HomeazXüsusi istiliyi necə hesablamaq olar

Xüsusi istiliyi necə hesablamaq olar

Xüsusi istilik (C e ) temperaturu bir vahid artırmaq üçün materialın vahid kütləsinə tətbiq edilməli olan istilik miqdarıdır . Maddənin intensiv istilik xassəsidir, yəni materialın ölçüsündən və ya miqdarından asılı deyil, yalnız tərkibindən asılıdır. Bu mənada, hər bir materialın mümkün tətbiqlərini müəyyən etmək üçün böyük əhəmiyyət kəsb edən və müxtəlif temperaturlarda olan cisimlər və ya mühitlərlə təmasda olduqda maddələrin istilik davranışının bir hissəsini təyin etməyə kömək edən xarakterik bir xüsusiyyətdir.

Müəyyən bir nöqteyi-nəzərdən deyə bilərik ki, xüsusi istilik istilik tutumunun (C) intensiv versiyasına uyğundur və onu bir sistemə temperaturu bir vahid artırmaq üçün verilməli olan istilik miqdarı kimi müəyyən edir. Onu sistemin (cismin, maddənin və s.) istilik tutumu ilə kütləsi arasındakı mütənasiblik sabiti kimi də başa düşmək olar.

Maddənin xüsusi istiliyinin dəyəri qızdırmanın (və ya soyutma) sabit təzyiqdə və ya sabit həcmdə aparılmasından asılıdır. Bu, hər bir maddə üçün iki xüsusi istilik verir, yəni sabit təzyiqdə xüsusi istilik (C P ) və sabit həcmdə xüsusi istilik (C V ). Bununla belə, fərq yalnız qazlarda görünə bilər, buna görə də mayelər və bərk cisimlər üçün adətən quru xüsusi istilik haqqında danışırıq.

xüsusi istilik formulu

Biz təcrübədən bilirik ki, cismin istilik tutumu onun kütləsi ilə mütənasibdir, yəni

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Əvvəlki bölmədə qeyd etdiyimiz kimi, xüsusi istilik bu iki dəyişən arasındakı mütənasiblik sabitini təmsil edir, ona görə də yuxarıdakı mütənasiblik əlaqəsi aşağıdakı tənlik şəklində yazıla bilər:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Xüsusi istilik üçün ifadə almaq üçün bu tənliyi həll edə bilərik:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Digər tərəfdən, biz bilirik ki, istilik tutumu sistemin temperaturunu ΔT miqdarında artırmaq üçün tələb olunan istilik (q) ilə temperaturun göstərilən artımı arasındakı mütənasiblik sabitidir. Başqa sözlə, biz bilirik ki, q = C * ΔT. Bu tənliyi yuxarıda göstərilən istilik tutumu tənliyi ilə birləşdirərək, əldə edirik:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Xüsusi istiliyi tapmaq üçün bu tənliyi həll edərək, onun üçün ikinci bir tənliyi əldə edirik:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Xüsusi İstilik Vahidləri

Xüsusi istilik üçün əldə edilən sonuncu tənlik göstərir ki, bu dəyişənin vahidləri [q][m] -1 [ΔT] -1 , yəni kütlə və temperatur vahidləri üzərində istilik vahidləridir. İşlədiyiniz vahidlər sistemindən asılı olaraq, bu vahidlər ola bilər:

Vahid sistemi Xüsusi istilik vahidləri Beynəlxalq sistem J.kg -1 .K -1 , am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 -yə ekvivalentdir imperiya sistemi BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 kalori cal.g -1 .°C -1 bu Cal.kg -1 . °C -1 -ə bərabərdir digər vahidlər kJ.kg -1 .K -1

QEYD: Bu vahidlərdən istifadə edərkən cal və Cal arasında fərq ayırmaq vacibdir.Birincisi, 1 q suyun temperaturunu yüksəltmək üçün tələb olunan istilik miqdarına uyğun gələn normal kaloridir (bəzən kiçik kalorili və ya qram-kaloridir). Kal (böyük hərflə) 1000 cal və ya eyni olan 1 kkal-a bərabər olan vahiddir. Bu son istilik vahidi sağlamlıq elmlərində, xüsusən də qidalanma sahəsində gündəlik istifadə olunur. Bu kontekstdə, qidada mövcud olan enerjinin miqdarını təmsil etmək üçün istifadə olunan mükəmməl vahiddir (biz qida kontekstində kalorilər haqqında danışarkən, demək olar ki, həmişə əhəng deyil, Cal nəzərdə tuturuq).

