Μία από τις θεμελιώδεις πτυχές που χρησιμοποιούνται τόσο στη φυσική όσο και στη χημεία είναι η ειδική θερμότητα. Συγκεκριμένα, το ειδική θερμότητα του νερού Απαιτείται ιδιαίτερα σε σχεδόν οποιοδήποτε είδος πειράματος. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να γνωρίζετε ποια συγκεκριμένη θερμότητα είναι και να γνωρίζετε τη σημασία της γνώσης αυτής της τιμής στο νερό.
Επομένως, πρόκειται να αφιερώσουμε αυτό το άρθρο για να σας πω ό, τι πρέπει να ξέρετε για τη συγκεκριμένη θερμότητα του νερού και τη σημασία του.
Τι είναι η συγκεκριμένη θερμότητα
Για να αυξήσει μια ουσία τη θερμοκρασία της, χρειάζεται μια ορισμένη ποσότητα ενέργειας. Αυτή η ποσότητα ενέργειας πρέπει να δοθεί με τη μορφή θερμότητας. Αυτό είναι αυτό που είναι γνωστό ως ειδική θερμότητα. Ένα άλλο όνομα με το οποίο είναι γνωστό είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα. Αυτή η τιμή είναι που εξηγεί γιατί ένα ξύλινο κουτάλι μπορεί να θερμανθεί πιο αργά και προοδευτικά από ένα μεταλλικό κουτάλι. Εξηγεί επίσης τον λόγο για τον οποίο χρησιμοποιούμε ορισμένα υλικά για να μπορέσουμε να κατασκευάσουμε ορισμένα εργαλεία και σκεύη σύμφωνα με τη χρήση για την οποία προορίζονται.
Με αυτό ορίζουμε στη φυσική ως ειδική θερμότητα η ποσότητα ενέργειας που πρέπει να μεταφερθεί σε μια μονάδα μάζας ουσίας για να αυξηθεί η θερμοκρασία της κατά ένα βαθμό. Η ειδική θερμότητα του νερού χρησιμοποιείται σχεδόν πάντα ως παράδειγμα. Δηλαδή την ποσότητα ενέργειας που χρειάζεται για να θερμανθεί το νερό κατά ένα βαθμό θερμοκρασίας. Γνωρίζουμε ότι αν μεταφερθούν 4182 τζάουλ ενέργειας σε ένα κιλό νερού που βρίσκεται σε θερμοκρασία δωματίου, η εν λόγω ποσότητα νερού θα αυξήσει τη θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό. Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να λάβουμε την τιμή ότι η ειδική θερμότητα του νερού είναι ισοδύναμη με 4182 joules ανά κιλό και βαθμό.
Μονάδες ειδικής θερμότητας του νερού
Γνωρίζουμε ότι η συγκεκριμένη θερμότητα του νερού μπορεί να εκφραστεί σε διαφορετικές μονάδες. Συνήθως Οι μονάδες ενέργειας, μάζας και θερμοκρασίας πρέπει να αντικατοπτρίζονται ώστε να αντανακλούν συνολικά. Στο διεθνές σύστημα μονάδων έχουμε το τζάουλ ανά κιλό, που είναι η μάζα, και το Κέλβιν, που είναι η θερμοκρασία. Σε άλλα υλικά, αυτή η τιμή είναι διαφορετική αφού η ειδική θερμότητα του νερού χρησιμοποιείται ως βάση ή αναφορά για τις υπόλοιπες τιμές. Για παράδειγμα, η ειδική θερμότητα του χάλυβα είναι 502 τζάουλ ανά κιλό και Κέλβιν. Αυτό σημαίνει ότι για ένα κιλό χάλυβα να αυξήσει τη θερμοκρασία του κατά ένα Kelvin, θα χρειαστούν 502 joules ενέργειας.
Ένας άλλος τρόπος έκφρασης της συγκεκριμένης θερμότητας του νερού ή άλλου υλικού είναι σε άλλες μονάδες. Για παράδειγμα, μπορείτε να ορίσετε θερμίδες ανά γραμμάριο και βαθμούς Κελσίου. Επαναλαμβάνουμε το παράδειγμα του χάλυβα. Σε αυτήν την περίπτωση, η ειδική θερμότητα θα ήταν 0.12 θερμίδες ανά γραμμάριο και βαθμοί Κελσίου. Αυτό σημαίνει ότι 0.12 θερμίδες ενέργειας απαιτούνται με τη μορφή θερμότητας για να αυξηθεί η θερμοκρασία κατά έναν βαθμό ενός γραμμαρίου χάλυβα.
