구성된 열의 비열, 계산 방법 및 예제

그 비열 온도가 섭씨 1 도로 올라 가기 위해 특정 물질의 그램이 흡수해야하는 에너지의 양입니다. 물질의 그램에 대해서만 표현되는 질량에 의존하지 않기 때문에 집중적 인 물리적 특성입니다. 그러나 입자의 수와 입자의 몰 질량뿐만 아니라 입자를 묶는 분자간 힘과 관련이 있습니다.

물질에 흡수 된 에너지의 양은 줄 단위 (J) 단위로 표현되며 덜 일반적으로 칼로리 (Cal) 단위로 표시됩니다. 일반적으로 에너지는 열을 통해 흡수된다고 가정합니다. 그러나 에너지는 물질에 대한 작업 (예 : 엄격한 교반)과 같은 다른 출처에서 나올 수 있습니다..

위 그림은 가열로 생성 된 물의 증기가 방출되는 주전자를 보여줍니다. 물을 데우기 위해서는 주전자 아래에있는 화염에서 열을 흡수해야합니다. 따라서 시간이 지남에 따라 화재의 강도에 따라 비등점에 도달하면 물이 끓습니다..

특정 열은 물의 각 온도가 섭씨 1도 정도 섭취하는 에너지의 양을 결정합니다. 이 값은 처음에 언급했듯이 동일한 주전자에서 다른 양의 물이 가열되는 경우 일정합니다. 이는 집중적 인 속성입니다.

각기 다른 가열 된 물체가 흡수하는 에너지의 총량은 열 용량으로도 알려져 있습니다. 가열되는 물의 양이 많을수록 (2, 4, 10, 20 리터) 열용량이 커집니다. 그러나 그것의 비열은 여전히 ​​동일하다..

이 속성은 압력, 온도 및 부피에 따라 달라집니다. 그러나, 간단한 이해를 위해, 대응하는 변형은 생략된다.

색인

• 1 비열이란 무엇입니까??
• 2 비열 계산 방법?
  • 2.1 참조 용 물
  • 2.2 열 평형
  • 2.3 수학적 개발
  • 2.4 계산 예
• 3 예
  • 3.1 물
  • 3.2 얼음
  • 3.3 알루미늄
  • 3.4 철
  • 3.5 공기
  • 3.6 은색
• 4 참고

비열이란 무엇입니까??

그것은 특정 물질이 의미하는 특정 열이 무엇인지 정의되었습니다. 그러나 그 진정한 의미는 그 수식을 통해 가장 잘 표현됩니다. 그 수식은 그것이 의존하는 변수를 분석 할 때 포함 된 단서를 명확히합니다. 공식은 다음과 같습니다.

Ce = Q / ΔT · m

Q는 흡수 된 열, ΔT는 온도 변화, 그리고 m은 물질의 질량이다. 그 정의에 따르면 1 그램에 해당합니다. 자신이 가지고있는 유닛에 대한 분석을하는 것 :

Ce = J / ºC · g

또한 다음과 같은 방법으로 표현할 수 있습니다.

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

첫 번째 방법이 가장 간단합니다.이 예제는 다음 섹션에서 설명합니다..

이 공식은 1 그램의 물질에 의해 흡수 된 에너지의 양을 1도 (° C)로 명시합니다. 당신이 그 양의 에너지를 소거하고 싶다면, 방정식 J를 제쳐 놓아야 만 할 것입니다.

J = Ce · ºC · g

변수에 따라 더 적절하게 표현 된 것은 다음과 같습니다.

Q = Ce · ΔT · m

비열 계산 방법?

참조 용 물

이전의 공식에서 'm'은 이미 Ce에 포함되어 있기 때문에 물질의 그램을 나타내지는 않습니다.이 공식은 열량 측정을 통해 다양한 물질의 비열을 계산하는 데 매우 유용합니다.

