Panas spesifik dalam apa itu terdiri, bagaimana itu dihitung dan contoh

itu panas spesifik adalah jumlah energi yang harus diserap satu gram zat tertentu untuk meningkatkan suhunya satu derajat Celcius. Ini adalah sifat fisik yang intensif, karena tidak tergantung pada massa yang diekspresikan hanya untuk satu gram zat; namun, hal ini terkait dengan jumlah partikel dan massa molar partikel, serta gaya antarmolekul yang mengikatnya..

Jumlah energi yang diserap oleh zat ini dinyatakan dalam satuan joule (J), dan lebih jarang, dalam kalori (Cal). Secara umum, diasumsikan bahwa energi diserap melalui panas; Namun, energi dapat berasal dari sumber lain, seperti pekerjaan yang dilakukan pada zat (agitasi ketat, misalnya).

Gambar atas menunjukkan teko dari mana uap air yang dihasilkan oleh pemanasannya dilepaskan. Untuk memanaskan air, ia harus menyerap panas dari nyala api yang terletak di bawah teko. Jadi, seiring berjalannya waktu, dan tergantung pada intensitas api, air akan mendidih ketika mencapai titik didihnya.

Panas spesifik menentukan berapa banyak energi yang dikonsumsi air untuk setiap derajat ° C yang meningkatkan suhunya. Nilai ini konstan jika volume air yang berbeda dipanaskan dalam teko yang sama, karena seperti yang disebutkan di awal, itu adalah properti intensif.

Yang berbeda adalah jumlah total energi yang diserap oleh masing-masing badan air yang dipanaskan, juga dikenal sebagai kapasitas panas. Semakin besar massa air yang akan dipanaskan (2, 4, 10, 20 liter), semakin besar kapasitas panasnya; tetapi panas spesifiknya masih sama.

Properti ini tergantung pada tekanan, suhu dan volume; Namun, untuk tujuan pemahaman yang sederhana, variasi yang sesuai dihilangkan.

Indeks

• 1 Apa panas spesifiknya??
• 2 Bagaimana perhitungan panas spesifik?
  • 2.1 Air sebagai referensi
  • 2.2 kesetimbangan termal
  • 2.3 Pengembangan matematika
  • 2.4 Contoh perhitungan
• 3 Contoh
  • 3.1 Air
  • 3,2 Es
  • 3.3 Aluminium
  • 3.4 Besi
  • 3.5 Udara
  • 3,6 Perak
• 4 Referensi

Apa panas spesifiknya?

Itu didefinisikan apa arti panas spesifik untuk zat yang diberikan. Namun, makna sejatinya paling baik diungkapkan dengan rumusnya, yang memperjelas unit-unitnya yang merupakan kelonggaran yang terlibat saat menganalisis variabel yang menjadi sandarannya. Formulanya adalah:

Ce = Q / ΔT · m

Di mana Q adalah panas yang diserap, ΔT perubahan suhu, dan m adalah massa zat; yang menurut definisi sesuai dengan satu gram. Melakukan analisis terhadap unit yang Anda miliki:

Ce = J / ºC · g

Yang juga bisa diungkapkan dengan cara-cara berikut:

Ce = kJ / K · g

Ce = J / ºC · Kg

Yang pertama adalah yang paling sederhana, dan dengan ini contoh-contohnya akan dibahas di bagian berikut.

Formula secara eksplisit menunjukkan jumlah energi yang diserap (J) oleh satu gram zat dengan satu derajat ° C. Jika Anda ingin menghapus jumlah energi itu, Anda harus mengesampingkan persamaan J:

J = Ce · ºC · g

Yang diungkapkan dengan cara yang lebih tepat dan sesuai dengan variabelnya adalah:

Q = Ce · ΔT · m

Bagaimana panas spesifik dihitung?

Air sebagai referensi

Dalam rumus sebelumnya 'm' tidak mewakili satu gram zat, karena sudah tersirat dalam Ce. Rumus ini sangat berguna untuk menghitung panas spesifik dari berbagai zat melalui kalorimetri.