Κύρια χαρακτηριστικά
Πριν εισέλθετε πλήρως στη συγκεκριμένη θερμότητα του νερού, είναι απαραίτητο να γνωρίζετε καλά ποια είναι τα χαρακτηριστικά του. Είναι ένα εντατική φυσική ιδιότητα που δεν εξαρτάται από την ποσότητα της ουσίας. Αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από την ποσότητα της ουσίας που έχουμε, χρειάζεται η ίδια ενέργεια για να αυξηθεί η θερμοκρασία της. Από την άλλη πλευρά, η ειδική θερμότητα μπορεί να ποικίλλει σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Αυτό σημαίνει ότι η ποσότητα ενέργειας που θα χρειαστεί να μεταφέρουμε για να μπορέσουμε να ανεβάσουμε τη θερμοκρασία κατά ένα βαθμό δεν είναι η ίδια με την ποσότητα που πρέπει να μεταφερθεί σε θερμοκρασία περιβάλλοντος 100 βαθμών ή 0 βαθμών. Το καλύτερο παράδειγμα για αυτό είναι η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της ειδικής θερμότητας του νερού. Βλέπουμε ότι σε διαφορετικές θερμοκρασίες η ειδική θερμότητα του νερού ποικίλλει.
Μπορούμε να πούμε ότι είναι μια ιδιότητα που έχουν οι ουσίες και ότι σχετίζεται με την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας της. Ένα άλλο από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά που έχει το νερό είναι ότι έχει υψηλή ειδική θερμότητα. Αυτό σημαίνει ότι για να αυξήσουν τη θερμοκρασία του νερού, πρέπει να απορροφήσουν πολύ θερμότητα ανά μονάδα μάζας.
Η ειδική θερμότητα του νερού είναι διαφορετική ανάλογα με το εάν ο όγκος διατηρείται σταθερός ή η πίεση διατηρείται σταθερή. Αυτές οι μεταβλητές ορίζουν επίσης άλλες τιμές ανάλογα με αυτές τις συνθήκες. Όταν αναφερόμαστε στον όγκο της ουσίας αναφερόμαστε στο ισοχορική ειδική θερμότητα. Από την άλλη πλευρά, εάν αναφερόμαστε σε σταθερή πίεση, επισημαίνουμε ότι η ισοβαρική ειδική θερμότητα. Αν πάμε στην εξάσκηση, αυτή η διαφορά γίνεται κυρίως όταν δουλεύουμε με αέρια και όχι με υγρά.
Σημασία της ειδικής θερμότητας του νερού
Γνωρίζουμε ότι υπό κανονικές συνθήκες, ένα κιλό νερό χρειάζεται 1 κιλοκαλori για να αυξηθεί η θερμοκρασία του 1 ºC, δηλαδή 1 kcal / ° C • kg, που ισοδυναμεί με 4184 J / (K • kg) στο διεθνές σύστημα. Γνωρίζουμε ότι αυτή η συγκεκριμένη θερμότητα είναι η υψηλότερη από οποιαδήποτε άλλη κοινή ουσία. Εάν βάζουμε μια λεκάνη με νερό σε ηλιόλουστο καλοκαίρι, μπορεί να θερμανθεί και να ζεσταθεί. Παρ 'όλα αυτά, δεν θα αυξήσει τη θερμοκρασία του αρκετά για να βράσει ή να μαγειρέψει αυγά σε αυτό. Από την άλλη πλευρά, αν τοποθετήσουμε μια μεταλλική ράβδο, είναι πιθανό ότι δεν θα μπορείτε να το πάρετε αφού η θερμοκρασία του θα είναι τόσο υψηλή που θα καεί.
Η ειδική θερμότητα του νερού οφείλεται στους δεσμούς υδρογόνου από τους οποίους αποτελούνται τα μόρια του νερού. Είναι ένας τύπος αλληλεπίδρασης μεταξύ μορίων που είναι τόσο ισχυρός που είναι απαραίτητο να παρέχεται πολλή ενέργεια για να δονηθούν και να αυξηθεί η θερμοκρασία τους. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι πολύ ισχυροί και χρειάζεται ενέργεια για να κινηθεί. Επομένως, η διατήρηση του νερού σε βρασμό απαιτεί συνεχή παροχή ενέργειας.
Η σημασία του μεταδίδεται και στη μετεωρολογία. Το γεγονός ότι το νερό έχει αυτή την υψηλή ετήσια θερμική ικανότητα είναι ένα περίεργο γεγονός, αν όχι α σημαντική ιδιοκτησία που βοηθά κυρίως στη ρύθμιση του καιρού και του κλίματος γενικά. Έχοντας αυτήν την υψηλή ειδική θερμότητα, γνωρίζουμε ότι μεγάλα σώματα νερού είναι υπεύθυνα για τη ρύθμιση ακραίων διακυμάνσεων της θερμοκρασίας σε ολόκληρο τον πλανήτη. Εάν όχι, το κλίμα μάλλον δεν θα έχει τα ίδια χαρακτηριστικά με αυτό που γνωρίζουμε σήμερα.