Si alguna vegada has caminat per una platja en un dia assolellat i has submergit els dits dels peus a l'aigua per refrescar-los després de la sorra calenta, has aprofitat la calor específica de l'aigua.
Malgrat com pugui sonar, la calor específica no es refereix a la temperatura exacta d'alguna cosa. És un concepte científic més ampli que té a veure amb l'energia que es necessita per escalfar una substància. Com haureu observat per l'exemple, no totes les substàncies s'escalfen a la mateixa velocitat —d'aquí les diferents temperatures de la sorra i de l'aigua.
La calor específica de l'aigua és una de les seves característiques més interessants. En aquest article, explicarem què és la calor específica, quina equació feu servir per trobar la calor específica i per què la calor específica de l'aigua és tan alta.
L'estufa, l'olla, l'aigua i el vapor tenen diferents calors específiques.
Què és la calor específica?
La calor específica és una mesura de la capacitat calorífica, o quanta calor pot emmagatzemar un material quan canvia la temperatura. Una gran capacitat calorífica significa que una substància pot absorbir molta calor abans de registrar un canvi de temperatura; penseu en quant de temps triga una olla a escalfar-se al tacte a l'estufa en comparació amb el temps que triga l'aigua a escalfar-se. . Això vol dir que l'aigua té una capacitat calorífica més gran: pot emmagatzemar més calor abans de canviar de temperatura.
diagrama uml java
La calor específica es refereix a la quantitat exacta de calor necessària per fer una unitat de massa d'una substància un grau més calenta. Tornant al nostre exemple, la calor específica identificaria exactament quanta calor es necessita per fer una unitat d'aigua, com una tassa, un grau més calenta.
Com que la calor és realment una mesura de la transferència d'energia, és més exacte dir-ho La calor específica és en realitat una declaració de quant energia una substància pot absorbir abans d'un canvi d'un grau de temperatura.
La calor específica es mesura normalment en Joules i kilojoules per gram de massa, amb Celsius com a mesura de temperatura. Es poden utilitzar quilograms i Fahrenheit, però és més rar.
La calor específica d'una substància es pot veure afectada per la temperatura i la pressió, de manera que la calor específica normalment es determina a temperatura i pressió constants, normalment 25 graus centígrads.
Quina és l'equació de la calor específica?
L'equació per calcular la calor específica és:
$$Q = s × m × ΔT$$
$Q$ representa la quantitat de calor, $s$ la calor específica (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m la massa de la substància en grams i $ΔT$ el canvi observat en temperatura.
autòmats finits deterministes
Els diferents tipus d'aigua, com l'aigua de mar, poden tenir una calor específica diferent.
Quina és la calor específica de l'aigua?
Algunes substàncies s'escalfen ràpidament, mentre que altres s'escalfen lentament. L'aigua és un d'aquests últims: té una gran capacitat calorífica específica perquè requereix més energia per augmentar la temperatura.
L'aigua té una capacitat calorífica específica de 4182 J/kg °C. Com que l'aigua és una substància tan important i comuna, fins i tot tenim una manera especial d'identificar la quantitat d'energia que es necessita per augmentar un gram d'aigua en un grau centígrad, una caloria. Això és diferent del tipus de calories de què parlem en els aliments. Aquest tipus de calories equival a 1.000 calories, per això les calories relacionades amb els aliments també s'anomenen quilocalories o kcals.
La calor específica de l'aigua és bastant més alta que moltes altres substàncies comunes. Per exemple, la calor específica del ferro és de 449 J/kg °C, la sorra és de 830 J/kg °C i la fusta de roure és de 2400 J/kg °C.
Això és perquè l'aigua, formada per dos àtoms d'hidrogen i un àtom d'oxigen, és electronegativa. És més probable que un àtom electronegatiu atragui electrons a si mateix, perquè un costat de l'àtom tindrà una càrrega parcialment positiva i l'altre tindrà una càrrega parcialment negativa. Els costats de càrrega oposada s'apropen naturalment els uns als altres, formant un enllaç d'hidrogen més feble. És per això que l'aigua és capaç de fluir més enllà de si mateixa, però també d'unir-se: està formant i trencant constantment aquests enllaços.
Aquests enllaços també són el motiu pel qual l'aigua líquida té una calor específica elevada. Qualsevol energia destinada a escalfar l'aigua es divideix entre trencar els enllaços i escalfar l'aigua. A causa d'això, necessita més energia per escalfar aigua que altres substàncies.
Per exemple, si esteu a la platja en un dia assolellat, notareu que la sorra sovint és força calenta per caminar, però l'aigua sempre se sent fresca, fins i tot a les aigües poc profundes. Això es deu al fet que la sorra té una capacitat calorífica específica més baixa: necessita menys energia per augmentar la temperatura un grau. Com que l'aigua té una gran capacitat calorífica, necessita més energia per augmentar la temperatura un grau. El sol emet una energia més o menys constant, que escalfa la sorra més ràpidament i l'aigua més lentament.
La sorra té una calor específica molt més baixa que l'aigua, per això s'escalfa tan ràpid!
Taula de calor específica
Si encara no esteu familiaritzat amb Joules i Calories, aquests números poden semblar una mica abstractes. Fes un cop d'ull a aquesta taula per familiaritzar-te amb algunes calors específiques comunes segons Joules i Calories, i compara-les amb el que saps de com s'escalfen aquestes substàncies!
| Material | Calor específica en J/kg °C | Calor específica en Cal/gram°C |
| Or | 129 | 0.031 |
| Aire | 1005 | 0.24 |
| Cuir | 1500 | 0.36 |
| Oli d'oliva | 1790 | 0.43 |
| Paper | 1336 | 0.32 |
| Sal de taula | 880 | 0.21 |
| Sorra de quars | 830 | 0.19 |
| Acer | 490 | 0.12 |
| Aigua líquida | 4182 | 1.00 |
| Fusta | 1300-2400 | 0.41 |
Que segueix?
Preparat per a més coneixements científics relacionats amb l'aigua?Apreneu tot sobre compostos absorbents d'aigua (anomenats adequadament hidrats) i la densitat de l'aigua .
Si la calor específica de l'aigua us ha emocionat per la química, la química AP pot ser per a vosaltres! Fes una ullada a això Pla d'estudis de química AP per saber més sobre quins temes es tractaran.
O potser ja estàs en química AP i estàs buscant alguns consells i trucs per superar l'examen. Fes una ullada a això guia per a l'examen de química AP per tot el que necessites saber!
Si no esteu preparat per a l'examen però necessiteu una mica d'impuls addicional al vostre curs de química AP, aquesta guia d'estudi de Química AP pot ser just el que esteu buscant.