تقيس السعة الحرارية كمية الطاقة التي يجب إضافتها إلى جسم ما لجعله أكثر دفئًا بدرجة واحدة. تم العثور على السعة الحرارية لجسم ما باستخدام صيغة بسيطة - عن طريق قسمة كمية الطاقة الحرارية التي يوفرها التغير في درجة الحرارة لتحديد كمية الطاقة المطلوبة لكل درجة. كل مادة في هذا العالم لها سعة حرارية مختلفة. (المصدر: كتاب الفيزياء القياسية للفصل 10)
معادلة: السعة الحرارية = (معطى الطاقة الحرارية) / (زيادة درجة الحرارة)
خطوة
الطريقة 1 من 2: حساب السعة الحرارية لجسم ما
الخطوة 1. تعرف على معادلة السعة الحرارية
يمكن حساب السعة الحرارية لجسم ما بقسمة كمية الطاقة الحرارية المقدمة (E) على التغير في درجة الحرارة (T). المعادلة هي: السعة الحرارية = E / T.
- مثال: الطاقة المطلوبة لتسخين كتلة إلى 5 درجات مئوية هي 2000 جول - ما هي السعة الحرارية للكتلة؟
- السعة الحرارية = E / T.
- السعة الحرارية = 2000 جول / 5 درجة مئوية
- السعة الحرارية = 400 جول لكل درجة مئوية (J / C)
الخطوة 2. ابحث عن تغير درجة الحرارة
على سبيل المثال ، إذا أردت معرفة السعة الحرارية للكتلة ، وأعلم أن الأمر يتطلب 60 جول لرفع درجة حرارة الكتلة من 8 درجات إلى 20 درجة ، فأنا بحاجة إلى معرفة الفرق بين درجتي الحرارة للحصول على الحرارة الاهلية. نظرًا لأن 20-8 = 12 ، تتغير درجة حرارة الكتلة بمقدار 12 درجة. وبالتالي:
- السعة الحرارية = E / T.
- السعة الحرارية للكتلة = 60 جول / (20 درجة مئوية - 8 درجات مئوية)
- 60 جول / 12 درجة مئوية
- السعة الحرارية للكتلة = 5 J / C
الخطوة الثالثة. أضف الوحدات الصحيحة إلى إجابتك لتعطيها معنى
السعة الحرارية 300 لا تعني شيئًا إذا كنت لا تعرف كيفية قياسها. تقاس السعة الحرارية بالطاقة المطلوبة لكل درجة. لذا ، إذا قمنا بقياس الطاقة بالجول ، وتغير درجة الحرارة بالدرجة المئوية ، فإن الإجابة النهائية ستكون كم عدد الجولات اللازمة لكل درجة مئوية. لذلك ، سنقدم إجابتنا على أنها 300 J / C ، أو 300 جول لكل درجة مئوية.
إذا قمت بقياس الطاقة الحرارية في السعرات الحرارية ودرجة الحرارة بوحدة كلفن ، فإن إجابتك النهائية هي 300 كالوري / كلفن
الخطوة 4. اعلم أن هذه المعادلة تعمل مع الكائنات التي يتم تبريدها أيضًا
عندما يصبح الجسم أكثر برودة بمقدار درجتين ، فإنه يفقد نفس كمية الحرارة التي يحتاجها ليصبح أكثر دفئًا بمقدار درجتين. وبالتالي ، إذا سألت ، "ما هي السعة الحرارية لجسم ما إذا فقد 50 جولًا من الطاقة وانخفضت درجة حرارته بمقدار 5 درجات مئوية" ، فلا يزال بإمكانك استخدام هذه المعادلة:
- السعة الحرارية: 50 جول / 5 درجة مئوية
- السعة الحرارية = 10 J / C
الطريقة 2 من 2: استخدام الحرارة النوعية للمادة
الخطوة 1. اعلم أن الحرارة النوعية تشير إلى الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من جسم ما بمقدار درجة واحدة
عندما تبحث عن السعة الحرارية لوحدة من المادة (1 جرام ، 1 أونصة ، 1 كيلوجرام ، إلخ) ، تكون قد بحثت عن الحرارة المحددة لهذا الجسم. تشير الحرارة النوعية إلى مقدار الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة كل وحدة من الجسم بمقدار درجة واحدة. على سبيل المثال ، يتطلب رفع درجة حرارة 1 جرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية 0.417 جول من الطاقة. إذن ، الحرارة النوعية للماء هي 0.417 J / C لكل جرام.
