viryklę, palyginti su kiek laiko viduje esantis vanduo sušils. . Tai reiškia, kad vanduo turi didesnę šiluminę talpą – jis gali sukaupti daugiau šilumos prieš keisdamas temperatūrą.

Java masyvo eilutė

Savitoji šiluma reiškia tikslų šilumos kiekį, reikalingą vienam medžiagos masės vienetui pašildyti vienu laipsniu. Grįžtant prie mūsų pavyzdžio, specifinė šiluma tiksliai nustatytų, kiek šilumos reikia, kad vienas vandens vienetas, pavyzdžiui, vienas puodelis, būtų vienu laipsniu šiltesnis.

Kadangi šiluma iš tikrųjų yra energijos perdavimo matas, tai tiksliau pasakyti specifinė šiluma iš tikrųjų yra pareiškimas, kiek energijos medžiaga gali sugerti iki vieno laipsnio temperatūros pasikeitimo.

Savitoji šiluma paprastai matuojama džauliais ir kilodžauliais vienam gramui masės, o Celsijaus kaip temperatūros matas. Gali būti naudojami kilogramai ir Farenheitas, bet tai rečiau.

Medžiagos savitąją šilumą gali paveikti temperatūra ir slėgis, todėl specifinė šiluma paprastai nustatoma esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui, paprastai 25 laipsnių Celsijaus.

Kokia yra savitosios šilumos lygtis?

Savitosios šilumos skaičiavimo lygtis yra tokia:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ reiškia šilumos kiekį, $s$ savitąją šilumą (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m medžiagos masę gramais, o $ΔT$ – pastebėtą pokytį temperatūros.

Įvairių rūšių vanduo, pavyzdžiui, jūros vanduo, gali turėti skirtingą specifinę šilumą.

Kokia yra specifinė vandens šiluma?

Kai kurios medžiagos įkaista greitai, o kitos – lėtai. Vanduo yra vienas iš pastarųjų – jis turi didelę savitąją šiluminę talpą, nes temperatūrai pakelti reikia daugiau energijos.

Vandens savitoji šiluminė galia yra 4182 J/kg°C. Kadangi vanduo yra tokia svarbi ir įprasta medžiaga, mes netgi turime specialų būdą nustatyti energijos kiekį, kurio reikia vienam gramui vandens pakelti vienu laipsniu Celsijaus – kalorija. Tai skiriasi nuo kalorijų, apie kurias kalbame maiste. Tokios kalorijos prilygsta 1000 kalorijų, todėl su maistu susijusios kalorijos kartais dar vadinamos kilokalorijomis arba kcal.

Savitoji vandens šiluma yra šiek tiek didesnė nei daugelio kitų įprastų medžiagų. Pavyzdžiui, geležies savitoji šiluma yra 449 J/kg°C, smėlio – 830 J/kg°C, ąžuolo medienos – 2400 J/kg°C.

Taip yra todėl, kad vanduo, sudarytas iš dviejų vandenilio atomų ir vieno deguonies atomo, yra elektronegatyvus. Elektronegatyvus atomas labiau linkęs pritraukti elektronus į save, nes viena atomo pusė turės iš dalies teigiamą krūvį, o kita – iš dalies neigiamą. Priešingos įkrautos pusės natūraliai traukia viena į kitą, sudarydamos silpnesnę vandenilio jungtį. Štai kodėl vanduo gali tekėti pro save, bet ir susijungti – jis nuolat formuoja ir nutraukia šiuos ryšius.

Dėl šių jungčių skystas vanduo turi didelę specifinę šilumą. Bet kokia energija, skirta vandens šildymui, padalijama tarp ryšių nutraukimo ir vandens šildymo. Dėl to vandeniui pašildyti reikia daugiau energijos nei kitų medžiagų.

Pavyzdžiui, jei esate paplūdimyje saulėtą dieną, pastebėsite, kad smėlis dažnai yra gana karštas vaikščioti, tačiau vanduo visada jaučiasi vėsus, net ir seklumoje. Taip yra todėl, kad smėlio savitoji šiluminė talpa mažesnė – temperatūrai pakelti vienu laipsniu reikia mažiau energijos. Kadangi vanduo turi didelę šiluminę talpą, temperatūrai pakelti vienu laipsniu reikia daugiau energijos. Saulė išskiria daugiau ar mažiau pastovią energijos normą, kuri greičiau įkaitina smėlį ir lėčiau vandenį.

Smėlis turi daug mažesnę savitąją šilumą nei vanduo – todėl jis taip greitai įkaista!

onclick javascript

Specifinio karščio lentelė

Jei dar nesate susipažinę su džauliais ir kalorijomis, šie skaičiai gali atrodyti šiek tiek abstraktūs. Pažvelkite į šią lentelę, kad susipažintumėte su kai kuriais įprastais specifiniais šilumais pagal džaulius ir kalorijas, ir palyginkite juos su tuo, ką žinote, kaip šios medžiagos įkaista!

Kas toliau?

Ar pasiruošę gauti daugiau su vandeniu susijusių mokslo žinių?Sužinokite viską apie vandenį sugeriantys junginiai (atitinkamai vadinami hidratais) ir vandens tankis .

Jei specifinė vandens šiluma jus visus sužavėjo chemija, AP chemija gali būti kaip tik jums! Patikrinkite tai AP chemijos programa norėdami sužinoti daugiau apie tai, kokios temos bus nagrinėjamos.

O gal jau mokate AP chemiją ir ieškote patarimų bei gudrybių, kaip išlaikyti egzaminą. Patikrinkite tai AP chemijos egzamino vadovas už viską, ką reikia žinoti!

Jei nesate visiškai pasirengęs egzaminui, bet jums reikia šiek tiek papildomo postūmio AP chemijos kursuose, šis AP chemijos studijų vadovas gali būti kaip tik tai, ko ieškote.