ظرفیت گرمایی میزان انرژی مورد نیاز برای افزودن به یک جسم را اندازه گیری می کند تا یک درجه گرمتر شود. ظرفیت گرمایی یک جسم با استفاده از یک فرمول ساده - با تقسیم مقدار انرژی گرمایی تامین شده توسط تغییر دما برای تعیین مقدار انرژی مورد نیاز در هر درجه ، یافت می شود. هر ماده ای در این جهان دارای ظرفیت حرارتی متفاوتی است. (منبع: کتاب فیزیک استاندارد کلاس 10)
فرمول: ظرفیت گرمایی = (با توجه به انرژی گرمایی) / (افزایش دما)
گام
روش 1 از 2: محاسبه ظرفیت حرارتی یک جسم
مرحله 1. فرمول ظرفیت گرما را بدانید
ظرفیت گرمایی یک جسم را می توان با تقسیم مقدار انرژی گرمایی عرضه شده (E) بر تغییر دما (T) محاسبه کرد. معادله این است: ظرفیت گرمایی = E/T
- مثال: انرژی مورد نیاز برای گرم کردن یک بلوک تا 5 درجه سانتیگراد 2000 ژول است - ظرفیت حرارتی بلوک چقدر است؟
- ظرفیت گرمایی = E/T
- ظرفیت حرارتی = 2000 ژول / 5˚C
- ظرفیت حرارتی = 400 ژول در درجه سانتیگراد (J/˚C)
مرحله 2. به دنبال تغییر دما باشید
به عنوان مثال ، اگر می خواهم ظرفیت حرارتی یک بلوک را بدانم و می دانم که 60 ژول طول می کشد تا دمای بلوک را از 8 درجه به 20 درجه برساند ، باید تفاوت بین دو دما را برای بدست آوردن گرما بدانم. ظرفیت. از آنجا که 20 - 8 = 12 است ، دمای بلوک 12 درجه تغییر می کند. از این رو:
- ظرفیت گرمایی = E/T
- ظرفیت حرارتی بلوک = 60 ژول / (20˚C - 8˚C)
- 60 ژول / 12 درجه سانتی گراد
- ظرفیت حرارتی بلوک = 5 J/˚C
مرحله 3. واحدهای صحیح را به پاسخ خود اضافه کنید تا معنای آن مشخص شود
اگر نمی دانید چگونه اندازه گیری می شود ، ظرفیت گرمایی 300 معنی ندارد. ظرفیت گرمایی با انرژی مورد نیاز در هر درجه اندازه گیری می شود. بنابراین ، اگر انرژی را در ژول و تغییر دما را در سانتی گراد اندازه گیری کنیم ، پاسخ نهایی این خواهد بود که در هر درجه سانتیگراد چند ژول مورد نیاز است. بنابراین ، ما پاسخ خود را به صورت 300 J/˚C یا 300 ژول در درجه سانتیگراد ارائه می دهیم.
اگر انرژی گرمایی را بر حسب کالری و دما در کلوین اندازه گیری کنید ، پاسخ نهایی شما 300 کالری بر کیلوگرم است
مرحله 4. بدانید که این معادله برای اجسامی که در حال سرد شدن هستند نیز کار می کند
وقتی یک جسم دو درجه سردتر می شود ، دقیقاً همان مقدار گرما را از دست می دهد که برای گرم شدن 2 درجه لازم است. بنابراین ، اگر بپرسید "اگر یک جسم 50 ژول انرژی از دست بدهد و دمای آن 5 درجه سانتیگراد کاهش یابد ، ظرفیت گرمایی آن چقدر است" ، هنوز می توانید از این معادله استفاده کنید:
- ظرفیت حرارتی: 50 J/ 5˚C
- ظرفیت حرارتی = 10 J/˚C
روش 2 از 2: استفاده از گرمای خاص ماده
مرحله 1. بدانید که گرمای خاص به انرژی مورد نیاز برای افزایش درجه حرارت یک گرم یک جسم به میزان یک اشاره دارد
وقتی به دنبال ظرفیت گرمایی یک واحد ماده (1 گرم ، 1 اونس ، 1 کیلوگرم و غیره) می گردید ، گرمای خاص این جسم را جستجو کرده اید. گرمای خاص میزان انرژی مورد نیاز برای بالا بردن درجه حرارت هر واحد از یک جسم را نشان می دهد. به عنوان مثال ، برای افزایش درجه حرارت 1 گرم آب به میزان 1 درجه سانتیگراد ، به 0.417 ژول انرژی نیاز است. بنابراین ، گرمای خاص آب 0.417 J/˚C در گرم است.
