Αναρωτηθήκατε ποτέ γιατί το νερό είναι τόσο καλό ψυκτικό; Γιατί έχει τόσο μεγάλη ικανότητα να απορροφά θερμότητα; Αυτό οφείλεται σε μια ιδιότητα που ονομάζεται συγκεκριμένη θερμότητα - και το νερό έχει μια από τις υψηλότερες από οποιαδήποτε κοινή ουσία. Και τι είναι η συγκεκριμένη θερμότητα; Είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αύξηση ενός γραμμαρίου της θερμοκρασίας μιας ουσίας κατά ακριβώς έναν βαθμό Κελσίου.
Ειδική θερμότητα ανακαλύφθηκε μέσω της δουλειάς ενός σκωτσέζου χημικού που ονομάζεται Joseph Black (1728-1799). Μπορεί να υπολογιστεί χειραγωγώντας την ακόλουθη εξίσωση: Q = mcDT.
Σε αυτήν την εξίσωση:
- Το "Q" είναι ενέργεια (μετριέται σε joules ή θερμίδες)
- Το "c" είναι ειδική θερμότητα (joules ή θερμίδες / γραμμάριο)
- "m" είναι η μάζα (σε γραμμάρια)
- "DT" είναι η αλλαγή της θερμοκρασίας (σε Κελσίου).
Η ειδική θερμότητα για νερό είναι μία θερμίδα ανά γραμμάριο. Με άλλα λόγια, χρειάζεται μία θερμίδα (ή 4.186 joules / γραμμάριο ενέργειας) για να αυξηθεί ένα γραμμάριο νερού κατά ακριβώς έναν βαθμό Κελσίου.
Το γεγονός επιτρέπει πειράματα
Η γνώση αυτού του γεγονότος επιτρέπει πειράματα που μπορούν να προσδιορίσουν τη συγκεκριμένη θερμότητα για μια ποικιλία ουσιών. Για παράδειγμα, βυθίστε μια γνωστή μάζα θερμαινόμενου αλουμινίου σε μια γνωστή μάζα κρύου νερού και η θερμότητα που μεταφέρεται από το αλουμίνιο θα αυξήσει τη θερμοκρασία του νερού. Η ειδική θερμότητα του αλουμινίου μπορεί στη συνέχεια να εξαχθεί με την παρατήρηση της αλλαγής τόσο στη θερμοκρασία του αλουμινίου όσο και στη θερμοκρασία του νερού.
Η συγκεκριμένη θερμότητα δεν πρέπει να συγχέεται για μια παρόμοια ιδιότητα που ονομάζεται θερμική ικανότητα. Η θερμική ικανότητα εξαρτάται από την ποσότητα της ουσίας που θερμαίνεται. Για παράδειγμα, μια μπανιέρα γεμάτη νερό έχει υψηλότερη χωρητικότητα θερμότητας από ένα ποτήρι νερό, επειδή υπάρχει περισσότερο νερό για θέρμανση. Αλλά και οι δύο εξακολουθούν να έχουν την ίδια συγκεκριμένη θερμότητα.
- Γιατί λοιπόν διαφορετικές ουσίες έχουν διαφορετικές ειδικές θερμάνσεις; Εξαρτάται από το πόσο εύκολο είναι να κινούνται τα μόρια τους. Η θερμότητα είναι ενέργεια και η ενέργεια είναι κίνηση. Όταν προστίθεται ενέργεια σε μια ουσία, τα μόριά της κινούνται γρηγορότερα και αισθανόμαστε το αποτέλεσμα ως θερμότητα.
- Γιατί λοιπόν το νερό απορροφά τόση θερμότητα; Αυτό οφείλεται στους δεσμούς υδρογόνου του νερού. Είναι πολύ ισχυροί και χρειάζεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας για να απελευθερωθούν οι δεσμοί υδρογόνου, ώστε τα μόρια του νερού να κινούνται πιο γρήγορα.
Ζεσταίνετε ένα χάλκινο δοχείο γεμάτο νερό και θα παρατηρήσετε ότι το δοχείο θερμαίνεται γρηγορότερα από το νερό αγγίζοντας απλώς τη λαβή. Αυτό συμβαίνει επειδή το νερό έχει υψηλότερη ειδική θερμότητα από το χαλκό. Ένα άλλο παράδειγμα συγκεκριμένης θερμότητας μπορεί να βρεθεί πηγαίνοντας στην παραλία. Κατά τη διάρκεια της ημέρας, η παραλία θα ζεσταθεί γρηγορότερα από το νερό. Αυτό συμβαίνει επειδή η γη έχει χαμηλότερη θερμική ικανότητα από το νερό. Και αυτές οι δύο διαφορές θερμοκρασίας μάχης δημιουργούν ένα θαλασσινό αεράκι.
