Ja kādreiz esat staigājis pa pludmali saulainā dienā un iemērcis kāju pirkstus ūdenī, lai tos atdzesētu pēc karstajām smiltīm, esat izmantojis ūdens īpašo siltumu.

Neskatoties uz to, kā tas var izklausīties, īpatnējais siltums neattiecas uz kaut kā precīzu temperatūru. Tā ir plašāka zinātniska koncepcija, kas ir saistīta ar enerģiju, kas nepieciešama vielas uzsildīšanai. Kā jūs, iespējams, pamanījāt no piemēra, ne visas vielas sasilst vienādā ātrumā — līdz ar to smilšu un ūdens atšķirīgās temperatūras.

Ūdens īpatnējais siltums ir viena no tās interesantākajām īpašībām. Šajā rakstā mēs apskatīsim, kas ir īpatnējais siltums, kādu vienādojumu izmantojat, lai noteiktu īpatnējo siltumu, un kāpēc ūdens īpatnējais siltums ir tik augsts.

Plītij, katlam, ūdenim un tvaikam ir atšķirīgs īpatnējais siltums.

Kas ir īpatnējais siltums?

Īpatnējais siltums ir siltuma jaudas mērs jeb tas, cik daudz siltuma materiāls var uzglabāt, mainot temperatūru. Augsta siltumietilpība nozīmē, ka viela var absorbēt daudz siltuma, pirms tiek reģistrētas temperatūras izmaiņas — padomājiet par to, cik ilgs laiks nepieciešams, lai katls uzsilst, pieskaroties plīts, un cik ilgs laiks nepieciešams, lai tajā esošais ūdens sasiltu. . Tas nozīmē, ka ūdenim ir lielāka siltuma jauda — tas var uzglabāt vairāk siltuma pirms temperatūras maiņas.

java baitu masīvs uz virkni

Īpatnējais siltums attiecas uz precīzu siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai vienu vielas masas vienību padarītu par grādu siltāku. Atgriežoties pie mūsu piemēra, īpatnējais siltums precīzi noteiktu, cik daudz siltuma ir nepieciešams, lai viena ūdens vienība, piemēram, viena tase, būtu par grādu siltāka.

Tā kā siltums patiešām ir enerģijas pārneses mērs, tā teikt ir precīzāk īpatnējais siltums patiesībā ir paziņojums par to, cik daudz enerģiju viela var absorbēt pirms temperatūras izmaiņām par vienu grādu.

Īpatnējo siltumu parasti mēra džoulos un kilodžoulos uz vienu gramu masas, un temperatūras mēraukla ir pēc Celsija. Var izmantot kilogramus un Fārenheitu, bet tas ir retāk.

Vielas īpatnējo siltumu var ietekmēt temperatūra un spiediens, tāpēc īpatnējo siltumu parasti nosaka nemainīgā temperatūrā un spiedienā, parasti 25 grādi pēc Celsija.

Kāds ir īpatnējā siltuma vienādojums?

Īpatnējā siltuma aprēķināšanas vienādojums ir:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ apzīmē siltuma daudzumu, $s$ īpatnējo siltumu (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m vielas masu gramos un $ΔT$ novērotās izmaiņas temperatūra.

Dažādiem ūdens veidiem, piemēram, jūras ūdenim, var būt atšķirīgs īpatnējais siltums.

Kāds ir ūdens īpatnējais siltums?

Dažas vielas ātri uzsilst, bet citas lēni. Ūdens ir viens no pēdējiem — tam ir augsta īpatnējā siltumietilpība, jo tas prasa vairāk enerģijas, lai paaugstinātu temperatūru.

Ūdens īpatnējā siltumietilpība ir 4182 J/kg°C. Tā kā ūdens ir tik svarīga un izplatīta viela, mums pat ir īpašs veids, kā noteikt enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai vienu gramu ūdens paceltu par vienu grādu pēc Celsija — kaloriju. Tas atšķiras no kaloriju veida, par ko mēs runājam pārtikā. Šāda veida kalorijas ir līdzvērtīgas 1000 kalorijām, tāpēc ar pārtiku saistītās kalorijas dažreiz sauc arī par kilokalorijām vai kcal.

Ūdens īpatnējais siltums ir nedaudz augstāks nekā daudzām citām izplatītām vielām. Piemēram, dzelzs īpatnējais siltums ir 449 J/kg°C, smiltīm – 830 J/kg°C, bet ozola kokmateriāliem – 2400 J/kg°C.

Tas ir tāpēc, ka ūdens, kas sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma, ir elektronnegatīvs. Elektronegatīvs atoms, visticamāk, piesaistīs elektronus pie sevis, jo vienai atoma pusei būs daļēji pozitīvs lādiņš, bet otrai daļēji negatīvs lādiņš. Pretējās lādētās puses dabiski tiek pievilktas viena pie otras, veidojot vājāku ūdeņraža saiti. Tāpēc ūdens spēj plūst sev garām, bet arī sasaistīties kopā — tas nepārtraukti veido un sarauj šīs saites.

Šīs saites ir arī iemesls, kāpēc šķidram ūdenim ir augsts īpatnējais siltums. Jebkura enerģija, kas tiek izmantota ūdens sildīšanai, tiek sadalīta starp saišu pārtraukšanu un ūdens sildīšanu. Šī dēļ, ūdens sildīšanai nepieciešams vairāk enerģijas nekā citām vielām.

Piemēram, ja atrodaties pludmalē saulainā dienā, pamanīsit, ka smiltis bieži ir diezgan karstas, lai pastaigātos, bet ūdens vienmēr ir vēss, pat seklumā. Tas ir tāpēc, ka smiltīm ir zemāka īpatnējā siltumietilpība — temperatūras paaugstināšanai par vienu grādu nepieciešams mazāk enerģijas. Tā kā ūdenim ir augsta siltumietilpība, tas prasa vairāk enerģijas, lai paaugstinātu temperatūru par vienu grādu. Saule izdala vairāk vai mazāk nemainīgu enerģijas ātrumu, kas ātrāk uzsilda smiltis un lēnāk ūdeni.

Smiltīm ir daudz zemāks īpatnējais siltums nekā ūdenim — tāpēc tās tik ātri sakarst!

Specifiskā siltuma tabula

Ja jūs vēl neesat pazīstams ar džouliem un kalorijām, šie skaitļi var šķist nedaudz abstrakti. Apskatiet šo tabulu, lai iepazītos ar dažiem izplatītākajiem īpatnējiem karstumiem gan pēc džouliem, gan kalorijām, un salīdziniet tos ar to, ko zināt par šo vielu uzsilšanu!

globālais var in js

Ko tālāk?

Vai esat gatavs iegūt vairāk ar ūdeni saistītas zinātnes zināšanas?Uzziniet visu par ūdeni absorbējošie savienojumi (attiecīgi nosaukti par hidrātiem) un ūdens blīvums .

Ja ūdens īpatnējais karstums jūs visus aizrauj ar ķīmiju, AP ķīmija var būt jums piemērota! Apskatiet šo AP ķīmijas mācību programma lai uzzinātu vairāk par to, kuras tēmas tiks apskatītas.

Vai varbūt jūs jau mācāties AP ķīmijā un meklējat dažus padomus un ieteikumus, kā nokārtot eksāmenu. Apskatiet šo ceļvedis AP ķīmijas eksāmenam par visu, kas jums jāzina!

Ja neesat gluži gatavs eksāmenam, bet jums ir nepieciešams neliels papildu stimuls AP ķīmijas kursā, šis AP ķīmijas mācību ceļvedis var būt tieši tas, ko meklējat.