گرمای خاص یک ماده ثابت است. این بدان معناست که تمام آبهای خالص دارای همان گرمای خاص هستند که 0.417 J/˚C است
مرحله 2. از فرمول ظرفیت حرارتی برای یافتن گرمای خاص یک ماده استفاده کنید
یافتن گرمای خاص آسان است ، یعنی پاسخ نهایی را بر جرم جسم تقسیم کنید. نتایج نشان می دهد که برای هر قطعه جسم چقدر انرژی لازم است ، مانند تعداد ژول های مورد نیاز برای تغییر دمای فقط یک گرم یخ.
- مثال: "من 100 گرم یخ دارم. برای بالا بردن دمای یخ تا 2 درجه سانتیگراد 406 ژول لازم است - گرمای خاص یخ چقدر است؟"
- ظرفیت حرارتی برای 100 گرم یخ = 406 J/ 2˚C
- ظرفیت حرارتی برای 100 گرم یخ = 203 J/˚C
- ظرفیت حرارتی برای 1 گرم یخ = 2.03 J/˚C در گرم
- اگر گیج شده اید ، این گونه فکر کنید - برای افزایش دما به ازای هر گرم یخ به میزان یک درجه ، 2.03 ژول طول می کشد. بنابراین ، اگر 100 گرم یخ داشته باشیم ، به 100 برابر ژول بیشتر نیاز داریم تا همه آن داغ شود.
مرحله 3. از گرمای خاصی برای یافتن انرژی مورد نیاز برای بالا بردن دمای مواد به هر دمایی استفاده کنید
گرمای خاص ماده نشان دهنده میزان انرژی مورد نیاز برای افزایش درجه حرارت یک واحد ماده (معمولاً 1 گرم) است. برای یافتن گرمای مورد نیاز برای بالا بردن دمای هر جسمی به هر دمایی ، ما به سادگی تمام قسمت ها را ضرب می کنیم. انرژی مورد نیاز = جرم x گرمای خاص x تغییر دما به پاسخ همیشه در واحدهای انرژی مانند ژول است.
- مثال: "اگر حرارت خاص آلومینیوم 0.902 ژول در گرم باشد ، چند ژول لازم است تا دمای 5 گرم آلومینیوم را 2 درجه سانتیگراد افزایش دهد؟
- انرژی مورد نیاز = 5 g x 0.902 J/g˚C x 2˚C
- انرژی مورد نیاز = 9.02 J
مرحله 4. گرمای خاص مواد معمولی را بشناسید
برای کمک به تمرین ، گرمایهای معمولی را مطالعه کنید ، که می توانید در امتحان مشاهده کنید یا در زندگی واقعی ظاهر شوید. از این چه می توانید یاد بگیرید؟ به عنوان مثال ، توجه داشته باشید که حرارت خاص فلز بسیار کمتر از چوب است - این دلیل آن است که قاشق های فلزی اگر در یک فنجان شکلات داغ بمانند سریعتر از چوب گرم می شوند. حرارت خاص کمتر به این معنی است که یک جسم سریعتر گرم می شود.
- آب: 4 ، 179 J/g˚C
- هوا: 1.01 J/g˚C
- چوب: 1.76 J/g˚C
- آلومینیوم: 0.902 J/g˚C
- طلا: 0.129 J/g˚C
- آهن: 0.450 J/g˚C
نکات
- واحد ظرفیت بین المللی (SI) ژول در کلوین است ، نه فقط ژول
- تغییر دما به جای یک واحد دما با یک واحد دما نشان داده می شود (مثلاً 30 دلتا K به جای فقط 30K)
- انرژی (گرما) باید در ژول (SI) باشد [توصیه می شود]