어떻게? 1 그램의 물을 14.5 ° C에서 15.5 ° C까지 가열하는 데 필요한 에너지의 양인 칼로리의 정의를 사용합니다. 이것은 4.184 J와 같습니다..

물의 비열은 비정상적으로 높으며이 특성은 4.184 J의 값을 알고있는 다른 물질의 비열을 측정하는 데 사용됩니다.

비열이 높다는 것은 무엇을 의미합니까? 그것은 온도를 높이기 위해 상당한 저항을 반대하므로 더 많은 에너지를 흡수해야합니다. 즉, 물은 열원 근방에서 거의 즉시 가열되는 다른 물질에 비해 훨씬 더 오래 가열 될 필요가있다.

이러한 이유로 화학 반응에서 방출 된 에너지를 흡수 할 때 급격한 온도 변화를 겪지 않기 때문에 열량 측정에 물이 사용됩니다. 또는이 경우 다른 뜨거운 재료와 접촉하십시오..

열 균형

물은 온도를 높이기 위해 많은 열을 흡수 할 필요가 있기 때문에 예를 들어 뜨거운 금속으로부터 열을 얻을 수 있습니다. 물과 금속의 질량을 고려하면, 열 평형 (thermal equilibrium)에 도달 할 때까지 열 교환이 일어날 것입니다.

이 경우 물과 금속 온도가 균등하게 유지됩니다. 뜨거운 금속에 의해 방출되는 열은 물에 흡수되는 열과 동일합니다.

수학 발전

이것을 알았고 방금 설명한 Q의 마지막 수식을 사용하여 우리는 다음을 얻었습니다.

Q_물= -Q_금속

마이너스 기호는 열이 가장 뜨거운 신체 (금속)에서 가장 추운 신체 (물)로 방출됨을 나타냅니다. 각 물질은 고유의 고유 열 Ce와 질량을 가지고 있으므로이 표현은 다음과 같이 개발되어야합니다.

Q_물 = Ce_물 · ΔT_물 · 남_물 = - (Ce_금속 · ΔT_금속 · 남_금속)

알 수없는 것은 Ce이다._금속, 열 평형 상태에서 물과 금속의 최종 온도는 동일하기 때문에; 또한, 물과 금속의 초기 온도는 접촉 전과 질량으로 알려져 있습니다. 그러므로 Ce를 제거해야합니다._금속:

Ce_금속 = (Ce_물 · ΔT_물 · 남_물) / (-ΔT_금속 · 남_금속)

그 Ce를 잊지 않고_물 그것은 4.184 J / ºC · g이다. ΔT가 발생하면_물 및 ΔT_금속, 그것은 (T_f - T_물) 및 (T_f - T_금속)이다. 물은 가열되고 금속은 식 으면서 음의 부호가 ΔT에 곱해진다._금속 체재 (T_금속 - T_f). 그렇지 않으면 ΔT_금속 T가 음수 일 것입니다._f T보다 작은 (차가운)_금속.

방정식은 마지막으로 다음과 같이 표현됩니다.

Ce_금속 = Ce_물 · (T_f - T_물) · M_물/ (T_금속 - T_f) · M_금속

그리고 그것과 함께 비열이 계산됩니다..

계산 예

그것은 무게가 130g이고 기온이 90ºC 인 이상한 금속 구가 있습니다. 이것은 칼로리 미터 안에 25 ° C에서 100g의 물통에 담궈집니다. 열적 평형에 도달하면, 용기의 온도는 40 ℃가된다. 금속 Ce 계산.

최종 온도, T_f, 그것은 40ºC입니다. 다른 데이터를 알면 Ce를 직접 결정할 수 있습니다.

Ce_금속 = (4.184 J / ºC · g · (40-25) ºC · 100g) / (90-40) ºC · 130g

Ce_금속 = 0.965 J / ºC · g

물의 비열은 금속 (4.184 / 0.965)의 약 4 배이며,.

