Удельная теплота
Удельная теплоемкость (s) - это особый вид теплоемкости. Удельная теплоемкость - это термодинамическое свойство, которое определяет количество тепла, необходимое для повышения температуры одной единицы массы вещества на один градус. Диапазон значений удельной теплоемкости для веществ варьируется в зависимости от степени поглощения ими тепла. Термин "теплоемкость" может ввести в заблуждение, поскольку тепло q - это термин, обозначающий добавление или удаление энергии через барьер вещества или системы в результате повышения или понижения температуры соответственно. Изменения температуры на самом деле являются изменениями энергии. Поэтому удельная теплоемкость и другие формы теплоемкости являются более точными показателями способности вещества поглощать энергию при повышении температуры вещества.
Единицы
Единицы измерения очень важны для выражения любого термодинамического свойства; то же самое верно и для удельной теплоты. Энергия в форме тепла выражается в джоулях (Дж) или килоджоулях (кДж), которые являются наиболее распространенными единицами, связанными с энергией. Одна единица массы измеряется в граммах или килограммах по отношению к удельной теплоте. Один грамм - это стандартная форма, используемая в таблицах значений удельной теплоты, но иногда встречаются ссылки с использованием одного килограмма. Один градус температуры измеряется либо по шкале Цельсия, либо по шкале Кельвина, но обычно по шкале Цельсия. Наиболее распространенными единицами измерения удельной теплоты являются Дж/(г-°C).
Факторы, определяющие удельную теплоемкость
Температура и давление
Два фактора, которые изменяют удельную теплоту материала, - это давление и температура. Удельная теплоемкость определяется при стандартном постоянном давлении (обычно атмосферном) для материалов и обычно указывается при 25 °C (298,15 K). Стандартная температура используется потому, что удельная теплоемкость зависит от температуры и может изменяться при различных значениях температуры. Удельную теплоту называют интенсивным свойством (en:Intensive and extensive properties intensive property). Пока температура и давление находятся при стандартных значениях и не происходит фазового перехода, значение удельной теплоты любого материала остается постоянным независимо от массы присутствующего материала.
Энергетические степени свободы
Большой фактор в величине удельной теплоты материала лежит на молекулярном уровне в энергетических en:Degrees of freedom (physics and chemistry) степенях свободы, доступных материалу в той фазе (твердой, жидкой или газовой), в которой он находится. Энергетические степени свободы бывают четырех типов: перевод, вращение, вибрация и электронные. Для достижения каждой степени свободы требуется минимальное количество энергии. Поэтому количество энергии, которое может быть запасено в веществе, зависит от типа и количества энергетических степеней свободы, которыми обладает вещество при данной температуре. Жидкости, как правило, имеют больше низкоэнергетических режимов и больше энергетических степеней свободы, чем твердые тела и большинство газов. Этот более широкий диапазон возможностей в рамках степеней свободы обычно создает большие удельные теплоты для жидких веществ, чем для твердых тел или газов. Эту тенденцию можно увидеть в en:Heat capacity#Table of specific heat capacities Таблица удельных теплоемкостей и при сравнении жидкой воды с твердой водой (льдом), медью, оловом, кислородом и графитом.
Использование
Удельная теплота используется для расчета количества тепла, поглощенного при добавлении энергии к материалу или веществу за счет повышения температуры в определенном диапазоне. Расчет количества тепла или энергии, добавленной к материалу, является относительно простым процессом, если записаны начальная и конечная температуры материала, указана масса материала и известна удельная теплота. Удельная теплота, масса материала и температурная шкала должны быть в одних и тех же единицах, чтобы точно выполнить расчет количества тепла.
Уравнение для расчета тепла (q) выглядит следующим образом:
Q = s × m × ΔT
В уравнении s - удельная теплота в (Дж/г-°C). m - масса вещества в граммах. ΔT - изменение температуры (°C), наблюдаемое в веществе. Принято вычитать начальную температуру вещества из конечной температуры после нагрева, поэтому в уравнении ΔT - это TFinal -TInitial. Подставив все значения в уравнение и умножив их, вы аннулируете единицы массы и температуры, оставив для тепла соответствующие единицы - джоули. Расчеты, подобные этому, полезны в en:Calorimetry calorimetry