الحرارة النوعية للمادة ثابتة. هذا يعني أن كل المياه النقية لها نفس الحرارة النوعية ، وهي 0.417 جول / درجة مئوية
الخطوة 2. استخدم صيغة السعة الحرارية لإيجاد الحرارة النوعية للمادة
من السهل العثور على حرارة معينة ، أي قسمة الإجابة النهائية على كتلة الجسم. توضح النتائج مقدار الطاقة المطلوبة لكل قطعة من الجسم ، مثل عدد الجول اللازم لتغيير درجة حرارة جرام واحد فقط من الجليد.
- مثال: "لدي 100 جرام من الثلج. لرفع درجة حرارة الجليد بمقدار درجتين مئويتين ، يتطلب الأمر 406 جول - ما هي الحرارة المحددة للجليد؟"
- السعة الحرارية لـ 100 جم ثلج = 406 جول / 2 درجة مئوية
- السعة الحرارية لـ 100 جم ثلج = 203 جول / درجة مئوية
- السعة الحرارية ل 1 جم ثلج = 2.03 جول / درجة مئوية لكل جرام
- إذا كنت مرتبكًا ، فكر في الأمر بهذه الطريقة - لرفع درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة لكل جرام من الثلج يتطلب 2.03 جول. لذا ، إذا كان لدينا 100 جرام من الثلج ، فإننا نحتاج 100 مرة أكثر من الجول لتسخينه بالكامل.
الخطوة 3. استخدم حرارة معينة للعثور على الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة المادة إلى أي درجة حرارة
تشير الحرارة النوعية للمادة إلى كمية الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة وحدة واحدة من المادة (عادة 1 جرام) بمقدار درجة واحدة. للعثور على الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة أي جسم إلى أي درجة حرارة ، نقوم ببساطة بضرب كل الأجزاء. الطاقة المطلوبة = الكتلة × الحرارة النوعية × التغير في درجة الحرارة. تكون الإجابة دائمًا بوحدات الطاقة ، مثل الجول.
- مثال: "إذا كانت الحرارة النوعية للألمنيوم 0.902 جول لكل جرام ، فكم عدد الجولات اللازمة لرفع درجة حرارة 5 جرامات من الألومنيوم بمقدار درجتين مئويتين؟
- الطاقة المطلوبة = 5 جرام × 0.902 جول / جرام درجة مئوية × 2 درجة مئوية
- الطاقة المطلوبة = 9.02 جول
الخطوة 4. تعرف على درجات الحرارة المحددة للمواد الشائعة
للمساعدة في التدريب ، قم بدراسة درجات الحرارة المحددة الشائعة ، والتي يمكنك رؤيتها في الامتحان أو الظهور في الحياة الواقعية. ماذا يمكن أن تتعلم من هذا؟ على سبيل المثال ، لاحظ أن الحرارة النوعية للمعدن أقل بكثير من حرارة الخشب - وهذا هو سبب تسخين الملاعق المعدنية بشكل أسرع من الخشب إذا تركت في كوب من الشوكولاتة الساخنة. تعني الحرارة النوعية المنخفضة أن الجسم يسخن بشكل أسرع.
- الماء: 4 ، 179 جول / جم˚مئوية
- الهواء: 1.01 جول / جرام درجة مئوية
- خشب: 1.76 جول / جرام درجة مئوية
- ألومنيوم: 0.902 جول / جرام درجة مئوية
- الذهب: 0.129 جول / جرام درجة مئوية
- الحديد: 0.450 جول / جم˚مئوية
نصائح
- وحدة السعة الحرارية الدولية (SI) هي جول لكل كلفن ، وليس جول لكل كلفن فقط
- يتم تمثيل التغير في درجة الحرارة بدلتا وحدة درجة الحرارة بدلاً من مجرد وحدة درجة حرارة (على سبيل المثال: 30 Delta K بدلاً من 30K فقط)
- يجب أن تكون الطاقة (الحرارة) بالجول (SI) [مستحسن]
