Якщо ви коли-небудь гуляли пляжем у сонячний день і занурювали пальці ніг у воду, щоб охолодити їх після гарячого піску, ви скористалися питомою теплоємністю води.

Незважаючи на те, як це може звучати, питома теплоємність не відноситься до точної температури чогось. Це ширша наукова концепція, яка стосується енергії, яка потрібна для нагрівання речовини. Як ви могли помітити з прикладу, не всі речовини нагріваються з однаковою швидкістю — отже, різні температури піску і води.

Питома теплоємність води є однією з найцікавіших її характеристик. У цій статті ми розглянемо, що таке питома теплоємність, яке рівняння використовується для визначення питомої теплоємності та чому така висока питома теплоємність води.

Плита, каструля, вода і пара мають різну питому теплоємність.

Що таке питома теплоємність?

Питома теплоємність - це міра теплоємності, або скільки тепла матеріал може накопичити при зміні температури. Висока теплоємність означає, що речовина може поглинати багато тепла, перш ніж зареєструвати зміну температури. Подумайте, скільки часу потрібно, щоб каструля нагрілася на дотик на плиті, порівняно зі часом, який потрібно воді всередині, щоб нагрітися . Це означає, що вода має вищу теплоємність — вона може зберігати більше тепла до зміни температури.

C++ пара

Питома теплоємність означає точну кількість теплоти, необхідну для того, щоб нагріти одну одиницю маси речовини на один градус. Повертаючись до нашого прикладу, питома теплоємність точно визначає, скільки тепла потрібно, щоб зробити одну одиницю води, наприклад одну чашку, на один градус теплішою.

Оскільки тепло насправді є мірою передачі енергії, точніше так сказати питома теплоємність насправді вказує на те, скільки енергії речовина може поглинати до зміни температури на один градус.

Питома теплоємність зазвичай вимірюється в джоулях і кілоджоулях на один грам маси, за Цельсієм як мірою температури. Можна використовувати кілограми та фаренгейти, але це рідше.

На питому теплоємність речовини можуть впливати температура та тиск, тому питома теплоємність зазвичай визначається за постійної температури та тиску, як правило, 25 градусів Цельсія.

Що таке рівняння для питомої теплоємності?

Рівняння для обчислення питомої теплоти:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ представляє кількість теплоти, $s$ — питому теплоємність (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m — масу речовини в грамах, а $ΔT$ — спостережувану зміну температура.

Різні види води, наприклад морська, можуть мати різну питому теплоємність.

Що таке питома теплоємність води?

Деякі речовини нагріваються швидко, інші – повільно. Вода є однією з останніх — вона має високу питому теплоємність, оскільки для підвищення температури їй потрібно більше енергії.

np де

Вода має питому теплоємність 4182 Дж/кг°С. Оскільки вода є дуже важливою та поширеною речовиною, ми навіть маємо спеціальний спосіб визначити кількість енергії, яка потрібна, щоб підняти один грам води на один градус Цельсія — калорію. Це відрізняється від калорійності їжі, про яку ми говоримо. Такий вид калорій еквівалентний 1000 калоріям, тому калорії, пов’язані з їжею, також іноді називають кілокалоріями, або ккал.

Питома теплоємність води трохи вища, ніж у багатьох інших поширених речовин. Наприклад, питома теплоємність заліза 449 Дж/кг°С, піску — 830 Дж/кг°С, дубової деревини — 2400 Дж/кг°С.

Це тому, що вода, яка складається з двох атомів водню та одного атома кисню, є електронегативною. Електронегативний атом, швидше за все, притягуватиме електрони до себе, тому що одна сторона атома матиме частково позитивний заряд, а інша – частково негативний. Протилежно заряджені сторони природним чином притягуються одна до одної, утворюючи слабший водневий зв’язок. Ось чому вода здатна протікати повз себе, а також з’єднуватися разом — вона постійно формує та розриває ці зв’язки.

Через ці зв’язки рідка вода має високу питому теплоємність. Будь-яка енергія, спрямована на нагрівання води, розподіляється між розривом зв’язків і нагріванням води. Тому що, для нагрівання води потрібно більше енергії, ніж для інших речовин.

Наприклад, якщо ви перебуваєте на пляжі в сонячний день, ви помітите, що пісок часто досить гарячий, щоб ходити по ньому, але вода завжди прохолодна, навіть на мілководді. Це тому, що пісок має нижчу питому теплоємність — для підвищення температури на один градус потрібно менше енергії. Оскільки вода має високу теплоємність, їй потрібно більше енергії, щоб підвищити температуру на один градус. Сонце виділяє більш-менш постійну швидкість енергії, яка нагріває пісок швидше, а воду повільніше.

Пісок має набагато нижчу питому теплоємність, ніж вода, тому він так швидко нагрівається!

Таблиця питомої теплоємності

Якщо ви ще не знайомі з джоулями та калоріями, ці цифри можуть здатися трохи абстрактними. Подивіться на цю таблицю, щоб ознайомитися з деякими поширеними питомими теплоємностями відповідно до Джоулів і Калорій, і порівняйте їх із тим, що вам відомо про те, як ці речовини нагріваються!

Що далі?

Готові отримати більше наукових знань про воду?Дізнайтеся все про водопоглинаючі сполуки (відповідно названі гідратами) і щільність води .

Якщо питома теплоємність води захопила вас хімією, AP хімія може бути для вас! Подивіться це АП хімія програма щоб дізнатися більше про теми, які будуть розглянуті.

Або, можливо, ви вже вивчаєте хімію AP і шукаєте поради та підказки, як успішно скласти іспит. Подивіться це посібник до іспиту з хімії AP для всього, що вам потрібно знати!

Якщо ви ще не зовсім готові до іспиту, але вам потрібен додатковий стимул у курсі хімії AP, цей навчальний посібник з хімії AP може бути саме тим, що ви шукаєте.