Bagaimana? Menggunakan definisi kalori, yang merupakan jumlah energi yang dibutuhkan untuk memanaskan satu gram air dari 14,5 hingga 15,5 ° C; Ini sama dengan 4.184 J.

Panas spesifik air sangat tinggi, dan sifat ini digunakan untuk mengukur panas spesifik zat lain yang mengetahui nilai 4,184 J.

Apa artinya panas spesifik tinggi? Itu menentang resistensi yang cukup besar untuk meningkatkan suhunya, sehingga ia harus menyerap lebih banyak energi; yaitu, air perlu dipanaskan lebih lama dibandingkan dengan zat lain, yang di sekitar sumber panas dipanaskan segera.

Untuk alasan ini air digunakan dalam pengukuran kalorimetri, karena tidak mengalami perubahan suhu yang tiba-tiba ketika menyerap energi yang dilepaskan dari reaksi kimia; atau, untuk kasus ini, kontak dengan bahan yang lebih panas lainnya.

Keseimbangan termal

Karena air perlu menyerap banyak panas untuk meningkatkan suhunya, panas dapat berasal dari logam panas, misalnya. Dengan mempertimbangkan massa air dan logam, pertukaran panas antara keduanya akan terjadi hingga mencapai apa yang disebut kesetimbangan termal.

Ketika ini terjadi, suhu air dan logam disamakan. Panas yang dilepaskan oleh logam panas sama dengan panas yang diserap oleh air.

Perkembangan matematika

Mengetahui hal ini, dan dengan rumus terakhir untuk Q yang baru saja dijelaskan, kita memiliki:

Q_Air= -Q_Logam

Tanda negatif menunjukkan bahwa panas dilepaskan dari tubuh terpanas (logam) ke tubuh paling dingin (air). Setiap zat memiliki panas spesifik Ce sendiri, dan massanya, sehingga ungkapan ini harus dikembangkan sebagai berikut:

Q_Air = Ce_Air · ΔT_Air · M_Air = - (Ce_Logam · ΔT_Logam · M_Logam)

Yang tidak diketahui adalah Ce_Logam, karena dalam kesetimbangan termal, suhu akhir untuk air dan logam adalah sama; Selain itu, suhu awal air dan logam diketahui sebelum kontak, serta massa mereka. Karena itu, kita harus menghapus Ce_Logam:

Ce_Logam = (Ce_Air · ΔT_Air · M_Air) / (-ΔT_Logam · M_Logam)

Tanpa melupakan itu Ce_Air itu adalah 4,184 J / ºC · g. Jika ΔT dikembangkan_Air dan ΔT_Logam, itu akan menjadi (T_f - T_Air) dan (T_f - T_Logam), masing-masing. Air dipanaskan, sementara logam mendingin, dan karena itu tanda negatifnya berlipat ganda menjadi ΔT_Logam tinggal (T_Logam - T_f). Kalau tidak, ΔT_Logam akan memiliki nilai negatif untuk menjadi T_f minor (lebih dingin) dari T_Logam.

Persamaan ini akhirnya dinyatakan dengan cara ini:

Ce_Logam = Ce_Air · (T_f - T_Air) · M_Air/ (T_Logam - T_f) · M_Logam

Dan dengan itu pemanasan spesifik dihitung.

Contoh perhitungan

Ini memiliki bola dari logam aneh yang beratnya 130g, dan dengan suhu 90ºC. Ini direndam dalam wadah air 100g pada 25ºC, di dalam kalorimeter. Ketika kesetimbangan termal tercapai, suhu wadah menjadi 40 ° C. Hitung logam Ce.

Suhu akhir, T_f, Ini adalah 40ºC. Mengetahui data lainnya, Anda dapat menentukan Ce secara langsung:

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

Ce_Logam = 0,965 J / ºC · g

Perhatikan bahwa panas spesifik air adalah sekitar empat kali lipat dari logam (4.184 / 0.965).

Ketika Ce sangat kecil, semakin besar kecenderungan untuk pemanasan; yang, terkait dengan konduktivitas termal dan difusi. Logam dengan Ce yang lebih tinggi akan cenderung melepaskan atau kehilangan lebih banyak panas, jika bersentuhan dengan bahan lain, dibandingkan dengan logam lain dengan Ce yang lebih rendah..

