Chaleur spécifique

Quelle est la chaleur spécifique?

Il chaleur spécifique C'est la quantité d'énergie que un gramme d'une certaine substance doit absorber pour augmenter sa température à un degré Celsius. 

Il s'agit d'une propriété physique intensive, car elle ne dépend pas de la pâte car elle n'est exprimée que pour un gramme de substance; Cependant, il est lié au nombre de particules et à leur masse molaire, ainsi qu'aux forces intermoléculaires qui les unissent.

La quantité d'énergie absorbée par la substance est exprimée dans les unités de Joule (J), et moins couramment en calories (citron vert). Généralement, il est supposé que l'énergie est absorbée par la chaleur; Cependant, l'énergie peut provenir d'une autre source, comme un travail effectué sur la substance (agitation rigoureuse, par exemple).

Formule de chaleur spécifique

La formule de chaleur spécifique est:

CE = Q / ΔT · M

Où ce qui est absorbé, Δt le changement de température et m est la masse de la substance; que selon la définition correspond à un gramme. Faire une analyse de vos unités que vous avez:

CE = J / ºC · G

Qui peut également être exprimé de la manière suivante:

Ce = kj / k · g

CE = J / ºC · kg

Le premier est le plus simple, et c'est avec lequel les exemples dans les sections suivantes seront abordés.

La formule indique explicitement la quantité d'énergie absorbée (j) par un gramme de substance dans un grade ºC. Si cette quantité d'énergie souhaitait se débarrasser, il serait nécessaire de laisser de côté l'équation E:

J = CE · ºC · G

Cela exprimé d'une manière plus appropriée et selon les variables serait:

Q = CE · ΔT · M

Comment la chaleur spécifique est-elle calculée?

L'eau comme référence

Dans la formule précédente, «M» ne représente pas un gramme de substance, car il est déjà implicitement en CE. Cette formule est très utile pour calculer les chaleurs spécifiques de diverses substances par calorimétrie.

Comme? En utilisant la définition des calories, qui est la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer un gramme d'eau de 14,5 à 15,5 ° C; Ceci est égal à 4 184 J.

La chaleur spécifique de l'eau est anormalement élevée, et cette propriété est utilisée pour mesurer les chaleurs spécifiques d'autres substances connaissant la valeur de 4 184 J.

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Qu'est-ce que cela signifie que la chaleur spécifique est élevée? Cela s'oppose à une résistance considérable pour augmenter sa température, il doit donc absorber plus d'énergie; c'est-à-dire que l'eau doit se réchauffer beaucoup plus longtemps par rapport à d'autres substances, qui à proximité d'une source de chaleur sont chauffées presque dans l'acte.

Pour cette raison, l'eau est utilisée dans les mesures calorimétriques, car elle ne subit pas de changements soudains de température en absorbant l'énergie détachée des réactions chimiques; Ou, dans ce cas, de contact avec un autre matériau plus chaud.

Équilibre thermique

Comme l'eau doit absorber très la chaleur pour augmenter sa température, la chaleur peut provenir du métal chaud, par exemple. En tenant compte des masses d'eau et de métal, un échange de chaleur entre eux se produira jusqu'à ce que ce que l'on appelle l'équilibre thermique est atteint.

Lorsque cela se produit, les températures de l'eau et des métaux sont égalisées. La chaleur détachée par le métal chaud est égale à celle absorbée par l'eau.

Développement mathématique

Sachant cela, et avec la dernière formule pour que vous veniez de décrire, vous avez:

Q_Eau= -Q_Métal

Le signe négatif indique que la chaleur est libérée du corps le plus chaud au corps le plus froid (eau). Chaque substance a sa propre chaleur spécifique et sa masse, donc cette expression doit être développée comme suit:

Q_Eau = CE_Eau · Δt_Eau · M_Eau = - (CE_Métal · Δt_Métal · M_Métal)

L'inconnu est CE_Métal, Étant donné que dans l'équilibre thermique, la température finale pour l'eau et le métal est la même; De plus, les températures initiales de l'eau et du métal sont connues avant de contacter, tout comme leurs masses. Par conséquent, vous devez effacer CE_Métal:

CE_Métal = (CE_Eau · Δt_Eau · M_Eau) / (-Δt_Métal · M_Métal)

Sans oublier ce que CE_Eau est 4 184 J / ºC · g. S'ils développent Δt_Eau et Δt_Métal, Ce sera (t_F - T_Eau) et T_F - T_Métal), respectivement. L'eau est chauffée, tandis que le métal se refroidit, et c'est pourquoi le signe négatif se multiplie à Δt_Métal rester (t_Métal - T_F). Sinon, Δt_Métal aurait une valeur négative pour être t_F mineur (plus froid) que t_Métal.

