Насколько легко нагревать вещество? Всем ли веществам требуется одинаковое количество тепла для повышения их температуры?

Наблюдение, сделанное ученым Джозефом Блэком, показало, что для нагрева равных масс различных веществ в одном и том же температурном интервале требуется различное количество энергии. Кстати, Джозеф Блэк наиболее известен своими экспериментами с углекислым газом, называя газ “неподвижным воздухом”.

Это химическое свойство, известное как удельная теплоемкость, определяется как количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия. Удельная теплоемкость обычно измеряется в джоулях на грамм на градус Цельсия (Дж / г oc), но может также иметь единицу измерения ‘калория’.

Каждое вещество имеет свою собственную удельную теплоемкость, которая представляет собой числовое значение, описывающее это химическое свойство! Например, удельная теплоемкость меди составляет 0,385, что довольно низко. Это означает, что кусок меди довольно легко нагревается.

Формула удельной теплоемкости
Вы можете дополнительно изучить взаимосвязь между теплом и изменением температуры с помощью следующего уравнения:

Q = mс ? T

Q = добавленное тепло (джоули)
m = масса (граммы)
c = удельная теплоемкость (Дж / г oc)
?T = изменение температуры (T конечное – T начальное)

* Хотя эта концепция имеет отношение к температуре в градусах Цельсия, это нормально, если значение ?T находится в другой единице измерения температуры. Это потому, что разница между двумя температурами будет одинаковой независимо от единицы измерения!

Эта зависимость действительна только тогда, когда нет изменения фазы, то есть вещество остается в том же состоянии вещества от начала до конца. Прирост или потеря тепла, которые приводят к изменению фазы, например, плавлению или замерзанию, имеют другие уравнения; нажмите здесь, чтобы узнать больше!

Пример уравнения удельной теплоемкости

Для нагрева 25 граммов меди с 25 ° C до 75 ° C требуется 487,5 Дж. Какова удельная теплоемкость в Джоулях/г · ° C?
Решение:
Воспользуйтесь формулой
q = mc?T
где
q = тепловая энергия
m = масса
c = удельная теплоемкость
?T = изменение температуры

Ввод чисел в уравнение дает:

487,5 Дж = (25 г) c (75 ° C – 25 ° C)
487,5 Дж = (25 г) c (50 ° C)
Решить относительно c:
c = 487,5 Дж/(25 г) (50 ° C)
c = 0,39 Дж/г · ° C

Ответ:
Удельная теплоемкость меди составляет 0,39 Дж/г · ° C.

Теплоемкость воды
Емкость воды связана с единицей, называемой калорией. Фактически, одна калория определяется как количество энергии, необходимое для поднятия 1 грамма жидкой воды на один градус Цельсия. Калория была впервые использована Николасом Клементом в начале 19 века. Оно происходит от латинского слова “calor”, означающего тепло.

Почему вода обладает высокой удельной теплоемкостью?
Это из-за водородных связей. На самом деле, это самый высокий S.H. из всех жидкостей. Поскольку вода является полярной молекулой, с большой разницей в электроотрицательности между водородом и кислородом, водородные связи образуются между положительными атомами водорода в одной молекуле и отрицательными атомами кислорода в соседних молекулах. Требуется много энергии, чтобы ослабить, а затем разорвать водородные связи между молекулами воды. Это причина того, что океаны остывают медленнее, чем суша.

Практические задачи
Проблема 1

50-граммовый образец металла нагревается с 800 джоулями, повышая его температуру на 41,6 ° C. Какова идентичность металла?

Проблема 2

Сколько джоулей энергии вам нужно, чтобы поднять 500 г алюминия на 20 ° C?

Проблема 3

Вы нагреваете 1,2 кг образца меди при 25 ° C на 900 Дж. Какова конечная температура образца?

Практические решения проблем
1: Медь

2: 9000J

3: 27oC