A fizika és a kémia egyik alapvető szempontja a fajlagos hő. Pontosabban az fajlagos vízhő szinte minden típusú kísérletben nagy szükség van rá. Először is meg kell tudni, hogy mi a fajlagos hő, és meg kell tudni, mennyire fontos tudni ezt az értéket a vízben.
Ezért ezt a cikket dedikáljuk, hogy elmondhassunk mindent, amit tudnia kell a víz fajhőjéről és annak fontosságáról.
Mi a fajlagos hő
Ahhoz, hogy egy anyag növelje a hőmérsékletét, bizonyos mennyiségű energiára van szükség. Ezt az energiamennyiséget hő formájában kell megadni. Ezt nevezik fajhőnek. Egy másik név, amely ismert, a fajlagos hőteljesítmény. Ez az érték lehetővé teszi számunkra, hogy megmagyarázzuk, miért lehet a fakanál lassabban és fokozatosan melegíteni, mint a szellemi kanál. Megmagyarázza azt az okot is, hogy miért használunk bizonyos anyagokat annak érdekében, hogy néhány eszközt és edényt fel tudjunk építeni a felhasználásnak megfelelően.
Ezzel meghatározzuk a fizikában a specifikus hőt az az energiamennyiség, amelyet át kell vinni az egységnyi anyagtömegre annak hőmérsékletének egy fokkal történő emeléséhez. Szinte mindig a víz fajhőjét használják példaként. Vagyis az az energiamennyiség, amely szükséges ahhoz, hogy a vizet egy fokkal felmelegíthesse annak hőmérsékletében. Tudjuk, hogy ha 4182 joule energiát viszünk át egy kilogramm szobahőmérsékletű vízbe, akkor ez a vízmennyiség egy fokkal megemeli a hőmérsékletét. Ebből azt az értéket kaphatjuk meg, hogy a víz fajhője 4182 joule kilogrammonként és fokonként megegyezik.
A fajlagos vízhő egységei
Tudjuk, hogy a víz fajhője különböző egységekben fejezhető ki. Általában az energia-, tömeg- és hőmérsékleti egységeknek tükröződniük kell, hogy tükrözzék a teljes értéket. Az egység nemzetközi rendszerében megvan a joule kilogrammonként, a tömeg és a kelvin a hőmérséklet. Más anyagokban ez az érték azért különbözik, mivel a többi fajlagos értékhez a fajlagos vízhőt használják alapul vagy referenciaként. Például az acél fajhője kilogrammonként 502 joule és kelvin. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy egy kilogramm acél hőmérsékletét egy kelvinnel megemelje, 502 joule energiára lesz szükség.
A víz vagy más anyag fajlagos hőjének kifejeződésének másik módja más egységekben van. Például beállíthatja a kalóriát grammonként és Celsius-fokban. Megismételjük az acél példáját. Ebben az esetben a fajlagos hő 0,12 kalória/gramm és Celsius-fok lenne. Ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet egy gramm gramm acél emeléséhez 0,12 kalória energia szükséges hő formájában.
Főbb jellemzői
Mielőtt teljes mértékben bekerülne a víz sajátos hőjébe, meg kell tudni, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkezik. Ez egy intenzív fizikai tulajdonság, amely nem függ az anyag mennyiségétől. Ez azt jelenti, hogy a rendelkezésünkre álló anyagmennyiségtől függetlenül ugyanarra az energiára van szükség a hőmérsékletének növeléséhez. Másrészt a fajlagos hő különböző hőmérsékleteken változhat. Ez azt jelenti, hogy az az energiamennyiség, amelyet át kell adnunk ahhoz, hogy a hőmérsékletet egy fokkal megemelhessük, nem ugyanaz, amelyet 100 fokos vagy 0 fokos szobahőmérsékleten kell átadni. Erre a legjobb példa a víz fajhőjének hőmérsékletfüggése. Látjuk, hogy különböző hőmérsékleteken a víz fajhője változó.
Mondhatjuk, hogy ez egy tulajdonság, amely az anyagoknak megvan összefügg a hőmérséklet növeléséhez szükséges energiamennyiséggel. A víz egyik legjelentősebb jellemzője, hogy magas fajlagos hővel rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy a víz hőmérsékletének növelése érdekében sok hőt kell elnyelniük tömegegységenként.
A víz fajhője attól függően változik, hogy a térfogatot állandó értéken tartják, vagy a nyomást állandó értéken tartják. Ezek a változók ezen feltételektől függően más értékeket is beállítanak. Ha az anyag térfogatára hivatkozunk, akkor a izochoros fajhő. Másrészt, ha állandó nyomásra hivatkozunk, akkor rámutatunk arra, hogy az izobár fajlagos hő. Ha gyakorolni megyünk, ez a különbség főleg akkor történik, ha gázokkal, nem pedig folyadékokkal dolgozunk.
A víz fajhőjének jelentősége
Tudjuk, hogy normál körülmények között egy kilogramm víznek 1 kilokalóriára van szüksége ahhoz, hogy hőmérséklete 1 ° C-ra emelkedjen, azaz 1 kcal/° C • kg, ami a nemzetközi rendszerben 4184 J/(K • kg) -nak felel meg. Tudjuk, hogy ez a fajlagos hő a legmagasabb, mint bármely más közönséges anyag. Ha egy medencét nyáron teli napsütésben teszünk vízzel, akkor az melegíthető és meleg. Mindazonáltal, nem fogja annyira megemelni a hőmérsékletét, hogy tojást forraljon vagy főzzön benne. Másrészt, ha egy fémrudat helyezünk el, akkor valószínűleg nem fogja tudni bevenni, mivel a hőmérséklete olyan magas lesz, hogy megég.
A víz fajhője annak a hidrogénkötésnek köszönhető, amelyből a vízmolekulák készülnek. Ez egyfajta kölcsönhatás a molekulák között, amely olyan erős, hogy sok energiát kell biztosítani a rezgéshez és a hőmérsékletük növeléséhez. A hidrogénkötések nagyon erősek, és energiára van szükség a mozgáshoz. Ezért a víz forrásban tartásához folyamatos energiaellátás szükséges.
A jelentősége átkerül a meteorológiában is. Az a tény, hogy a víz ilyen magas éves hőkapacitással rendelkezik, kíváncsi tény, ha nem a fontos tulajdonság, amely különösen segít az időjárás és általában az éghajlat szabályozásában. Ezzel a magas fajlagos hővel tudjuk, hogy nagy víztestek felelősek a bolygó egész területén tapasztalható extrém hőmérsékletingadozások szabályozásáért. Ellenkező esetben az éghajlat valószínűleg nem ugyanazokkal a jellemzőkkel rendelkezne, mint amit ma ismerünk.
Remélem, hogy ezekkel az információkkal többet megtudhat a víz fajhőjéről és annak fontosságáról.