構成要素の比熱、計算方法および例



の 比熱 1グラムの特定の物質がその温度を摂氏1度上昇させるために吸収しなければならないエネルギーの量です。それは物質のグラムに対してのみ表現されるべき質量に依存しないので、それは強い物理的性質である。しかし、それは粒子の数と粒子のモル質量、そしてそれらを結合する分子間力に関係しています。.

物質によって吸収されるエネルギー量はジュール（J）の単位で表されますが、一般的にはカロリー（Cal）で表されます。一般に、エネルギーは熱によって吸収されると考えられています。しかし、エネルギーは、物質に対して行われた作業（例えば、激しい動揺など）のような他の源から来ることがあります。.

上の画像はティーポットを示しており、そこから加熱によって発生した水蒸気が放出されます。水を加熱するには、ティーポットの下にある炎から熱を吸収する必要があります。したがって、時間が経つにつれて、そして火の強さに応じて、水は沸点に達すると沸騰します.

比熱は、水が摂氏1度ごとにどれだけの量のエネルギーを消費するかを決定します。冒頭で述べたように、これは集中的な特性であるため、同じ量の水を同じティーポットで加熱する場合、この値は一定です。.

変化するのは、熱容量としても知られている、それぞれの加熱された水の体によって吸収されるエネルギーの総量です。加熱されるべき水の質量が大きい（２、４、１０、２０リットル）ほど、その熱容量は大きくなる。しかし、その比熱はまだ同じです.

この特性は、圧力、温度、および体積によって異なります。しかしながら、簡単な理解のために、それらの対応する変形は省略される。.

索引

  • 1比熱は何ですか？?
  • 2比熱はどのように計算されますか?
    • 2.1基準としての水
    • 2.2熱平衡
    • 2.3数学的発展
    • 2.4計算例
  • 3例
    • 3.1水
    • 3.2氷
    • 3.3アルミニウム
    • 3.4鉄
    • 3.5エア
    • 3.6シルバー
  • 4参考文献

比熱は何ですか?

特定の物質に対する比熱の意味を定義しました。しかし、その真の意味はその公式で最もよく表現されます。それはその単位を通してそれが依存する変数を分析するときに含まれるクリアランスであることを明らかにします。その式は次のとおりです。

Ｃｅ ＝ Ｑ ／ ΔＴ・ｍ

ここで、Qは吸収された熱、ΔTは温度変化、そしてmは物質の質量です。定義によると1グラムに相当すること。あなたが持っているあなたのユニットの分析をする：

Ce = J /ºC・g

次のように表現することもできます。

Ce = kJ / K・g

Ce = J /ºC・Kg

最初のものは最も単純で、例が次のセクションで扱われるのはこれであります.

この式は、1グラムの物質が1℃吸収するエネルギー量（J）を明示的に示しています。その量のエネルギーをクリアしたい場合は、方程式Jを無視する必要があります。

J = Ce・ºC・g

より適切な方法で、変数に応じて表現されるのは、次のようになります。

Q = Ce・ΔT・m

比熱はどのように計算されますか?

参考としての水

前述の式では、mはCeに既に含まれているので、物質のグラムを表すものではありません。この式は、熱量測定によってさまざまな物質の比熱を計算するのに非常に役立ちます。.

どうですか？カロリーの定義を使うと、これは1グラムの水を14.5から15.5℃に加熱するのに必要なエネルギー量です。これは4.184 Jに等しい.

水の比熱は異常に高く、この特性は4.184 Jの値を知っている他の物質の比熱を測定するために使用されます。.

比熱が高いというのはどういう意味ですか？それはその温度を上げるためのかなりの抵抗に反対するので、それはより多くのエネルギーを吸収しなければなりません。つまり、熱源の近くではほとんどすぐに加熱される他の物質と比較して、水をはるかに長く加熱する必要があります。.

このため、化学反応から放出されたエネルギーを吸収するときに水が急激な温度変化を受けないため、熱量測定に水が使用されます。または、この場合は他の熱い材料との接触.

熱バランス

水は温度を上げるために大量の熱を吸収する必要があるので、例えば熱は熱い金属から来る可能性があります。水と金属の質量を考慮に入れると、両者の間の熱交換は熱平衡と呼ばれるものに達するまで起こるでしょう。.

これが起こると、水温と金属温度は等しくなります。熱い金属によって放出される熱は水によって吸収されるそれに等しい.

