في هذه المقالة، ستتعرف على موضوع الحرارة النوعية. بالإضافة إلى ذلك، سوف تتعلم الصيغة التي تتوافق مع هذا المفهوم.
تعريف الحرارة النوعية.
ما مدى سهولة تسخين مادة ما؟ هل كل المواد تتطلب نفس القدر من الحرارة لرفع درجة حرارتها؟
ذكرت ملاحظة قام بها العالم جوزيف بلاك أنه من أجل تسخين كتل متساوية من مواد مختلفة خلال نفس الفاصل الزمني لدرجة الحرارة، يلزم وجود كميات مميزة من الطاقة.
بالمناسبة، اشتهر جوزيف بلاك بتجاربه مع ثاني أكسيد الكربون، واصفًا الغاز بـ “الهواء الثابت”.
يتم تعريف الحرارة النوعية (Specific Heat) بأنها كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام من مادة بمقدار 1 درجة مئوية.
تُقاس الحرارة النوعية عادةً بالجول لكل جرام لكل درجة مئوية (J / g oC) – ولكن يمكن أيضًا أن تحتوي على وحدة “السعرات الحرارية”.
كل مادة لها سعة حرارية خاصة بها، وهي قيمة عددية تصف هذه الخاصية الكيميائية. على سبيل المثال، الحرارة النوعية للنحاس هي 0.385، وهي منخفضة جدًا. هذا يعني أنه من السهل جدًا تسخين قطعة من النحاس.
قانون الحرارة النوعية.
يمكنك معرفة العلاقة بين تغير الحرارة ودرجة الحرارة من خلال المعادلة التالية:
Q = m c ΔT ، حيث أن:
Q = الحرارة المضافة (جول)
m = الكتلة (جرام)
c = الحرارة النوعية (J / g oC)
ΔT = التغير في درجة الحرارة (T النهائية – T الأولية)
على الرغم من أن هذا المفهوم له علاقة بدرجة الحرارة بالدرجة المئوية، فلا بأس إذا كانت قيمة ΔT في وحدة درجة حرارة مختلفة.
هذا لأن الفرق بين درجتي الحرارة سيكون هو نفسه بغض النظر عن الوحدة! هذه العلاقة صالحة فقط عندما لا يكون هناك تغيير في الطور، مما يعني أن المادة تبقى في نفس حالة المادة من البداية إلى النهاية.
الزيادة أو النقصان في الحرارة التي تؤدي إلى تغيير الطور، مثل الذوبان أو التجميد، لها معادلات أخرى.
إقرأ أيضاً… ما هي قوانين الديناميكا الحرارية الثلاثة؟
أمثلة على السعة الحرارية النوعية.
الوحدات هي جول لكل جرام لكل درجة مئوية.
- الماء = 4.186 جول / غرام درجة مئوية (أو 1 كالوري)
- الهواء الجاف = 1.01 جول / غرام درجة مئوية
- الجليد = 2.05 جول / غرام درجة مئوية
- الألومنيوم = 0.900 جول / غرام درجة مئوية
- الكحول = 0.508 جول / جرام درجة مئوية
- النحاس = 0.385 جول / جرام درجة مئوية
- الرصاص = 0.128 جول / جرام درجة مئوية
هل يمكن أن تكون الحرارة النوعية سالبة؟ ليس كما نعرفه على هذا الكوكب، ولكن ربما في بعض النجوم أو السحب الغازية.
السعة الحرارية للماء.
ترتبط قدرة الحرارة النوعية للماء بالوحدة التي تسمى السعرات الحرارية. في الواقع، يتم تعريف السعرات الحرارية على أنها كمية الطاقة اللازمة لرفع 1 جرام من الماء السائل بدرجة واحدة مئوية.
تم استخدام السعرات الحرارية لأول مرة من قبل نيكولاس كليمنت في أوائل القرن التاسع عشر. تأتي من الكلمة اللاتينية “كالور” التي تعني الحرارة.
إقرأ أيضاً… تعريف السعة الحرارية النوعية.
لماذا الماء له حرارة نوعية عالية؟
إنه بسبب الروابط الهيدروجينية. إنها في الحقيقة أعلى نسبة حرارة نوعية من جميع السوائل.
لأن الماء هو جزيء قطبي، مع وجود فرق كبير في القدرة الكهربية بين الهيدروجين والأكسجين، تتشكل الروابط الهيدروجينية بين ذرات الهيدروجين الموجبة في جزيء واحد، وذرات الأكسجين السالبة في الجزيئات المجاورة.
يتطلب فك الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء الكثير من الطاقة. هذا هو سبب تبريد المحيطات بشكل أبطأ من اليابسة.