Homekaროგორ გამოვთვალოთ სპეციფიკური სითბო

როგორ გამოვთვალოთ სპეციფიკური სითბო

სპეციფიკური სითბო (C e ) არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც უნდა იქნას გამოყენებული მასალის ერთეულ მასაზე, რათა მისი ტემპერატურა ერთი ერთეულით გაიზარდოს . ეს არის მატერიის ინტენსიური თერმული თვისება, ანუ ის არ არის დამოკიდებული მასალის მოცულობაზე ან მის რაოდენობაზე, არამედ მხოლოდ მის შემადგენლობაზე. ამ თვალსაზრისით, ეს არის დამახასიათებელი თვისება, რომელსაც დიდი მნიშვნელობა აქვს თითოეული მასალის შესაძლო გამოყენების დასადგენად და რომელიც ეხმარება განსაზღვროს ნივთიერებების თერმული ქცევის ნაწილი, როდესაც ისინი კონტაქტში შედიან სხვადასხვა ტემპერატურაზე მყოფ სხეულებთან ან მედიასთან.

გარკვეული თვალსაზრისით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სპეციფიკური სითბო შეესაბამება სითბოს სიმძლავრის ინტენსიურ ვერსიას (C), რაც განსაზღვრავს მას, როგორც სითბოს რაოდენობას, რომელიც უნდა მიეწოდოს სისტემას მისი ტემპერატურის ერთი ერთეულით გასაზრდელად. ის ასევე შეიძლება გავიგოთ, როგორც პროპორციულობის მუდმივი სისტემის (სხეულის, ნივთიერების და ა.შ.) სითბოს სიმძლავრისა და მის მასას შორის.

ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს მნიშვნელობა დამოკიდებულია იმაზე, ხდება თუ არა გათბობა (ან გაგრილება) მუდმივი წნევით თუ მუდმივი მოცულობით. ეს წარმოშობს ორ სპეციფიკურ სითბოს თითოეული ნივთიერებისთვის, კერძოდ, სპეციფიკური სითბო მუდმივი წნევის დროს (C P ) და სპეციფიკური სითბო მუდმივი მოცულობისას (C V ). თუმცა განსხვავება მხოლოდ აირებში ჩანს, ამიტომ სითხეებსა და მყარ სხეულებზე ჩვენ ჩვეულებრივ ვსაუბრობთ მშრალ სპეციფიკურ სითბოზე.

სპეციფიკური სითბოს ფორმულა

გამოცდილებიდან ვიცით, რომ სხეულის სითბური ტევადობა მისი მასის პროპორციულია, ანუ

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

როგორც წინა ნაწილში აღვნიშნეთ, სპეციფიკური სიცხე წარმოადგენს პროპორციულობის მუდმივობას ამ ორ ცვლადს შორის, ამიტომ ზემოაღნიშნული პროპორციულობის ურთიერთობა შეიძლება დაიწეროს შემდეგი განტოლების სახით:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ჩვენ შეგვიძლია გადავჭრათ ეს განტოლება კონკრეტული სითბოს გამოსახულების მისაღებად:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

მეორეს მხრივ, ჩვენ ვიცით, რომ სითბოს სიმძლავრე არის პროპორციულობის მუდმივი სითბოს (q) შორის, რომელიც საჭიროა სისტემის ტემპერატურის გაზრდისთვის ΔT ოდენობით და ტემპერატურის აღნიშნულ ზრდას შორის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ ვიცით, რომ q = C * ΔT. ამ განტოლების გაერთიანებით ზემოთ ნაჩვენები სითბოს სიმძლავრის განტოლებასთან, მივიღებთ:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ამ განტოლების გადაჭრით კონკრეტული სითბოს საპოვნელად, ვიღებთ მისთვის მეორე განტოლებას:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

სპეციფიკური სითბოს ერთეულები

სპეციფიკური სითბოსთვის მიღებული ბოლო განტოლება გვიჩვენებს, რომ ამ ცვლადის ერთეულებია [q][m] -1 [ΔT] -1 , ანუ სითბოს ერთეულები მასისა და ტემპერატურის ერთეულებზე. ერთეულების სისტემის მიხედვით, რომელშიც თქვენ მუშაობთ, ეს ერთეულები შეიძლება იყოს:

ერთეული სისტემა სპეციფიკური სითბოს ერთეული საერთაშორისო სისტემა J.kg -1 .K -1 რაც უდრის am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 იმპერიული სისტემა BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 კალორია კალ.გ -1 .°C -1 , რაც უდრის კალ.კგ -1 .°C -1 სხვა ერთეულები კჯ.კგ -1 .კ -1

შენიშვნა: ამ ერთეულების გამოყენებისას მნიშვნელოვანია განვასხვავოთ კალორიები და კალორიები. პირველი არის ნორმალური კალორია (ზოგჯერ მას უწოდებენ მცირე კალორიას ან გრამ-კალორიას), რომელიც შეესაბამება სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა 1გ წყლის ტემპერატურის ასამაღლებლად, ხოლო კალ (მთავრული ასოებით) არის ერთეული, რომელიც უდრის 1000 კალორიას, ან, იგივე, 1 კკალს. სითბოს ეს უკანასკნელი ერთეული ყოველდღიურად გამოიყენება ჯანდაცვის მეცნიერებებში, განსაკუთრებით კვების სფეროში. ამ კონტექსტში, ეს არის უაღრესად ერთეული, რომელიც გამოიყენება საკვებში არსებული ენერგიის რაოდენობის გამოსათვლელად (როდესაც ვსაუბრობთ კალორიებზე საკვების კონტექსტში, თითქმის ყოველთვის ვგულისხმობთ კალს და არა ცაცხვს).

