Calore specifico

Qual è il calore specifico?

Lui calore specifico È la quantità di energia che un grammo di una determinata sostanza deve assorbire per aumentare la sua temperatura di un grado Celsius. 

È una proprietà fisica intensa, poiché non dipende dall'impasto in quanto è espresso solo per un grammo di sostanza; Tuttavia, è correlato al numero di particelle e alla massa molare di esse, nonché alle forze intermolecolari che le uniscono.

La quantità di energia assorbita dalla sostanza è espressa nelle unità joule (j) e meno comunemente, nelle calorie (calce). Generalmente, si presume che l'energia sia assorbita attraverso il calore; Tuttavia, l'energia può provenire da un'altra fonte, come un lavoro svolto sulla sostanza (rigorosa agitazione, per esempio).

Formula di calore specifica

La formula di calore specifica è:

Ce = q/Δt · m

Dove ciò che viene assorbito, Δt la variazione di temperatura e m è la massa della sostanza; che secondo la definizione corrisponde a un grammo. Fare un'analisi delle tue unità che hai:

CE = J/ºC · G

Che può anche essere espresso nei seguenti modi:

CE = KJ/K · G

CE = J/ºC · kg

Il primo è il più semplice, ed è con cui verranno affrontati gli esempi nelle seguenti sezioni.

La formula indica esplicitamente la quantità di energia assorbita (j) da un grammo di sostanza in un grado ºC. Se questa quantità di energia vorrebbe cancellare, sarebbe necessario lasciare da parte l'equazione E:

J = ce · ºC · g

Ciò espresso in un modo più appropriato e secondo le variabili sarebbe:

Q = CE · Δt · m

Come viene calcolato il calore specifico?

Acqua come riferimento

Nella formula precedente 'M' non rappresenta un grammo di sostanza, perché è già implicitamente in CE. Questa formula è molto utile per calcolare i calcoli specifici di varie sostanze attraverso la calorimetria.

COME? Usando la definizione di calorie, che è la quantità di energia necessaria per riscaldare un grammo di acqua da 14,5 a 15,5 ° C; Questo è pari a 4.184 j.

Il calore specifico dell'acqua è anormalmente alto e questa proprietà viene utilizzata per misurare i calcoli specifici di altre sostanze conoscendo il valore di 4.184 j.

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Cosa significa che il calore specifico è alto? Ciò si oppone a una notevole resistenza per aumentare la sua temperatura, quindi deve assorbire più energia; Cioè, l'acqua deve riscaldarsi molto più a lungo rispetto ad altre sostanze, che nelle vicinanze di una fonte di calore sono riscaldate quasi nella legge.

Per questo motivo, l'acqua viene utilizzata nelle misurazioni calorimetriche, poiché non subisce improvvisi cambiamenti di temperatura assorbendo l'energia staccata dalle reazioni chimiche; O, in questo caso, di contatto con un altro materiale più caldo.

Equilibrio termale

Poiché l'acqua deve assorbire molto calore per aumentare la sua temperatura, il calore può provenire dal metallo caldo, ad esempio. Prendendo in considerazione le masse di acqua e metallo, si verificherà uno scambio di calore tra loro fino a raggiungere ciò che viene chiamato equilibrio termico.

Quando ciò si verifica, le temperature dell'acqua e del metallo sono equalizzate. Il calore staccato da metallo caldo è uguale a quello assorbito dall'acqua.

Sviluppo matematico

Sapendo questo, e con l'ultima formula per appena descritto, hai:

Q_Acqua= -Q_Metallo

Il segno negativo indica che il calore viene rilasciato dal corpo più caldo al corpo più freddo (acqua). Ogni sostanza ha il suo calore specifico e la sua massa, quindi questa espressione deve essere sviluppata come segue:

Q_Acqua = CE_Acqua · Δt_Acqua · M_Acqua = -(CE_Metallo · Δt_Metallo · M_Metallo)

L'ignoto è CE_Metallo, Poiché in equilibrio termico la temperatura finale per acqua e metallo è la stessa; Inoltre, le temperature iniziali di acqua e metallo sono conosciute prima di contattare, proprio come le loro masse. Pertanto, devi cancellare CE_Metallo:

EC_Metallo = (Ce_Acqua · Δt_Acqua · M_Acqua)/ (-Δt_Metallo · M_Metallo)

Senza dimenticare ciò che CE_Acqua è 4.184 J/ºC · G. Se sviluppano Δt_Acqua e Δt_Metallo, Sarà (t_F - T_Acqua) e T_F - T_Metallo), rispettivamente. L'acqua viene riscaldata, mentre il metallo si raffredda, ed è per questo che il segno negativo si moltiplica con Δt_Metallo restare (t_Metallo - T_F). Altrimenti, Δt_Metallo Avrebbe un valore negativo per essere t_F minore (più freddo) di T_Metallo.

