HomemtKif tikkalkula s-sħana speċifika

Kif tikkalkula s-sħana speċifika

Sħana speċifika (C e ) hija l-ammont ta’ sħana li trid tiġi applikata għal massa ta’ unità ta’ materjal sabiex tgħolli t-temperatura tiegħu b’unità waħda . Hija proprjetà termali intensiva tal-materja, jiġifieri, ma tiddependix fuq il-firxa tal-materjal jew il-kwantità tagħha, iżda biss fuq il-kompożizzjoni tagħha. F’dan is-sens, hija proprjetà karatteristika li hija ta ‘importanza kbira biex tiddetermina l-applikazzjonijiet possibbli ta’ kull materjal, u li tgħin biex tiddetermina parti mill-imġieba termali tas-sustanzi meta jiġu f’kuntatt ma ‘korpi jew midja li jkunu f’temperaturi differenti.

Minn ċertu aspett nistgħu ngħidu li s-sħana speċifika tikkorrispondi għall-verżjoni intensiva tal-kapaċità tas-sħana (C), tiddefinixxiha bħala l-ammont ta ‘sħana li trid tiġi fornuta lil sistema biex tiżdied it-temperatura tagħha b’unità waħda. Jista ‘jinftiehem ukoll bħala l-kostanti ta’ proporzjonalità bejn il-kapaċità tas-sħana ta ‘sistema (korp, sustanza, eċċ.) u l-massa tagħha.

Il-valur tas-sħana speċifika ta ‘sustanza jiddependi fuq jekk it-tisħin (jew it-tkessiħ) jitwettaqx bi pressjoni kostanti jew f’volum kostanti. Dan jagħti lok għal żewġ sħana speċifiċi għal kull sustanza, jiġifieri s-sħana speċifika bi pressjoni kostanti (C P ) u s-sħana speċifika f’volum kostanti (C V ). Madankollu, id-differenza tista ‘tidher biss fil-gassijiet, għalhekk għal likwidi u solidi normalment nitkellmu biss dwar sħana speċifika niexfa.

formula speċifika tas-sħana

Aħna nafu mill-esperjenza li l-kapaċità tas-sħana ta ‘korp hija proporzjonali għall-massa tiegħu, jiġifieri, dak

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Kif semmejna fit-taqsima preċedenti, is-sħana speċifika tirrappreżenta l-kostanti tal-proporzjonalità bejn dawn iż-żewġ varjabbli, għalhekk ir-relazzjoni ta ‘proporzjonalità ta’ hawn fuq tista ‘tinkiteb fil-forma tal-ekwazzjoni li ġejja:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Nistgħu nsolvu din l-ekwazzjoni biex niksbu espressjoni għas-sħana speċifika:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Min-naħa l-oħra, nafu li l-kapaċità tas-sħana hija l-kostanti tal-proporzjonalità bejn is-sħana (q) li hija meħtieġa biex tiżdied it-temperatura ta ‘sistema b’ammont ΔT u l-imsemmija żieda fit-temperatura. Fi kliem ieħor, nafu li q = C * ΔT. Meta tgħaqqad din l-ekwazzjoni mal-ekwazzjoni tal-kapaċità tas-sħana murija hawn fuq, irridu:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Issolvi din l-ekwazzjoni biex insibu s-sħana speċifika, niksbu t-tieni ekwazzjoni għaliha:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Unitajiet Speċifiċi tas-Sħana

L-aħħar ekwazzjoni miksuba għal sħana speċifika turi li l-unitajiet ta ‘din il-varjabbli huma [q][m] -1 [ΔT] -1 , jiġifieri, unitajiet tas-sħana fuq unitajiet ta’ massa u temperatura. Skont is-sistema ta’ unitajiet li tkun qed taħdem fiha, dawn l-unitajiet jistgħu jkunu:

Sistema ta’ unità Unitajiet speċifiċi tas-sħana Sistema internazzjonali J.kg -1 .K -1 li hija ekwivalenti għal am 2 ⋅K − 1 ⋅s − 2 sistema imperjali BTU⋅lb − 1 ⋅°F − 1 kaloriji cal.g -1 .°C -1 li huwa ekwivalenti għal Cal.kg -1 .°C -1 unitajiet oħra kJ.kg -1 .K -1