Contohnya

Memanaskan spesifik untuk berbagai zat ditunjukkan di bawah ini.

Air

Panas spesifik air, seperti yang telah dikatakan, adalah 4,184 J / ºC · g.

Berkat nilai ini, ia dapat membuat banyak sinar matahari di lautan dan airnya akan sulit menguap ke tingkat yang berarti. Ini menghasilkan perbedaan termal yang tidak memengaruhi kehidupan laut. Misalnya, ketika Anda pergi ke pantai untuk berenang, bahkan jika cuaca cerah di luar, Anda dapat merasakan suhu yang lebih rendah dan lebih dingin di dalam air..

Air panas juga perlu melepaskan banyak energi untuk mendinginkan. Dalam prosesnya, ia memanaskan massa udara yang bersirkulasi, meningkatkan sedikit suhu (sedang) di wilayah pesisir selama musim dingin..

Contoh lain yang menarik adalah bahwa jika kita tidak terbentuk oleh air, satu hari di bawah sinar matahari bisa mematikan, karena suhu tubuh kita akan naik dengan cepat.

Nilai unik Ce ini adalah karena jembatan hidrogen antar molekul. Ini menyerap panas untuk dipecah, sehingga mereka menyimpan energi. Sampai mereka rusak, molekul air tidak dapat bergetar, meningkatkan energi kinetik rata-rata, yang tercermin dalam peningkatan suhu.

Es

Panas spesifik es adalah 2.090 J / ºC · g. Seperti halnya air, air memiliki nilai yang sangat tinggi. Ini berarti bahwa gunung es, misalnya, perlu menyerap panas dalam jumlah besar untuk meningkatkan suhunya. Namun, beberapa gunung es saat ini bahkan telah menyerap panas yang diperlukan untuk meleleh (laten panas fusi).

Aluminium

Panas spesifik aluminium adalah 0,900 J / ºC · g. Ini sedikit lebih rendah dari logam bola (0,965 J / ºC · g). Di sini panas diserap untuk menggetarkan atom logam aluminium dalam struktur kristalnya, dan bukan molekul individu yang bergabung dengan gaya antarmolekul..

Besi

Panas spesifik setrika adalah 0,444 J / ºC · g. Menjadi kurang dari aluminium, itu berarti ia menentang lebih sedikit resistensi ketika dipanaskan; yaitu, sebelum api sepotong besi akan menjadi merah jauh sebelum sepotong aluminium.

Aluminium, tidak seperti pemanasan, membuat makanan lebih panas lebih lama ketika aluminium foil terkenal digunakan untuk membungkus makanan ringan.

Udara

Panas spesifik udara adalah sekitar 1,003 J / ºC · g. Nilai ini sangat tunduk pada tekanan dan suhu karena terdiri dari campuran gas. Di sini panas diserap untuk menggetarkan molekul nitrogen, oksigen, karbon dioksida, argon, dll..

Perak

Akhirnya, panas spesifik untuk perak adalah 0,234 J / ºC · g. Dari semua zat yang disebutkan, memiliki nilai terendah Ce. Ini berarti bahwa sebelum besi dan aluminium, sepotong perak akan lebih panas pada saat yang sama dengan dua logam lainnya. Bahkan, itu selaras dengan konduktivitas termal yang tinggi.

Referensi

1. Serway & Jewett. (2008). Fisika: untuk sains dan teknik. (Edisi Ketujuh), Volume 1, Cengage Learning.
2. Whitten, Davis, Peck, Stanley. (2008). Kimia (Edisi kedelapan). Belajar Cengage.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (5 November 2018). Kapasitas Panas Khusus dalam Kimia. Diperoleh dari: thoughtco.com
4. Eric W. Weisstein. (2007). Panas Spesifik. Diperoleh dari: scienceworld.wolfram.com
5. R Ship. (2016). Panas Spesifik. Universitas Negeri Georgia. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
6. Wikipedia. (2019). Panas spesifik Diperoleh dari: en.wikipedia.org