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L'équation est alors finalement exprimée de cette manière:

CE_Métal = CE_Eau · (T_F - T_Eau) · M_Eau/ (T_Métal - T_F) · M_Métal

Et avec lui, les chaleurs spécifiques sont calculées.

Exemple de calcul

Vous avez une sphère d'un métal étrange qui pèse 130 g et avec une température de 90 ° C. Ceci est immergé dans un récipient d'eau de 100g à 25 ° C, à l'intérieur d'un calorimètre. Lorsque l'équilibre thermique est atteint, la température du récipient devient 40ºC. Calculez le métal CE.

La température finale, t_F, C'est 40 ° C. Connaissant les autres données, vous pouvez alors déterminer CE directement:

CE_Métal = (4 184 J / ºC · g · (40 - 25) ºC · 100g) / (90 - 40) ºC · 130g

CE_Métal = 0,965 J / ºC · G

Notez que la chaleur spécifique de l'eau est environ quatre fois le métal (4 184 / 0,965).

Lorsque CE est très faible, plus sa tendance à se réchauffer est grande; qui est lié à sa conductivité thermique et à sa diffusion. Un métal avec un plus grand CE aura tendance à libérer ou à perdre plus de chaleur, lorsqu'il entre en contact avec d'autres matériaux, par rapport à un autre métal avec moins de CE.

Exemples de chaleur spécifiques

Des chaleurs spécifiques pour différentes substances sont présentées ci-dessous.

Eau

La chaleur spécifique de l'eau, comme cela a été dit, est de 4 184 J / ºC · G.

Grâce à cette valeur, vous pouvez faire beaucoup de soleil dans l'océan et l'eau ne s'évapore pas à un degré appréciable. Il en résulte une différence thermique qui n'affecte pas la vie marine. Par exemple, lorsque vous allez à la plage pour nager, bien qu'il dehors fasse beaucoup de soleil, dans l'eau, vous ressentez une température plus basse et plus fraîche.

L'eau chaude doit également libérer beaucoup d'énergie pour refroidir. Dans le processus, chauffer les masses d'air circulant, augmentant les températures (tempérées) dans les régions côtières pendant les hivers.

Un autre exemple intéressant est que si nous n'étions pas formés par l'eau, un jour au soleil pourrait être mortel, car les températures de notre corps augmenteraient rapidement.

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Cette valeur EC unique est due à des ponts d'hydrogène intermoléculaires. Ceux-ci absorbent la chaleur à casser, donc ils stockent l'énergie. Jusqu'à ce qu'ils se cassent, les molécules d'eau ne pourront pas vibrer l'augmentation de l'énergie cinétique moyenne, qui se reflète dans une augmentation de la température.

Glace

La chaleur de chaleur spécifique est de 2 090 J / ºC · g. Comme l'eau, il a une valeur inhabituellement élevée. Cela signifie qu'un iceberg, par exemple, devrait absorber une énorme quantité de chaleur pour augmenter sa température. Cependant, certains icebergs d'aujourd'hui ont même absorbé la chaleur nécessaire pour fondre (chaleur latente).

Aluminium

La chaleur spécifique de l'aluminium est de 0,900 J / ºC · g. Il est un peu inférieur au métal de la sphère (0,965 J / ºC · g). Ici, la chaleur est absorbée pour vibrer les atomes métalliques de l'aluminium dans ses structures cristallines, et non des molécules individuelles liées par des forces intermoléculaires.

Fer

La chaleur de chaleur spécifique est de 0,444 J / ºC · g. Étant moins que celui de l'aluminium, cela signifie qu'il s'oppose à moins de résistance au chauffage; C'est-à-dire avant qu'un feu, un morceau de fer metra en direct rouge bien avant un morceau en aluminium.

L'aluminium en s'opposant davantage au chauffage, garde les aliments chauds plus longtemps lorsque le célèbre papier d'aluminium est utilisé pour envelopper les collations.

Air

La chaleur spécifique de l'air est de 1 003 J / ºC · g. Cette valeur est très soumise aux pressions et aux températures qui se composent d'un mélange gazeux. Ici, la chaleur est absorbée pour vibrer l'azote, l'oxygène, le dioxyde de carbone, l'argon, etc.

Argent

Enfin, la chaleur spécifique pour l'argent est de 0,234 J / ºC · G. De toutes les substances susmentionnées, il présente la valeur la plus basse de CE. Cela signifie qu'avant le fer et l'aluminium, un morceau d'argent chaufferait beaucoup plus en même temps que les deux autres métaux. En fait, il s'harmonise avec sa forte conductivité thermique.

Les références

1. Capacité thermique spécifique en chimie. Récupéré de: Thoughtco.com
2. Chaleur spécifique. Récupéré de: ScienceWorld.Wolfram.com