NOTA: Meta tuża dawn l-unitajiet huwa importanti li ssir distinzjoni bejn cal u Cal. L-ewwel hija l-kaloriji normali (xi kultant imsejħa kaloriji żgħar jew gramma-kaloriji), li tikkorrispondi għall-ammont ta ‘sħana meħtieġa biex tgħolli t-temperatura ta’ 1g ta ‘ilma, filwaqt li Cal (b’ittra kapitali) hija unità ekwivalenti għal 1,000 cal, jew, x’inhu l-istess, 1 kcal. Din l-aħħar unità ta ‘sħana tintuża kuljum fix-xjenzi tas-saħħa, speċjalment fil-qasam tan-nutrizzjoni. F’dan il-kuntest, hija l-unità per eċċellenza użata biex tirrappreżenta l-ammont ta ‘enerġija preżenti fl-ikel (meta nitkellmu dwar kaloriji fil-kuntest tal-ikel, kważi dejjem infissru Cal u mhux ġir).

Eżempji ta’ Problemi Speċifiċi ta’ Kalkolu tas-Sħana

Hawn taħt hemm żewġ problemi solvuti li jagħtu eżempju kemm tal-proċess tal-kalkolu tas-sħana speċifika għal sustanza pura kif ukoll għal taħlita ta ‘sustanzi puri li fihom nafu s-sħana speċifiċi.

Problema 1: Kalkolu ta ‘sħana speċifika ta’ sustanza pura

Dikjarazzjoni: Trid tiddetermina l-kompożizzjoni ta ‘kampjun ta’ metall tal-fidda mhux magħruf. Huwa suspettat li jista ‘jkun fidda, aluminju jew platinu. Biex jiġi ddeterminat x’inhu, jitkejjel l-ammont ta ‘sħana meħtieġa biex issaħħan kampjun ta’ 10.0-g tal-metall minn temperatura ta ‘25.0°C sal-punt normali tat-togħlija tal-ilma, jiġifieri 100.0°C, huwa mkejjel. 41.92 kal. Jafu li s-sħana speċifiċi tal-fidda, aluminju u platinu huma 0.234 kJ.kg -1 .K -1 , 0.897 kJ.kg -1 .K -1 u 0.129 kJ.kg -1 .K -1 , rispettivament, Iddetermina liema metall il-kampjun huwa magħmul minn.

Soluzzjoni

Dak li titlob il-problema huwa li jiġi identifikat il-materjal li minnu huwa magħmul l-oġġett. Peress li s-sħana speċifika hija proprjetà intensiva, hija karatteristika ta ‘kull materjal, għalhekk biex tidentifikaha, huwa biżżejjed li tiddetermina s-sħana speċifika tagħha u mbagħad tqabbelha mal-valuri magħrufa tal-metalli suspettati.

Id-determinazzjoni tas-sħana speċifika f’dan il-każ titwettaq permezz ta ‘tliet passi sempliċi:

Pass #1: Oħroġ id-dejta kollha mid-dikjarazzjoni u wettaq it-trasformazzjonijiet tal-unità rilevanti

Bħal f’kull problema, l-ewwel ħaġa li għandna bżonn hija li norganizzaw id-dejta biex ikollha f’idejna meta jkun meħtieġ. Barra minn hekk, it-twettiq tat-trasformazzjonijiet tal-unità mill-bidu se jipprevjeni milli ninsewha aktar tard u se wkoll tagħmel il-kalkoli aktar faċli fil-passi li ġejjin.

F’dan il-każ, id-dikjarazzjoni tagħti l-massa tal-kampjun, it-temperaturi inizjali u finali wara proċess ta ’tisħin, u l-ammont ta’ sħana meħtieġa biex issaħħan il-kampjun. Jagħti wkoll is-sħana speċifiċi tat-tliet metalli kandidati. F’termini ta ‘unitajiet, nistgħu ninnutaw li s-sħana speċifiċi huma f’kJ.kg -1 .K .1 , iżda l-massa, it-temperaturi, u s-sħana huma f’g, °C, u cal, rispettivament. Imbagħad irridu nittrasformaw l-unitajiet sabiex kollox ikun fl-istess sistema. Huwa aktar faċli li tittrasforma l-massa, it-temperatura u s-sħana separatament milli tittrasforma l-unitajiet komposti tas-sħana speċifika tliet darbiet, sabiex dik tkun it-triq li se nsegwu:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Pass #2: Uża l-ekwazzjoni biex tikkalkula s-sħana speċifika

Issa li għandna d-dejta kollha li għandna bżonn, kull ma rridu nagħmlu hu li nużaw l-ekwazzjoni xierqa biex nikkalkulaw is-sħana speċifika. Minħabba d-dejta li għandna, se nużaw it-tieni ekwazzjoni għal Ce ppreżentata hawn fuq.

