HomeeoKiel Kalkuli Specifan Varmon

Kiel Kalkuli Specifan Varmon

Specifa varmo ( C e ) estas la kvanto de varmo kiu devas esti aplikita al unuomaso de materialo por plialtigi ĝian temperaturon je unu unuo . Ĝi estas intensa termika eco de la materio, tio estas, ĝi ne dependas de la amplekso de la materialo aŭ de ĝia kvanto, sed nur de ĝia konsisto. En ĉi tiu senco, ĝi estas karakteriza eco, kiu tre gravas por determini la eblajn aplikojn de ĉiu materialo, kaj kiu helpas determini parton de la termika konduto de substancoj kiam ili venas en kontakto kun korpoj aŭ medioj kiuj estas ĉe malsamaj temperaturoj.

De certa vidpunkto ni povus diri ke specifa varmo respondas al la intensa versio de varmokapacito (C), difinante ĝin kiel la kvanton de varmo kiu devas esti provizita al sistemo por pliigi ĝian temperaturon je unu unuo. Ĝi ankaŭ povas esti komprenita kiel la konstanto de proporcieco inter la varmokapacito de sistemo (korpo, substanco, ktp.) kaj ĝia maso.

La valoro de la specifa varmo de substanco dependas de ĉu la hejtado (aŭ malvarmigo) estas farata je konstanta premo aŭ je konstanta volumeno. Tio estigas du specifajn varmecojn por ĉiu substanco, nome la specifa varmo ĉe konstanta premo (C P ) kaj la specifa varmeco ĉe konstanta volumeno (C V ). Tamen, la diferenco videblas nur en gasoj, do por likvaĵoj kaj solidoj oni kutime nur parolas pri seka specifa varmo.

specifa varmoformulo

Ni scias per sperto, ke la varmokapacito de korpo estas proporcia al ĝia maso, tio estas, tio

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Kiel ni menciis en la antaŭa sekcio, la specifa varmo reprezentas la proporcieckonstanton inter ĉi tiuj du variabloj, do la supra proporciecrilato povas esti skribita en la formo de la sekva ekvacio:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Ni povas solvi ĉi tiun ekvacion por ricevi esprimon por la specifa varmo:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Aliflanke, ni scias ke la varmokapacito estas la konstanto de proporcieco inter la varmo (q) kiu estas postulata por pliigi la temperaturon de sistemo je kvanto ΔT kaj dirita pliiĝo en temperaturo. Alivorte, ni scias ke q = C * ΔT. Kombinante ĉi tiun ekvacion kun la varmokapacito ekvacio montrita supre, ni ricevas:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Solvante ĉi tiun ekvacion por trovi la specifan varmon, ni akiras duan ekvacion por ĝi:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Specifaj Varmo-Unuoj

La lasta ekvacio akirita por specifa varmo montras ke la unuoj de ĉi tiu variablo estas [q][m] -1 [ΔT] -1 , tio estas, varmounuoj super maso kaj temperaturunuoj. Depende de la sistemo de unuoj en kiu vi laboras, ĉi tiuj unuoj povas esti:

Unuosistemo Specifaj varmegaj unuoj Internacia sistemo J.kg -1 .K -1 kiu ekvivalentas al am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 imperia sistemo BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 kalorioj cal.g -1 .°C -1 kiu egalas al Cal.kg -1 .°C -1 aliaj unuoj kJ.kg -1 .K -1

NOTO: Kiam oni uzas ĉi tiujn unuojn, estas grave distingi inter cal kaj Cal. La unua estas la normala kalorio (kelkfoje nomata malgranda kalorio aŭ gram-kalorio), responda al la kvanto da varmo necesa por altigi la temperaturon de 1 g da akvo, dum Cal (kun majusklo) estas unuo ekvivalenta al 1.000 cal, aŭ, kio estas la sama, 1 kcal. Ĉi tiu lasta varmego estas uzata ĉiutage en sansciencoj, precipe en la areo de nutrado. En ĉi tiu kunteksto, ĝi estas la unuo por ekscelenco uzata por reprezenti la kvanton de energio ĉeestanta en manĝaĵo (kiam ni parolas pri kalorioj en la kunteksto de manĝaĵo, ni preskaŭ ĉiam signifas Cal kaj ne kalko).

Ekzemploj de Specifaj Varmo-Kalkulaj Problemoj

Malsupre estas du solvitaj problemoj kiuj ekzempligas kaj la procezon de kalkulado de la specifa varmo por pura substanco kaj por miksaĵo de puraj substancoj en kiuj ni konas la specifajn varmecojn.

Problemo 1: Kalkulo de specifa varmo de pura substanco

Deklaro: Vi volas determini la konsiston de specimeno de nekonata arĝenta metalo. Oni suspektas, ke ĝi povas esti arĝento, aluminio aŭ plateno. Por determini kio ĝi estas, oni mezuras la kvanton da varmo bezonata por varmigi 10,0-g provaĵon de la metalo de temperaturo de 25,0 °C ĝis la normala bolpunkto de akvo, tio estas, 100,0 °C, estas mezurita. 41,92 kal. Sciante ke la specifaj varmoj de arĝento, aluminio kaj plateno estas 0.234 kJ.kg -1 .K -1 , 0.897 kJ.kg -1 .K -1 kaj 0.129 kJ.kg -1 .K -1 , respektive, Determinu kian metalon la specimeno estas farita el.

Solvo

Kion la problemo demandas, estas identigi la materialon el kiu la objekto estas farita. Ĉar specifa varmo estas intensa posedaĵo, ĝi estas karakteriza por ĉiu materialo, do por identigi ĝin, sufiĉas determini ĝian specifan varmecon kaj poste kompari ĝin kun la konataj valoroj de la suspektataj metaloj.