Xüsusi İstiliyin Hesablanması Problemlərinin Nümunələri

Aşağıda həm təmiz maddə üçün, həm də xüsusi istilikləri bildiyimiz təmiz maddələrin qarışığı üçün xüsusi istiliyin hesablanması prosesini nümunə göstərən iki həll edilmiş problem var.

Məsələ 1: Təmiz maddənin xüsusi istiliyinin hesablanması

Bəyanat: Siz naməlum gümüş metal nümunəsinin tərkibini müəyyən etmək istəyirsiniz. Onun gümüş, alüminium və ya platin ola biləcəyindən şübhələnirlər. Bunun nə olduğunu müəyyən etmək üçün 10,0 q metal nümunəsini 25,0°C temperaturdan suyun normal qaynama nöqtəsinə, yəni 100,0°C-ə qədər qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarı ölçülür. 41,92 kal. Gümüş, alüminium və platinin xüsusi istiliklərinin müvafiq olaraq 0,234 kJ.kg -1 .K -1 , 0,897 kJ.kg -1 .K -1 və 0,129 kJ.kg -1 .K -1 olduğunu bilərək , hansı metalı müəyyən edin. nümunəsi hazırlanır.

Həll

Problemin tələb etdiyi şey, obyektin hazırlandığı materialı müəyyən etməkdir. Xüsusi istilik intensiv bir xüsusiyyət olduğundan, hər bir material üçün xarakterikdir, buna görə onu müəyyən etmək üçün onun xüsusi istiliyini təyin etmək və sonra şübhəli metalların məlum dəyərləri ilə müqayisə etmək kifayətdir.

Bu vəziyyətdə xüsusi istiliyin təyini üç sadə addımla həyata keçirilir:

Addım №1: Bəyanatdan bütün məlumatları çıxarın və müvafiq vahid transformasiyalarını həyata keçirin

Hər hansı bir problemdə olduğu kimi, bizə lazım olan ilk şey, lazım olduqda məlumatları əldə etmək üçün təşkil etməkdir. Bundan əlavə, vahid çevrilmələri əvvəldən həyata keçirmək onu sonradan unutmağımızın qarşısını alacaq və sonrakı addımlarda hesablamaları asanlaşdıracaq.

Bu halda, bəyanat nümunənin kütləsini, qızdırma prosesindən sonra ilkin və son temperaturları və nümunəni qızdırmaq üçün tələb olunan istilik miqdarını verir. O, həmçinin üç namizəd metalın xüsusi istiliklərini verir. Vahidlər baxımından qeyd edə bilərik ki, xüsusi istiliklər kJ.kg -1 .K .1 , lakin kütlə, temperatur və istilik müvafiq olaraq g, °C və cal-dir. Sonra vahidləri elə çevirməliyik ki, hər şey eyni sistemdə olsun. Kütləni, temperaturu və istiliyi ayrı-ayrılıqda çevirmək, xüsusi istiliyin mürəkkəb vahidlərini üç dəfə çevirməkdən daha asandır, beləliklə, bizim izləyəcəyimiz yol belə olacaq:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Addım №2: Xüsusi istiliyi hesablamaq üçün tənlikdən istifadə edin

İndi bizə lazım olan bütün məlumatlara sahib olduğumuz üçün, bizə lazım olan tək şey xüsusi istiliyi hesablamaq üçün müvafiq tənlikdən istifadə etməkdir. Əldə etdiyimiz məlumatları nəzərə alaraq, yuxarıda təqdim olunan Ce üçün ikinci tənliyi istifadə edəcəyik.

