Kas ir īpatnējais siltums?

Siltums un temperatūra

Siltumenerģija un temperatūra ir divi dažādi jēdzieni, un ir svarīgi saprast atšķirību. Pirmais ir lielums termodinamikā, kas raksturo izmaiņu apjomu, ko sistēma var izraisīt savā vidē. Šīs enerģijas nodošana objektam izraisa tā molekulu ātrāku kustību; šis kinētiskās enerģijas pieaugums tiek mērīts vai pieredzēts kā temperatūras paaugstināšanās.

Īpatnējais siltums un siltuma jauda

Šīs divas īpašības bieži tiek sajauktas. Pirmais ir džoulu skaits, kas nepieciešams, lai par kādu vienību paaugstinātu noteiktas vielas masas temperatūru. To vienmēr norāda “uz masas vienību”, piemēram, 0.45 j/g°C, kas ir dzelzs īpatnējais siltums vai siltumenerģijas džoulu skaits, lai viena grama dzelzs temperatūra paaugstinātu par vienu grādu pēc Celsija. Tāpēc šī vērtība nav atkarīga no dzelzs daudzuma.

Siltuma jauda — dažkārt saukta par “termisko masu” — ir džoulu skaits, kas nepieciešams, lai paaugstinātu noteiktas materiāla masas temperatūru par 1.8 °F (1 °C), un tas ir vienkārši materiāla īpatnējais siltums, kas reizināts ar tā masu. To mēra džoulos uz °C. No dzelzs izgatavota priekšmeta, kas sver 100 g, siltumietilpība būtu 0.45 X 100, kas dod 45j/°C. Šo īpašību var uzskatīt par objekta spēju uzglabāt siltumu.

Vielas īpatnējais siltums ir vairāk vai mazāk patiess plašā temperatūru diapazonā, tas ir, enerģija, kas nepieciešama, lai noteiktā viela paaugstinās par vienu grādu, mainās tikai nedaudz no sākotnējās vērtības. Tomēr to nepiemēro, ja viela maina stāvokli. Piemēram, ja noteiktam ūdens daudzumam pastāvīgi tiek pielietots siltums, tas izraisīs temperatūras paaugstināšanos atbilstoši ūdens īpatnējam siltumam. Tomēr, kad ir sasniegta viršanas temperatūra, turpmāka paaugstināšanās vairs nebūs; tā vietā enerģija tiks novirzīta ūdens tvaiku ražošanai. Tas pats attiecas uz cietām vielām, kad ir sasniegta kušanas temperatūra.

Tagad novecojis enerģijas mērs, kalorijas, ir balstīts uz ūdens īpatnējo siltumu. Viena kalorija ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai normālā gaisa spiedienā paaugstinātu viena grama ūdens temperatūru par 1.8 °F (1 °C). Tas atbilst 4.184 džouliem. Ūdens īpatnējam siltumam var norādīt nedaudz atšķirīgas vērtības, jo tas nedaudz mainās atkarībā no temperatūras un spiediena.

ietekme

Dažādām vielām var būt ļoti atšķirīgs īpatnējais siltums. Piemēram, metāliem parasti ir ļoti zemas vērtības. Tas nozīmē, ka tie ātri uzsilst un ātri atdziest; tiem ir tendence ievērojami paplašināties, kļūstot karstākam. Tas ietekmē inženieriju un projektēšanu: bieži vien ir jāparedz piemaksa konstrukciju un iekārtu metāla detaļu paplašināšanai.

Turpretim ūdenim ir ļoti augsts īpatnējais siltums — deviņas reizes lielāks nekā dzelzs un 32 reizes lielāks nekā zeltam. Ūdens molekulārās struktūras dēļ ir nepieciešams daudz enerģijas, lai pat par nelielu daudzumu paaugstinātu ūdens temperatūru. Tas arī nozīmē, ka siltam ūdenim nepieciešams ilgs laiks, lai atdziest.

Šis īpašums ir būtisks dzīvībai uz Zemes, jo ūdenim ir ievērojama stabilizējoša ietekme uz globālo klimatu. Ziemas laikā okeāni lēnām atdziest un vidē izdala ievērojamu daudzumu siltuma, kas palīdz uzturēt pietiekami stabilu globālo temperatūru. Un otrādi, vasarā ir nepieciešams daudz siltuma, lai ievērojami paaugstinātu okeāna temperatūru. Tam ir mazinoša ietekme uz klimatu. Kontinentālajos interjeros, kas atrodas tālu no okeāna, temperatūras ir daudz lielākas nekā piekrastes reģionos.