La determino de la specifa varmo en ĉi tiu kazo estas farita per tri simplaj paŝoj:

Paŝo #1: Eltiru ĉiujn datumojn de la deklaro kaj faru la koncernajn unuotransformojn

Kiel en ajna problemo, la unua afero, kiun ni bezonas, estas organizi la datumojn por havi ĝin ĉemane kiam necesas. Krome, efektivigi la unuotransformojn ekde la komenco evitos, ke ni poste forgesu ĝin kaj ankaŭ faciligos la kalkulojn en la sekvaj paŝoj.

En ĉi tiu kazo, la deklaro donas la mason de la provaĵo, la komencajn kaj finajn temperaturojn post varmiga procezo, kaj la kvanton de varmo necesa por varmigi la provaĵon. Ĝi ankaŭ donas la specifajn varmecojn de la tri kandidataj metaloj. Laŭ unuoj, ni povas noti ke la specifaj varmoj estas en kJ.kg -1 .K .1 , sed la maso, temperaturoj kaj varmeco estas en g, °C kaj cal, respektive. Ni devas tiam transformi unuojn tiel ke ĉio estu en la sama sistemo. Estas pli facile transformi la mason, temperaturon kaj varmon aparte ol transformi la kunmetitajn unuojn de la specifa varmo trifoje, tiel ke tio estos la vojo, kiun ni sekvos:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo Ekzemplo de specifa varmokalkulo Ekzemplo de specifa varmokalkulo Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Paŝo #2: Uzu la ekvacion por kalkuli la specifan varmon

Nun kiam ni havas ĉiujn datumojn, kiujn ni bezonas, ĉio, kion ni devas fari, estas uzi la taŭgan ekvacion por kalkuli la specifan varmon. Konsiderante la datumojn kiujn ni havas, ni uzos la duan ekvacion por Ce prezentita supre.

Ekzemplo de specifa varmokalkulo Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Paŝo #3: Komparu la specifan varmecon de la specimeno al la konataj specifaj varmoj por identigi la materialon

Komparante la specifan varmon akiritan por nia specimeno kun tiu de la tri kandidataj metaloj, ni observas, ke tiu, kiu plej similas ĝin, estas arĝento. Tial, se la nuraj kandidatoj estas la metaloj arĝento, aluminio kaj plateno, ni konkludas, ke la specimeno estas kunmetita de arĝento.

Problemo 2: Kalkulo de specifa varmo de miksaĵo de puraj substancoj

Deklaro: Kio estos la averaĝa specifa varmo de alojo, kiu enhavas 85% kupron, 5% zinkon, 5% stanon kaj 5% plumbon? La specifaj varmoj de ĉiu metalo estas, C e, Cu = 385 J.kg -1 .K -1 ; C e, Zn =381 J.kg -1 .K -1 ; C e, Sn = 230 J.kg -1 .K -1 ; C e, Pb = 130 J.kg -1 .K -1 .

Solvo

Ĉi tio estas iomete malsama problemo, kiu postulas iom pli da kreemo. Kiam ni havas miksaĵojn de malsamaj materialoj, la termikaj propraĵoj kaj aliaj ecoj dependos de la aparta komponado kaj, ĝenerale, estos malsamaj de la propraĵoj de la puraj komponantoj.

Ĉar specifa varmo estas intensa posedaĵo, ĝi ne estas aldona kvanto, kio signifas, ke ni ne povas aldoni la specifajn varmecojn por akiri totalan specifan varmecon por miksaĵo. Tamen, kio estas aldonaĵo estas la totala varmokapacito, ĉar ĉi tio estas ampleksa posedaĵo.

Tial ni povas diri ke, en la kazo de la prezentita alojo, la totala varmokapacito de la alojo estos la sumo de la varmokapacitoj de la kupro, zinko, stano kaj plumbo partoj, tio estas:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Tamen, en ĉiu kazo la varmokapacito egalrilatas al la produkto inter la maso kaj la specifa varmo, tiel ke tiu ekvacio povas esti reverkita kiel:

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Kie C e al reprezentas la mezan specifan varmon de la alojo (notu ke estas ne ĝuste diri totalan specifan varmon), tio estas, la nekonataĵo kiun ni deziras trovi. Ĉar ĉi tiu posedaĵo estas intensa, ĝia kalkulo ne dependos de la kvanto de specimeno, kiun ni havas. Konsiderante ĉi tio, ni povas supozi, ke ni havas 100 g da alojo, en kiu kazo la masoj de ĉiu el la komponantoj estos egalaj al iliaj respektivaj procentoj. Supozante ĉi tion, ni ricevas ĉiujn datumojn necesajn por la kalkulo de la meza specifa varmo.

Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Nun ni anstataŭigas la konatajn valorojn kaj faras la kalkulon. Por simpleco, unuoj estos ignoritaj dum anstataŭigado de valoroj. Ni povas fari tion nur ĉar ĉiuj specifaj varmoj estas en la sama sistemo de unuoj, kiel ĉiuj masoj. Ne necesas konverti la masojn al kilogramoj, ĉar la gramoj en la numeratoro poste nuligos kun tiuj en la denominatoro.

Ekzemplo de specifa varmokalkulo Ekzemplo de specifa varmokalkulo

Referencoj

Broncesval SL. (2019, decembro 20). B5 | Bronza Kupra Alojo Stana Zinko . bronzevala. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). Fizika Kemio ( unua red.). MCGRAW HILL EDUKADO.

Chang, R. (2021). Kemio ( 11 -a red.). MCGRAW HILL EDUKADO.

Franco G., A. (2011). Determino 3 n de la specifa varmo de solido 3 . Fiziko kun komputilo. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Specifa varmo de metaloj . (2020, oktobro 29). sciencoalfa. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/