حرارة الماء النوعية

أحد الجوانب الأساسية المستخدمة في كل من الفيزياء والكيمياء هو الحرارة النوعية. على وجه التحديد ، حرارة محددة للماء إنه مطلوب للغاية في أي نوع من التجارب تقريبًا. أول شيء يجب فعله هو معرفة ماهية الحرارة النوعية ومعرفة أهمية معرفة هذه القيمة في الماء.

لذلك ، سنخصص هذا المقال لنخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول حرارة الماء المحددة وأهميتها.

ما هي الحرارة النوعية

لكي تزيد المادة من درجة حرارتها ، هناك حاجة إلى كمية معينة من الطاقة. يجب إعطاء هذه الكمية من الطاقة على شكل حرارة. هذا ما يعرف بالحرارة النوعية. الاسم الآخر الذي يُعرف به هو السعة الحرارية المحددة. هذه هي القيمة التي تمكننا من شرح سبب تسخين الملعقة الخشبية بشكل أبطأ وتدريجيًا من الملعقة العقلية. كما يشرح سبب استخدامنا لبعض المواد حتى نتمكن من بناء بعض الأدوات والأواني وفقًا للاستخدام الذي يتم رفعه.

بهذا نحدد في الفيزياء بالحرارة النوعية كمية الطاقة التي يجب نقلها إلى وحدة كتلة مادة لزيادة درجة حرارتها بدرجة واحدة. يتم استخدام الحرارة النوعية للماء دائمًا كمثال. وهذا يعني كمية الطاقة اللازمة لتسخين الماء بدرجة واحدة في درجة حرارته. نعلم أنه إذا تم تحويل 4182 جول من الطاقة إلى كيلوغرام من الماء في درجة حرارة الغرفة ، فإن هذه الكمية من الماء سترفع درجة حرارته بدرجة واحدة. من هذا يمكننا الحصول على قيمة الحرارة النوعية للماء تساوي 4182 جول لكل كيلوجرام ودرجة.

وحدات حرارة الماء النوعية

نعلم أنه يمكن التعبير عن الحرارة النوعية للماء بوحدات مختلفة. عادة يجب أن تنعكس وحدات الطاقة والكتلة ودرجة الحرارة في المجموع. النظام الدولي للوحدة لدينا الجول لكل كيلوغرام وهي الكتلة وكلفن وهي درجة الحرارة. في المواد الأخرى ، تختلف هذه القيمة نظرًا لاستخدام الحرارة النوعية للماء كأساس أو مرجع لبقية القيم. على سبيل المثال ، الحرارة النوعية للصلب هي 502 جول لكل كيلوغرام وكلفن. وهذا يعني أن الكيلوجرام الواحد من الفولاذ يحتاج إلى 502 جول من الطاقة لزيادة درجة حرارته بمقدار واحد كلفن.

هناك طريقة أخرى للتعبير عن الحرارة النوعية للماء أو مادة أخرى وهي الوحدات الأخرى. على سبيل المثال ، يمكنك ضبط السعرات الحرارية لكل جرام ودرجة مئوية. نكرر مثال الفولاذ. في هذه الحالة ، ستكون الحرارة النوعية 0.12 سعرة حرارية لكل جرام ودرجة مئوية. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى 0.12 سعرة حرارية من الطاقة على شكل حرارة من أجل زيادة درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة من جرام الفولاذ.

الملامح الرئيسية

قبل الدخول بشكل كامل في حرارة الماء المحددة ، من الضروري معرفة خصائصه جيدًا. إنها خاصية فيزيائية مكثفة لا تعتمد على كمية المادة. هذا يعني أنه بغض النظر عن كمية المادة التي لدينا ، فإن نفس الطاقة مطلوبة لزيادة درجة حرارتها. من ناحية أخرى ، يمكن أن تختلف الحرارة النوعية في درجات حرارة مختلفة. هذا يعني أن كمية الطاقة التي سنحتاجها حتى نتمكن من رفع درجة الحرارة بدرجة واحدة ليست هي نفسها التي يجب نقلها في درجة حرارة الغرفة التي تبلغ 100 درجة أو 0 درجة. أفضل مثال على ذلك هو اعتماد درجة الحرارة على حرارة الماء المحددة. نرى أنه في درجات حرارة مختلفة تختلف الحرارة النوعية للماء.

يمكننا أن نقول إنها خاصية تمتلكها المواد وتلك إنه مرتبط بكمية الطاقة اللازمة لزيادة درجة حرارتها. من أهم خصائص الماء أنه يحتوي على حرارة نوعية عالية. هذا يعني أنه من أجل زيادة درجة حرارة الماء ، يحتاجون إلى امتصاص الكثير من الحرارة لكل وحدة كتلة.

تختلف حرارة الماء النوعية اعتمادًا على ما إذا كان الحجم ثابتًا أو يظل الضغط ثابتًا. تحدد هذه المتغيرات أيضًا قيمًا أخرى وفقًا لهذه الشروط. عندما نشير إلى حجم المادة نشير إلى حرارة نوعية متساوية. من ناحية أخرى ، إذا أشرنا إلى الضغط المستمر ، فإننا نشير إلى أن الحرارة النوعية متساوية الضغط. إذا ذهبنا إلى التدريب ، فسيحدث هذا الاختلاف بشكل أساسي عند العمل مع الغازات وليس مع السوائل.

أهمية الحرارة النوعية للماء

نحن نعلم أنه في ظل الظروف القياسية يحتاج كيلوغرام من الماء إلى 1 كيلو كالوري لترتفع درجة حرارته 1 درجة مئوية ، أي 1 كيلو كالوري / درجة مئوية • كجم ، أي ما يعادل 4184 جول / (ك • كجم) في النظام الدولي. نحن نعلم أن هذه الحرارة المحددة هي الأعلى من أي مادة شائعة أخرى. إذا وضعنا حوضًا به ماء تحت أشعة الشمس الكاملة في الصيف ، فيمكن تسخينه ودفئه. ومع ذلك، لن تزيد درجة حرارته بدرجة كافية لغلي أو طهي البيض فيه. من ناحية أخرى ، إذا وضعنا قضيبًا معدنيًا ، فمن المحتمل أنك لن تكون قادرًا على تناوله لأن درجة حرارته ستكون عالية جدًا بحيث تحترق.

الحرارة النوعية للماء ترجع إلى الروابط الهيدروجينية التي تتكون منها جزيئات الماء. إنه نوع من التفاعل بين الجزيئات قوي جدًا لدرجة أنه يتطلب الكثير من الطاقة لجعلها تهتز وتزيد من درجة حرارتها. الروابط الهيدروجينية قوية للغاية وتتطلب طاقة لتحريكها. لذلك ، يتطلب الحفاظ على غليان الماء توفير الطاقة بشكل مستمر.

تنتقل أهمية ذلك أيضًا في علم الأرصاد الجوية. حقيقة أن الماء لديه هذه السعة الحرارية السنوية العالية هي حقيقة غريبة إن لم يكن خاصية مهمة تساعد بشكل خاص في تنظيم الطقس والمناخ بشكل عام. من خلال الحصول على هذه الحرارة النوعية العالية ، نعلم أن المسطحات المائية الكبيرة مسؤولة عن تنظيم التقلبات الشديدة في درجات الحرارة في جميع أنحاء الكوكب. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فمن المحتمل ألا يكون للمناخ نفس الخصائص التي نعرفها اليوم.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن الحرارة النوعية للمياه وأهميتها.