Ce가 매우 작 으면 워밍업 경향이 커집니다. 이는 열전도도 및 확산과 관련이있다. Ce가 높은 금속은 Ce가 낮은 다른 금속에 비해 다른 재료와 접촉 할 때 더 많은 열을 방출하거나 잃는 경향이 있습니다.

예제들

여러 물질에 대한 비열은 다음과 같습니다.

물

물의 비열은 4.184 J / ºC · g입니다..

이 값 덕분에, 그것은 바다에서 많은 태양을 만들 수 있으며 물은 거의 어느 정도 증발하지 않습니다. 이것은 해양 생물에 영향을 미치지 않는 열 차이를 초래합니다. 예를 들어, 수영을하기 위해 해변에 가면, 맑은 바깥에서도 물 속의 더 낮고 더 차가운 온도를 느낄 수 있습니다.

온수는 식도록 많은 에너지를 방출해야합니다. 이 과정에서 순환하는 대기 질량을 가열하여 겨울철 해안 지역의 기온을 약간 올립니다.

또 다른 흥미있는 예는 우리가 물에 의해 형성되지 않는다면 태양의 날은 치명적일 수 있습니다. 왜냐하면 우리 몸의 온도가 급격히 상승 할 것이기 때문입니다.

이 독특한 Ce 값은 분자간 수소 다리 때문입니다. 이들은 열을 흡수하여 깨지기 때문에 에너지를 저장합니다. 깨지기 전까지는 물 분자가 진동하지 않아 평균 운동 에너지가 증가하며 이는 온도 상승에 반영됩니다.

얼음

얼음의 비열은 2,090 J / ºC · g입니다. 물과 마찬가지로, 이례적으로 높은 가치가 있습니다. 예를 들어, 빙산은 온도를 높이기 위해 엄청난 양의 열을 흡수해야합니다. 그러나 오늘날의 일부 빙산은 용해에 필요한 열 (융해 잠열).

알루미늄

알루미늄의 비열은 0.900 J / ºC · g입니다. 그것은 구의 금속 (0.965 J / ºC · g)보다 약간 낮습니다. 여기서 열은 흡수되어 결정 구조에서 알루미늄의 금속 원자를 진동시키고 분자간 힘에 의해 결합 된 개별 분자는 진동시키지 않습니다.

철분

철의 비열은 0.444 J / ºC · g입니다. 알루미늄보다 적기 때문에 가열하면 저항이 적다는 것을 의미합니다. 즉, 화재가 일어나기 전에 철 조각이 알루미늄 조각보다 오래 빨갛게 뜨거워 질 것입니다..

난방과는 반대로 알루미늄은 유명한 알루미늄 호일이 간식을 감싸는 데 사용되면 음식을 더 뜨겁게합니다..

공기

공기의 비열은 약 1.003 J / ºC · g입니다. 이 값은 가스 혼합물로 구성되어 있기 때문에 압력과 온도에 따라 달라질 수 있습니다. 여기서 열은 질소, 산소, 이산화탄소, 아르곤 등의 분자를 진동시키기 위해 흡수됩니다..

실버

마지막으로은에 대한 비열은 0.234 J / ºC · g입니다. 언급 된 모든 물질 중 Ce가 가장 낮다. 이것은 철과 알루미늄이 나오기 전에 다른 은색과 동시에은이 가열 될 것이라는 것을 의미한다. 사실, 그것은 높은 열전도도와 조화를 이룹니다..

참고 문헌

1. Serway & Jewett. (2008). 물리학 : 과학 및 공학 분야. (7 판), 1 권, Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). 화학 (제 8 판). Cengage Learning.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2018 년 11 월 5 일). 화학의 비열 용량. 검색자 : thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). 비열. 원본 주소 'scienceworld.wolfram.com'
5. R Ship. (2016). 비열. 조지아 주립 대학. 원본 주소 'hyperphysics.phy-astr.gsu.edu'
6. 위키 백과. (2019). 비열 원본 주소 'en.wikipedia.org'