مقدمة في السعة الحرارية النوعية
ما هي السعة الحرارية النوعية
السعة الحرارية النوعية هي خاصية تصف مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة حرارية من مادة ما بمقدار درجة مئوية واحدة. وهي مفهوم أساسي في الديناميكا الحرارية وتلعب دورًا حاسمًا في فهم كيفية استجابة المواد المختلفة للحرارة.
كيفية حساب السعة الحرارية النوعية
السعة الحرارية النوعية (cc) لمادة ما هي كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة كتلة المادة بمقدار درجة مئوية واحدة (أو كلفن واحد). معادلة السعة الحرارية النوعية هي
س=م*ج*ج*Δت
حيث:
- س = الطاقة الحرارية المضافة (جول، ج)
- م = كتلة المادة (كجم)
- ج = السعة الحرارية النوعية (جول/كجم-درجة مئوية أو جول/كجم-ك)
- ΔT = التغيّر في درجة الحرارة (°C أو K)
السعة الحرارية النوعية مقابل السعة الحرارية
في حين أن كلا المصطلحين يتعلقان بالطاقة الحرارية، فإن السعة الحرارية النوعية والسعة الحرارية مفهومان مختلفان. تشير السعة الحرارية إلى كمية الطاقة الحرارية المطلوبة لتغيير درجة حرارة جسم بأكمله، بغض النظر عن كتلته. في المقابل، السعة الحرارية النوعية هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة كتلة من مادة ما بمقدار درجة مئوية واحدة.
|
الميزة |
السعة الحرارية النوعية |
السعة الحرارية |
|
تعريف السعة الحرارية |
الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جم بمقدار درجة مئوية واحدة |
الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم |
|
الوحدات |
جول/(ز - درجة مئوية) |
جول/°مئوية |
|
الاعتماد على الكتلة |
مستقل |
يعتمد على الكتلة |
|
مثال تطبيقي |
حساب حرارة 100 جرام من الماء |
تحديد الحرارة لقضيب معدني وزنه 1 كجم |
أمثلة على السعة الحرارية النوعية
المواد المختلفة لها سعات حرارية نوعية مختلفة. على سبيل المثال
- الماءله سعة حرارية نوعية عالية، مما يجعله فعالاً في تنظيم درجات الحرارة.
- الألومنيوم له سعة حرارية نوعية أقل مقارنة بالماء، مما يعني أنه يسخن ويبرد بسرعة.
- للحديد سعة حرارية نوعية أقل، ولهذا السبب يُستخدم في التطبيقات التي تتطلب تغيرات سريعة في درجات الحرارة.
فيما يلي جدول يوضح السعة الحرارية النوعية لمختلف المواد:
|
المادة |
السعة الحرارية النوعية (جول/كجم- درجة مئوية أو جول/كجم-ك) |
|
الماء |
4186 |
|
الثلج |
2090 |
|
حديد |
450 |
|
نحاس |
385 |
|
ألومنيوم |
900 |
|
رصاص |
128 |
|
زجاج |
840 |
|
الإيثانول |
2430 |
|
خشب (بلوط) |
1700 |
|
الهواء (عند 20 درجة مئوية) |
1005 |
|
ذهب |
129 |
|
زئبق |
138 |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الأسئلة المتداولة
ما العوامل التي تؤثر على السعة الحرارية النوعية؟
تشمل العوامل التركيب الجزيئي للمادة وطور المادة ودرجة الحرارة.
لماذا يتمتع الماء بسعة حرارية نوعية عالية؟
يسمح الترابط الهيدروجيني للماء بامتصاص المزيد من الحرارة دون تغير كبير في درجة الحرارة.
كيف تُستخدم السعة الحرارية النوعية في الحياة الواقعية؟
تُستخدم في تصميم أنظمة التدفئة والتبريد والطهي وفهم ديناميكيات المناخ.
هل يمكن أن تتغير السعة الحرارية النوعية بتغير درجة الحرارة؟
نعم، بالنسبة لبعض المواد، تختلف السعة الحرارية النوعية باختلاف درجة الحرارة.
هل السعة الحرارية النوعية هي نفسها لجميع حالات المادة؟
لا، يمكن أن يكون للحالات المختلفة (الصلبة والسائلة والغازية) لنفس المادة سعات حرارية نوعية مختلفة.