სპეციფიკური სითბოს გამოთვლის ამოცანების მაგალითები

ქვემოთ მოცემულია ორი ამოხსნილი პრობლემა, რომლებიც ასახავს როგორც სუფთა ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს გამოთვლის პროცესს, ასევე სუფთა ნივთიერებების ნარევისთვის, რომელშიც ჩვენ ვიცით სპეციფიკური სიცხეები.

ამოცანა 1: სუფთა ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს გამოთვლა

განცხადება: გსურთ განსაზღვროთ უცნობი ვერცხლის ლითონის ნიმუშის შემადგენლობა. არსებობს ეჭვი, რომ ეს შეიძლება იყოს ვერცხლის, ალუმინის ან პლატინის. იმის დასადგენად, თუ რა არის ეს, იზომება სითბოს რაოდენობა, რომელიც საჭიროა ლითონის 10,0 გ ნიმუშის გასათბობად 25,0 °C ტემპერატურიდან წყლის ნორმალურ დუღილის წერტილამდე, ანუ 100,0 °C. მიიღება მნიშვნელობა 41,92 კალ. იმის ცოდნა, რომ ვერცხლის, ალუმინის და პლატინის სპეციფიკური სიცხეებია 0,234 კჯ.კგ -1 .კ -1 , 0,897 კჯ.კგ -1 .K -1 და 0,129 კჯ.კგ -1 .K -1 , შესაბამისად, განსაზღვრეთ რა ლითონი ნიმუში დამზადებულია.

გამოსავალი

ის, რასაც პრობლემა სთხოვს, არის მასალის იდენტიფიცირება, საიდანაც ობიექტი მზადდება. ვინაიდან სპეციფიკური სითბო ინტენსიური თვისებაა, ის დამახასიათებელია თითოეული მასალისთვის, ამიტომ მისი იდენტიფიცირებისთვის საკმარისია მისი სპეციფიკური სითბოს დადგენა და შემდეგ შედარება საეჭვო ლითონების ცნობილ მნიშვნელობებთან.

სპეციფიკური სითბოს განსაზღვრა ამ შემთხვევაში ხორციელდება სამი მარტივი ნაბიჯით:

ნაბიჯი #1: ამოიღეთ ყველა მონაცემი განცხადებიდან და განახორციელეთ შესაბამისი ერთეულის გარდაქმნები

როგორც ნებისმიერ პრობლემაში, პირველი, რაც ჩვენ გვჭირდება, არის მონაცემების ორგანიზება, რათა საჭიროების შემთხვევაში გვქონდეს ხელთ. გარდა ამისა, ერთეულების გარდაქმნების თავიდანვე განხორციელება ხელს შეგვიშლის მოგვიანებით დავიწყებას და ასევე გაადვილებს გამოთვლებს შემდეგ ნაბიჯებში.

ამ შემთხვევაში, განცხადება იძლევა ნიმუშის მასას, საწყის და საბოლოო ტემპერატურას გათბობის პროცესის შემდეგ და სითბოს რაოდენობას, რომელიც საჭიროა ნიმუშის გასათბობად. ის ასევე იძლევა სამი კანდიდატი ლითონის სპეციფიკურ სითბოს. ერთეულების თვალსაზრისით, შეგვიძლია აღვნიშნოთ, რომ სპეციფიკური სიცხეები არის kJ.kg -1 .K .1 , მაგრამ მასა, ტემპერატურა და სითბო არის შესაბამისად g, °C და cal. შემდეგ ჩვენ უნდა გადავცვალოთ ერთეულები ისე, რომ ყველაფერი იმავე სისტემაში იყოს. უფრო ადვილია მასის, ტემპერატურისა და სითბოს ცალ-ცალკე გარდაქმნა, ვიდრე სპეციფიური სითბოს შედგენილი ერთეულების სამჯერ გარდაქმნა, ასე რომ, ეს იქნება გზა, რომელსაც მივყვებით:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ნაბიჯი #2: გამოიყენეთ განტოლება კონკრეტული სითბოს გამოსათვლელად

ახლა, როდესაც ჩვენ გვაქვს ყველა საჭირო მონაცემი, საკმარისია გამოვიყენოთ შესაბამისი განტოლება სპეციფიკური სითბოს გამოსათვლელად. მოცემული მონაცემებიდან გამომდინარე, ჩვენ გამოვიყენებთ ზემოთ წარმოდგენილ Ce-ს მეორე განტოლებას.