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L'equazione è quindi finalmente espressa in questo modo:

EC_Metallo = CE_Acqua · (T_F - T_Acqua) · M_Acqua/ (T_Metallo - T_F) · M_Metallo

E con esso vengono calcolati i cali specifici.

Esempio di calcolo

Hai una sfera di uno strano metallo che pesa 130 g e con una temperatura di 90 ° C. Questo è immerso in un contenitore d'acqua da 100 g a 25 ° C, all'interno di un calorimetro. Quando viene raggiunto l'equilibrio termico, la temperatura del contenitore diventa 40 ° C. Calcola il metallo CE.

La temperatura finale, t_F, È 40 ° C. Conoscendo gli altri dati, è possibile determinare direttamente CE:

EC_Metallo = (4.184 J/ ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g)/ (90 - 40) ºC · 130G

EC_Metallo = 0,965 J/ºC · G

Si noti che il calore specifico dell'acqua è circa quattro volte il metallo (4.184/0,965).

Quando CE è molto piccolo, maggiore è la sua tendenza a riscaldarsi; che è correlato alla sua conducibilità termica e diffusione. Un metallo con CE maggiore tenderà a rilasciare o perdere più calore, quando entra in contatto con altro materiale, rispetto a un altro metallo con meno CE.

Esempi di calore specifici

Di seguito sono visualizzati i calcoli specifici per le diverse sostanze.

Acqua

Il calore specifico dell'acqua, come è stato detto, è 4.184 J/ºC · g.

Grazie a questo valore, puoi fare molto sole nell'oceano e l'acqua difficilmente evapora in misura apprezzabile. Ciò si traduce in una differenza termica che non influisce sulla vita marina. Ad esempio, quando vai in spiaggia per nuotare, anche se esterno fa molto sole, nell'acqua senti una temperatura più fredda e più fresca.

L'acqua calda deve anche rilasciare molta energia per raffreddare. Nel processo, riscalda le masse dell'aria circolante, aumentando le temperature (temperate) nelle regioni costiere durante gli inverni.

Un altro esempio interessante è che se non fossimo formati dall'acqua, un giorno al sole potrebbe essere mortale, perché le temperature dei nostri corpi si sarebbero aumentate rapidamente.

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Questo valore EC unico è dovuto a ponti idrogeno intermolecolari. Questi assorbono il calore per rompere, quindi immagazzinano energia. Fino a quando non si rompono, le molecole d'acqua non saranno in grado di vibrare aumentando l'energia cinetica media, che si riflette in un aumento della temperatura.

Ghiaccio

Il calore di calore specifico è di 2.090 J/ºC · g. Come l'acqua, ha un valore insolitamente alto. Ciò significa che un iceberg, ad esempio, dovrebbe assorbire un'enorme quantità di calore per aumentare la sua temperatura. Tuttavia, alcuni iceberg di oggi hanno persino assorbito il calore necessario per sciogliere (calore latente).

Alluminio

Il calore specifico dell'alluminio è 0,900 j/ºC · g. È un po 'più basso del metallo della sfera (0,965 J/ºC · g). Qui il calore viene assorbito per vibrare gli atomi metallici dell'alluminio nelle sue strutture cristalline e non le singole molecole collegate da forze intermolecolari.

Ferro

Il calore di calore specifico è 0,444 j/ºC · g. Essendo meno di quello dell'alluminio, significa che si oppone a meno resistenza al riscaldamento; Cioè, prima di un fuoco un pezzo di ferro metterà il vivo dal vivo molto prima di un pezzo di alluminio.

L'alluminio opponendosi maggiormente al riscaldamento, mantiene il cibo caldo più a lungo quando il famoso foglio di alluminio viene utilizzato per avvolgere gli snack.

Aria

Il calore specifico dell'aria è di 1.003 J/ºC · g. Questo valore è molto soggetto a pressioni e temperature per consistere in una miscela gassosa. Qui il calore viene assorbito per vibrare azoto, ossigeno, anidride carbonica, argon, ecc.

Argento

Infine, il calore specifico per l'argento è 0,234 J/ºC · G. Di tutte le sostanze di cui sopra, presenta il valore più basso di CE. Ciò significa che prima del ferro e dell'alluminio, un pezzo d'argento riscalderebbe molto di più contemporaneamente agli altri due metalli. In effetti, si armonizza con la sua alta conducibilità termica.

Riferimenti

1. Capacità termica specifica in chimica. Recuperato da: Thoughtco.com
2. Calore specifico. Recuperato da: Scienceworld.Wolfram.com