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Addım №3: Materialı müəyyən etmək üçün nümunənin xüsusi istiliyini məlum xüsusi istiliklərlə müqayisə edin

Nümunəmiz üçün əldə edilən xüsusi istiliyi üç namizəd metalın istiliyi ilə müqayisə etdikdə, ona ən çox bənzədənin gümüş olduğunu müşahidə edirik. Bu səbəbdən, əgər yeganə namizədlər gümüş, alüminium və platin metallarıdırsa, nümunənin gümüşdən ibarət olduğu qənaətinə gəlirik.

Məsələ 2: Təmiz maddələrin qarışığının xüsusi istiliyinin hesablanması

Bəyanat: Tərkibində 85% mis, 5% sink, 5% qalay və 5% qurğuşun olan ərintinin orta xüsusi istiliyi nə qədər olacaq? Hər bir metalın xüsusi istilikləri, C e, Cu = 385 J.kg -1 .K -1 ; C e, Zn =381 J.kq -1 .K -1 ; C e, Sn = 230 J.kg -1 .K -1 ; C e, Pb = 130 J.kq -1 .K -1 .

Həll

Bu, bir az daha çox yaradıcılıq tələb edən bir az fərqli problemdir. Müxtəlif materialların qarışıqları olduqda, istilik xüsusiyyətləri və digər xüsusiyyətlər xüsusi tərkibdən asılı olacaq və ümumiyyətlə, təmiz komponentlərin xüsusiyyətlərindən fərqli olacaqdır.

Xüsusi istilik intensiv bir xüsusiyyət olduğundan, əlavə kəmiyyət deyil, yəni qarışıq üçün ümumi xüsusi istilik əldə etmək üçün xüsusi istilikləri əlavə edə bilmərik. Bununla birlikdə, əlavə olan ümumi istilik tutumudur, çünki bu, geniş bir xüsusiyyətdir.

Bu səbəbdən deyə bilərik ki, təqdim olunan ərinti vəziyyətində ərintinin ümumi istilik tutumu mis, sink, qalay və qurğuşun hissələrinin istilik tutumlarının cəminə bərabər olacaqdır, yəni:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Bununla belə, hər bir halda istilik tutumu kütlə və xüsusi istilik arasındakı məhsula uyğundur, buna görə də bu tənliyi belə yenidən yazmaq olar:

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

Burada C e al ərintinin orta xüsusi istiliyini (qeyd edək ki, ümumi xüsusi istilik demək düzgün deyil), yəni tapmaq istədiyimiz naməlumdur. Bu xassə intensiv olduğundan onun hesablanması bizdə olan nümunənin miqdarından asılı olmayacaq. Bunu nəzərə alaraq, 100 q ərintiyə sahib olduğumuzu güman edə bilərik, bu halda komponentlərin hər birinin kütlələri onların müvafiq faizlərinə bərabər olacaqdır. Bunu fərz etməklə, biz orta xüsusi istiliyin hesablanması üçün lazım olan bütün məlumatları alırıq.

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

İndi məlum dəyərləri əvəz edirik və hesablama aparırıq. Sadəlik üçün dəyərləri əvəz edərkən vahidlər nəzərə alınmayacaq. Bunu yalnız ona görə edə bilərik ki, bütün xüsusi istiliklər bütün kütlələr kimi eyni vahidlər sistemindədir. Kütlələri kiloqrama çevirmək lazım deyil, çünki saydakı qramlar məxrəcdəkilərlə nəticədə ləğv ediləcək.

Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi Xüsusi istilik hesablanması nümunəsi

İstinadlar

Broncesval SL. (20 dekabr 2019-cu il). B5 | Bürünc Mis Alaşımlı Qalay Sink . bürünc. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Çanq, R. (2002). Fiziki Kimya ( 1- ci nəşr). MCGRAW HILL TƏHSİL.

Çanq, R. (2021). Kimya ( 11 -ci nəşr). MCGRAW HILL TƏHSİL.

Franco G., A. (2011). Bərk cismin xüsusi istiliyinin 3 n təyini 3 . Fizika kompüter ilə. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Metalların xüsusi istiliyi . (2020, 29 oktyabr). elm alfa. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/