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ნაბიჯი #3: შეადარეთ ნიმუშის სპეციფიკური სითბო ცნობილ სპეციფიკურ სიცხეებთან მასალის იდენტიფიცირებისთვის

როდესაც შევადარებთ ჩვენი ნიმუშისთვის მიღებულ სპეციფიკურ სითბოს სამი კანდიდატი ლითონის სითბოს, ჩვენ ვხედავთ, რომ ის, რაც მას ყველაზე მეტად ჰგავს, არის ვერცხლი. ამ მიზეზით, თუ ერთადერთი კანდიდატია ლითონები ვერცხლი, ალუმინი და პლატინა, დავასკვნით, რომ ნიმუში შედგება ვერცხლისგან.

ამოცანა 2: სუფთა ნივთიერებების ნარევის სპეციფიკური სითბოს გამოთვლა

განცხადება: როგორი იქნება შენადნობის საშუალო სპეციფიკური სითბო, რომელიც შეიცავს 85% სპილენძს, 5% თუთიას, 5% კალის და 5% ტყვიას? თითოეული ლითონის სპეციფიკური სიცხეებია 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 .

გამოსავალი

ეს ოდნავ განსხვავებული პრობლემაა, რომელიც ცოტა მეტ კრეატიულობას მოითხოვს. როდესაც გვაქვს სხვადასხვა მასალის ნარევები, თერმული თვისებები და სხვა თვისებები დამოკიდებული იქნება კონკრეტულ შემადგენლობაზე და, ზოგადად, განსხვავდება სუფთა კომპონენტების თვისებებისგან.

ვინაიდან სპეციფიკური სითბო ინტენსიური თვისებაა, ეს არ არის დანამატი რაოდენობა, რაც ნიშნავს, რომ ჩვენ არ შეგვიძლია დავამატოთ სპეციფიკური სითბო, რათა მივიღოთ ნარევის საერთო სპეციფიკური სითბო. თუმცა, დანამატი არის მთლიანი სითბოს სიმძლავრე, რადგან ეს არის ვრცელი თვისება.

ამ მიზეზით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ წარმოდგენილი შენადნობის შემთხვევაში, შენადნობის მთლიანი სითბოს სიმძლავრე იქნება სპილენძის, თუთიის, კალის და ტყვიის ნაწილების სითბოს სიმძლავრეების ჯამი, ანუ:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

თუმცა, თითოეულ შემთხვევაში სითბოს სიმძლავრე შეესაბამება პროდუქტს მასასა და სპეციფიკურ სითბოს შორის, ამიტომ ეს განტოლება შეიძლება გადაიწეროს შემდეგნაირად:

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

სადაც C e al წარმოადგენს შენადნობის საშუალო სპეციფიკურ სითბოს (გაითვალისწინეთ, რომ არ არის სწორი ვთქვათ მთლიანი სპეციფიკური სითბო), ანუ უცნობი, რომლის პოვნაც გვინდა. ვინაიდან ეს თვისება ინტენსიურია, მისი გამოთვლა არ იქნება დამოკიდებული ჩვენს მიერ შერჩეული ნიმუშის რაოდენობაზე. ამის გათვალისწინებით, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ გვაქვს 100 გ შენადნობი, ამ შემთხვევაში თითოეული კომპონენტის მასა იქნება მათი შესაბამისი პროცენტების ტოლი. ამის დაშვებით, ჩვენ ვიღებთ ყველა მონაცემს, რომელიც საჭიროა საშუალო სპეციფიკური სითბოს გამოსათვლელად.

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ახლა ჩვენ ვცვლით ცნობილ მნიშვნელობებს და ვახორციელებთ გამოთვლას. სიმარტივისთვის, მნიშვნელობების ჩანაცვლებისას ერთეულები იგნორირებული იქნება. ჩვენ შეგვიძლია ამის გაკეთება მხოლოდ იმიტომ, რომ ყველა სპეციფიკური სიცხე არის ერთეულების იმავე სისტემაში, ისევე როგორც ყველა მასა. არ არის აუცილებელი მასების კილოგრამებად გადაქცევა, რადგან მრიცხველში გრამი საბოლოოდ გაუქმდება მნიშვნელთან ერთად.

სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი სპეციფიკური სითბოს გაანგარიშების მაგალითი

ცნობები

Broncesval SL. (2019, 20 დეკემბერი). B5 | ბრინჯაოს სპილენძის შენადნობი კალის თუთია . ბრინჯაო. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). ფიზიკური ქიმია ( 1- ლი გამოცემა). MCGRAW HILL განათლება.

Chang, R. (2021). ქიმია ( მე-11 გამოცემა). MCGRAW HILL განათლება.

Franco G., A. (2011). მყარი ნივთიერების სპეციფიკური სითბოს 3 ნ განსაზღვრა 3 . ფიზიკა კომპიუტერით. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

ლითონების სპეციფიკური სითბო . (2020, 29 ოქტომბერი). Sciencealpha. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/