数学の発達

これを知って、そして今説明したQのための最後の式で、

Q水= -Qメタル

負の符号は、熱が最も熱い体（金属）から最も冷たい体（水）に放出されることを示します。各物質はそれ自身の比熱Ceとその質量を持っているので、この表現は次のように展開されなければなりません：

Q水 = Ce水 ・ΔT水 ・M水 = - （Ceメタル ・ΔTメタル ・Mメタル）

未知はCeですメタル, 熱平衡状態では、水と金属の両方の最終温度は同じです。さらに、接触前の水と金属の初期温度、およびそれらの質量がわかっています。したがって、我々はCeをクリアしなければなりませんメタル：

Ceメタル =（Ce水 ・ΔT水 ・M水）/（-ΔT）メタル ・Mメタル）

そのCeを忘れずに水 ４．１８４Ｊ ／℃・ｇである。 ΔTが発生した場合水 とΔTメタル, それは（Tf - T水）と（Tf - Tメタル）、それぞれ。金属が冷えている間に水が加熱されるので、負の符号はΔTに増加します。メタル 泊まる（Tメタル - Tf）そうでなければ、ΔＴメタル Tであると負の値になりますf Tよりも小さい（寒い）メタル.

方程式は、このようにして最終的に表現されます。

Ceメタル = Ce水 ・（Tf - T水）・M水/（Tメタル - Tf）・Mメタル

そしてそれを使って比熱が計算されます.

計算例

それは130gの重さと90ºCの温度で奇妙な金属の球を持っています。これを熱量計の中で25℃の100gの水容器に浸す。熱平衡に達すると、容器の温度は４０℃になる。金属Ceを計算する.

最終温度、Tf, 40℃です。他のデータを知っていれば、Ceを直接決めることができます。

Ceメタル =（4.184 J /ºC・g・（40 - 25）ºC・100g）/（90 - 40）ºC・130g

Ceメタル = 0.965 J /ºC・g

水の比熱は金属の約4倍であることに注意してください（4.184 / 0.965）.

Ceが非常に小さい場合、ウォームアップする傾向が大きくなります。これは、その熱伝導率と拡散に関係しています。より高いＣｅを有する金属は、それが他の材料と接触すると、より低いＣｅを有する他の金属と比較して、より多くの熱を放出または失う傾向がある。.

例

異なる物質の比熱は以下の通りです.

水

言われているように、水の比熱は4.184J /ºC・gです。.

この値のおかげで、それは海の中でたくさんの太陽を作ることができ、水はかなりの程度まで蒸発することはほとんどないでしょう。これは、海洋生物に影響を与えない温度差をもたらします。例えば、あなたがそれが外で晴れていてもあなたが泳ぐために浜に行くとき、あなたは水中でより低く、より涼しい温度を感じることができます.

お湯はまた、冷やすために多くのエネルギーを放出する必要があります。その過程で、それは循環する空気塊を加熱して、冬の間に沿岸地域の温度（温帯）を少し上昇させます.

もう一つの興味深い例は、私たちが水によって形成されていなければ、太陽の下で一日は致命的になる可能性があるということです。.

Ceのこのユニークな値は、分子間水素架橋によるものです。これらは熱を吸収して破壊し、エネルギーを蓄えます。それらが破壊されるまで、水分子は振動することができず、平均運動エネルギーを増加させ、それは温度の上昇に反映されます。.

氷

氷の比熱は2,090 J /ºC・gです。水のように、それは異常に高い価値を持っています。これは、例えば氷山がその温度を上げるために大量の熱を吸収する必要があることを意味します。しかし、今日のいくつかの氷山は溶けるのに必要な熱（融解潜熱）さえも吸収しました.

アルミ

アルミニウムの比熱は0.900 J /ºC・gです。それは球の金属よりわずかに低いです（0.965 J /ºC・g）。ここでは、熱が吸収されて結晶構造中のアルミニウムの金属原子が振動します。分子間力で結合した個々の分子ではありません。.

鉄

鉄の比熱は0.444 J /ºC・gです。アルミニウムより小さいので、加熱しても抵抗が少ないということです。すなわち、火の前に鉄片はアルミニウム片のずっと前に赤く熱くなります.

アルミニウムは、加熱とは対照的に、有名なアルミホイルがスナックを包むために使用されている場合、食品をより長く熱く保つ.

空気

空気の比熱は約1.003 J /ºC・gです。この値はガス混合物からなるため、圧力と温度の影響を強く受けます。ここで熱は窒素、酸素、二酸化炭素、アルゴンなどの分子を振動させるために吸収されます。.

銀

最後に、銀の比熱は0.234 J /ºC・gです。言及されているすべての物質の中で、Ceの値が最も低いのは、鉄とアルミニウムの前では、銀の片が他の2つの金属と同時にもっとずっと熱くなることを意味します。実際、それはその高い熱伝導率と調和しています.

参考文献

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