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Pass #3: Qabbel is-sħana speċifika tal-kampjun mas-sħana speċifika magħrufa biex tidentifika l-materjal

Meta nqabblu s-sħana speċifika miksuba għall-kampjun tagħna ma ‘dik tat-tliet metalli kandidati, aħna nosservaw li l-aktar waħda li tixbahha hija l-fidda. Għal din ir-raġuni, jekk l-uniċi kandidati huma l-metalli fidda, aluminju, u platinu, aħna nikkonkludu li l-kampjun huwa magħmul minn fidda.

Problema 2: Kalkolu ta ‘sħana speċifika ta’ taħlita ta ‘sustanzi puri

Dikjarazzjoni: X’se tkun is-sħana speċifika medja ta ‘liga li fiha 85% ram, 5% żingu, 5% landa, u 5% ċomb? Is-sħana speċifiċi ta ‘kull metall huma, 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 .

Soluzzjoni

Din hija problema kemmxejn differenti li teħtieġ ftit aktar kreattività. Meta jkollna taħlitiet ta ‘materjali differenti, il-proprjetajiet termali u proprjetajiet oħra jiddependu fuq il-kompożizzjoni partikolari u, b’mod ġenerali, se jkunu differenti mill-proprjetajiet tal-komponenti puri.

Peress li s-sħana speċifika hija proprjetà intensiva, mhix kwantità ta ‘addittiv, li jfisser li ma nistgħux inżidu s-sħana speċifiċi biex niksbu sħana speċifika totali għal taħlita. Madankollu, dak li huwa addittiv huwa l-kapaċità totali tas-sħana, peress li din hija proprjetà estensiva.

Għal din ir-raġuni nistgħu ngħidu li, fil-każ tal-liga ppreżentata, il-kapaċità totali tas-sħana tal-liga tkun is-somma tal-kapaċitajiet tas-sħana tal-porzjonijiet tar-ram, taż-żingu, tal-landa u taċ-ċomb, jiġifieri:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Madankollu, f’kull każ il-kapaċità tas-sħana tikkorrispondi għall-prodott bejn il-massa u s-sħana speċifika, għalhekk din l-ekwazzjoni tista ‘tinkiteb mill-ġdid bħala:

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Fejn C e al jirrappreżenta s-sħana speċifika medja tal-liga (innota li mhux korrett li ngħidu sħana speċifika totali), jiġifieri, l-mhux magħruf li nixtiequ nsibu. Peress li din il-proprjetà hija intensiva, il-kalkolu tagħha mhux se jiddependi fuq l-ammont ta ‘kampjun li għandna. Fid-dawl ta ‘dan, nistgħu nassumu li għandna 100 g ta’ liga, f’liema każ il-mases ta ‘kull wieħed mill-komponenti se jkunu ugwali għall-perċentwali rispettivi tagħhom. Billi nassumu dan, niksbu d-dejta kollha meħtieġa għall-kalkolu tas-sħana speċifika medja.

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Issa nissostitwixxu l-valuri magħrufa u nwettqu l-kalkolu. Għas-sempliċità, l-unitajiet jiġu injorati meta jissostitwixxu l-valuri. Nistgħu nagħmlu dan biss għaliex is-sħana speċifiċi kollha huma fl-istess sistema ta ‘unitajiet, bħalma huma l-mases kollha. Mhuwiex meħtieġ li l-mases jiġu konvertiti għal kilogrammi, peress li l-grammi fin-numeratur eventwalment se jikkanċellaw ma ‘dawk fid-denominatur.

Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana Eżempju ta' kalkolu speċifiku tas-sħana

Referenzi

Broncesval SL. (2019, Diċembru 20). B5 | Bronż liga tar-ram tal-landa taż-żingu . bronzeval. https://www.broncesval.com/bronce/b5-bronce-aleacion-de-cobre-estanio-zinc/

Chang, R. (2002). Kimika Fiżika ( l- 1 ed.). MCGRAW HILL EDUKAZZJONI.

Chang, R. (2021). Kimika ( 11 -il ed.). MCGRAW HILL EDUKAZZJONI.

Franco G., A. (2011). Determinazzjoni 3 n tas – sħana speċifika ta ‘ solidu 3 . Fiżika bil-kompjuter. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm

Sħana speċifika tal-metalli . (2020, 29 ta’ Ottubru). xjenzaalpha. https://sciencealpha.com/es/specific-heat-of-metals/