Ako ste ikada šetali plažom sunčanog dana i umočili nožne prste u vodu da ih ohladite nakon vrućeg pijeska, iskoristili ste specifičnu toplinu vode.

Kako god zvučalo, specifična toplina se ne odnosi na točnu temperaturu nečega. To je širi znanstveni koncept koji se odnosi na energiju potrebnu za zagrijavanje tvari. Kao što ste mogli primijetiti iz primjera, ne zagrijavaju se sve tvari istom brzinom — otud različite temperature pijeska i vode.

Specifična toplina vode jedna je od njezinih najzanimljivijih karakteristika. U ovom članku ćemo govoriti o tome što je specifična toplina, koju jednadžbu koristite za pronalaženje specifične topline i zašto je specifična toplina vode tako visoka.

Štednjak, lonac, voda i para imaju različite specifične topline.

Što je specifična toplina?

Specifična toplina je mjera toplinskog kapaciteta, odnosno koliko topline materijal može pohraniti pri promjeni temperature. Visok toplinski kapacitet znači da tvar može apsorbirati puno topline prije nego što registrira promjenu temperature—razmislite o tome koliko je vremena potrebno da se lonac zagrije na dodir na štednjaku u odnosu na to koliko je vremena potrebno vodi unutra da se zagrije . To znači da voda ima veći toplinski kapacitet — može pohraniti više topline prije promjene temperature.

.jednako je java

Specifična toplina odnosi se na točnu količinu topline koja je potrebna da se jedna jedinica mase tvari zagrije za jedan stupanj. Vraćajući se našem primjeru, specifična toplina bi točno odredila koliko je topline potrebno da se jedna jedinica vode, kao što je jedna šalica, učini toplijom za jedan stupanj.

Budući da je toplina stvarno mjera prijenosa energije, točnije je tako reći specifična toplina zapravo je izjava o tome koliko energije tvar može apsorbirati prije promjene temperature za jedan stupanj.

Specifična toplina obično se mjeri u džulima i kilodžulima po jednom gramu mase, s Celzijusom kao mjerom temperature. Mogu se koristiti kilogrami i Fahrenheiti, ali to je rjeđe.

Na specifičnu toplinu tvari mogu utjecati temperatura i tlak, tako da se specifična toplina obično određuje pri konstantnoj temperaturi i tlaku, obično 25 stupnjeva Celzijusa.

Što je jednadžba za specifičnu toplinu?

Jednadžba za izračunavanje specifične topline je:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ predstavlja količinu topline, $s$ specifičnu toplinu (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m masu tvari u gramima, a $ΔT$ opaženu promjenu u temperatura.

Različite vrste vode, poput morske vode, mogu imati različitu specifičnu toplinu.

Što je specifična toplina vode?

Neke se tvari zagrijavaju brzo, dok se druge tvari zagrijavaju sporo. Voda je jedna od potonjih—ona ima visok specifični toplinski kapacitet jer zahtijeva više energije za podizanje temperature.

Voda ima specifični toplinski kapacitet od 4182 J/kg°C. Budući da je voda tako važna i uobičajena tvar, čak imamo poseban način da identificiramo količinu energije koja je potrebna da se jedan gram vode podigne za jedan stupanj Celzijusa - kalorija. Ovo se razlikuje od vrste kalorija o kojima govorimo u hrani. Ta vrsta kalorija je ekvivalentna 1000 kalorija, zbog čega se kalorije povezane s hranom ponekad nazivaju i kilokalorijama ili kcal.

Specifična toplina vode prilično je veća od mnogih drugih uobičajenih tvari. Na primjer, specifična toplina željeza je 449 J/kg°C, pijeska 830 J/kg°C, a hrastovog drveta 2400 J/kg°C.

To je zato što je voda, koja se sastoji od dva atoma vodika i jednog atoma kisika, elektronegativna. Vjerojatnije je da će elektronegativni atom privući elektrone k sebi, jer će jedna strana atoma imati djelomično pozitivan naboj, a druga će imati djelomično negativan naboj. Suprotno nabijene strane prirodno se privlače jedna drugoj, tvoreći slabiju vodikovu vezu. Zato voda može teći pokraj sebe, ali se i povezivati ​​- neprestano stvara i kida te veze.

Ove veze također su razlog zašto tekuća voda ima visoku specifičnu toplinu. Sva energija uložena u zagrijavanje vode dijeli se između kidanja veza i zagrijavanja vode. Zbog ovoga, potrebno je više energije za zagrijavanje vode nego za druge tvari.

Na primjer, ako ste na plaži sunčanog dana, primijetit ćete da je pijesak često prilično vruć za hodanje, ali voda je uvijek hladna, čak i u plićaku. To je zato što pijesak ima niži specifični toplinski kapacitet - potrebno je manje energije za podizanje temperature za jedan stupanj. Budući da voda ima veliki toplinski kapacitet, potrebno joj je više energije da povisi temperaturu za jedan stupanj. Sunce emitira više-manje stalnu količinu energije, koja brže zagrijava pijesak, a vodu sporije.

Pijesak ima puno nižu specifičnu toplinu od vode—zato se tako brzo zagrijava!

Tablica specifične topline

Ako već niste upoznati s Joulima i kalorijama, ovi brojevi mogu se činiti pomalo apstraktnim. Pogledajte ovu tablicu kako biste se upoznali s nekim uobičajenim specifičnim toplinama prema džulima i kalorijama i usporedite ih s onim što znate o tome kako se te tvari zagrijavaju!

prazna je java

Što je sljedeće?

Jeste li spremni za više znanstvenog znanja o vodi?Naučite sve o spojevi koji apsorbiraju vodu (prikladno nazvani hidrati) i gustoća vode .

Ako vas je specifična toplina vode zapalila za kemiju, AP kemija bi mogla biti za vas! Pogledaj ovo AP nastavni plan i program iz kemije kako biste saznali više o temama koje će se obrađivati.

Ili ste možda već u kemiji AP i tražite neke savjete i trikove kako uspješno položiti ispit. Pogledaj ovo vodič za AP ispit iz kemije za sve što trebate znati!

Ako niste sasvim spremni za ispit, ali trebate malo dodatnog poticaja u svom AP tečaju kemije, ovaj vodič za učenje kemije AP može biti upravo ono što tražite.