Чому дорівнює питома теплоємність
Питома теплоємність є характеристикою речовини. Тобто в різних речовин вона різна. Крім того, одне й те ж речовина, але в різних агрегатних станах має різною питомою теплоємністю. Таким чином, правильно говорити про питомої теплоємності речовини (питома теплоємність води, питома теплоємність золота, питома теплоємність деревини і т. Д.).
Питома теплоємність конкретної речовини показує, скільки тепла (Q) треба йому передати, щоб нагріти 1 кілограм цієї речовини на 1 градус Цельсія. Питому теплоємність позначають латинською літерою c. Тобто, c = Q / mt. Враховуючи, що t і m дорівнюють одиниці (1 кг і 1 ° C), то питома теплоємність чисельно дорівнює кількості теплоти.
Однак теплота і питома теплоємність мають різні одиниці виміру. Теплота (Q) в системі Сі вимірюється в Джоулях (Дж). А питома теплоємність – в Джоулях, ділених на кілограм, помножений на градус Цельсія: Дж / (кг – ° C).
Якщо питома теплоємність якоїсь речовини дорівнює, наприклад, 390 Дж / (кг – ° C), то це означає, що якщо 1 кг цієї речовини нагріється на 1 ° C, то воно поглине 390 Дж тепла. Або, іншими словами, щоб нагріти 1 кг цієї речовини на 1 ° C, йому треба передати 390 Дж тепла. Або, якщо 1 кг цієї речовини охолоне на 1 ° C, то воно віддасть 390 Дж тепла.
Якщо ж на 1 ° C нагрівається не 1, а 2 кг речовини, то йому треба передати в два рази більше тепла. Так для прикладу вище це вже буде 780 Дж. Те ж саме буде, якщо нагріти на 2 ° C 1 кг речовини.
Питома теплоємність речовини не залежить від його початкової температури. Тобто якщо наприклад, рідка вода має питому теплоємність 4200 Дж / (кг – ° C), то нагрівання на 1 ° C хоч двадцятиградусній, хоч девяностоградусного води однаково потребують 4200 Дж тепла на 1 кг.
А ось лід має питому теплоємність відмінну від рідкої води, майже в два рази менше. Однак, щоб і його нагріти на 1 ° C потрібно однакову кількість теплоти на 1 кг, незалежно від його початкової температури.
Питома теплоємність також не залежить від форми тіла, яке виготовлено з даної речовини. Сталевий брусок і сталевий лист, що мають однакову масу, зажадають однакову кількість теплоти для нагрівання їх на однакову кількість градусів. Інша справа, що при цьому слід нехтувати обміном теплом з навколишнім середовищем. У аркуша поверхню більше, ніж у бруска, а значить, лист віддає тепла, і тому швидше буде остигати. Але в ідеальних умовах (коли можна знехтувати втратою тепла) форма тіла не грає ролі. Тому кажуть, що питома теплоємність – це характеристика речовини, але не тіла.
Отже, питома теплоємність в різних речовин різна. Це означає, що якщо дані різні речовини однакової маси і з однаковою температурою, то щоб нагріти їх до іншої температури, їм треба передати різну кількість тепла. Наприклад, кілограму міді потрібно тепла приблизно в 10 разів менше, ніж воді. Тобто у міді питома теплоємність приблизно в 10 разів менше, ніж у води. Можна сказати, що в “мідь поміщається менше тепла”.
Кількість теплоти, яке треба передати тілу, щоб нагріти його від однієї температури до іншої, знаходять за такою формулою:
Q = cm (tк – tн)
Тут tк і tн – кінцева і початкова температури, m – маса речовини, c – його питома теплоємність. Питому теплоємність зазвичай беруть з таблиць. З цієї формули можна виразити питому теплоємність:
C = Q / (m (tк – tн))