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 ترتفع درجة حرارة مادة ما، هناك حاجة إلى كمية معينة من الطاقة. يجب أن تُعطى هذه الكمية من الطاقة على شكل حرارة. وهذا ما يسمى بالحرارة النوعية. الاسم الآخر الذي يُعرف به هو السعة الحرارية النوعية. هذه القيمة هي التي تفسر لماذا يمكن للملعقة الخشبية أن تسخن بشكل أبطأ وتدريجي أكثر من الملعقة المعدنية. وهذا يفسر أيضًا سبب استخدامنا لمواد معينة لصنع بعض الأدوات والأواني اعتمادًا على الاستخدام المقصود منها.

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 تقريبًا كمثال. أي كمية الطاقة اللازمة لتسخين الماء بدرجة واحدة. ونحن نعلم أنه إذا تم نقل 4182 جول من الطاقة إلى كيلوغرام واحد من الماء في درجة حرارة الغرفة، فإن درجة حرارة تلك الكمية من الماء سترتفع بدرجة واحدة. وبهذه الطريقة يمكننا الحصول على القيمة التي تعادل بها الحرارة النوعية للماء 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. في النظام الدولي للوحدات لدينا الجول لكل كيلوغرام وهو الكتلة والكلفن وهي درجة الحرارة. وفي المواد الأخرى، تختلف هذه القيمة حيث يتم استخدام الحرارة النوعية للماء كأساس أو مرجع لبقية القيم. على سبيل المثال، الحرارة النوعية للصلب هي 502 جول لكل كيلوغرام وكلفن. وهذا يعني أنه لكي ترتفع درجة حرارة كيلوغرام واحد من الفولاذ بمقدار كلفن واحد، فسوف نحتاج إلى 502 جول من الطاقة.

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. وهذا يعني أنه بغض النظر عن كمية المادة التي لدينا، فإننا نحتاج إلى نفس كمية الطاقة لرفع درجة حرارتها. ومن ناحية أخرى، يمكن للحرارة النوعية أن تختلف باختلاف درجات الحرارة. وهذا يعني أن كمية الطاقة التي سنحتاج إلى نقلها لرفع درجة الحرارة بدرجة واحدة ليست هي نفسها كمية الطاقة التي يجب نقلها عند درجة حرارة الغرفة 100 درجة أو عند 0 درجة. أفضل مثال على ذلك هو اعتماد الحرارة النوعية للماء على درجة الحرارة. نرى أنه عند 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 تعود إلى الروابط الهيدروجينية التي تتكون منها جزيئات الماء. هذا هو نوع من التفاعل بين الجزيئات الذي يكون قوياً جداً بحيث يتطلب قدراً كبيراً من الطاقة لجعلها تهتز وتزيد من درجة حرارتها. الروابط الهيدروجينية قوية جدًا وتتطلب الطاقة لتحريكها. لذلك، فإن الحفاظ على غليان الماء يتطلب إمدادًا مستمرًا بالطاقة.

وتتجلى أهميتها أيضًا في علم الأرصاد الجوية. إن حقيقة أن الماء لديه هذه القدرة الحرارية السنوية العالية ليست حقيقة غريبة، بل هي 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.