تجربة تعيين الحرارة النوعية لجسم صلب بطريقة الخلط،عندما نحاول تسخين كتل بالتساوي من مواد مختلفة من 20 درجة مئوية حتى 21 درجة مئوية ، سنكون بحاجة إلى كمية مختلفة من الطاقة من أجل رفع درجة حرارة كل مادة بدرجة واحدة ، حيث انها هذه الخاصية تعرف بالحرارة النوعية.
مفهوم الحرارة النوعية
قام العالم الاسكتلندي جوزيف بلانك في الماضي بملاحظة أن المواد المختلفة بحاجة إلى كميات مختلفة من الحرارة لزيادة درجة حرارتها إلى الدرجة نفسها لكميات متساوية من الكتلة ، وفي نفس الفترة الزمنية ، ومن هذه الملاحظة أسس مفهوم الحرارة النوعية ، وهي الحرارة الضرورية لرفع درجة الحرارة جرام واحد من مادة ما بمقدار درجة واحدة مئوية ، ووحدة قياس الحرارة النوعية هي السعرات الحرارية ، أو جول لكل جرام لكل درجة مئوية.
معادلة الحرارة النوعية
هناك علاقة بين كمية الحرارة التي يقوم الجسم بامتصاصها والحرارة النوعية: Q = C m ∆t
حيث إن:
- Q: مقدار الحرارة التي يمتصها الجسم
- C: حرارة نوعية
- m: كتلة الجسم
- ∆t: الفرق في تغير درجة الحرارة
اقرأ أيضاً : نموذج عن كيفية كتابة التقرير ومراحل كتابته
تجربة تعيين الحرارة النوعية لجسم صلب بطريقة الخلط
من المعروف أنه في حالة ملامسة جسمين مختلفين لدرجة الحرارة ، تنتقل الحرارة من الجسم الساخن للجسم البارد حتى تتساوى درجة الحرارة (حالة التوازن الحراري) ،أي أنه يوجد جسم يفقد مقدار من الحرارة وجسم يكتسب مقدار من الحرارة ، ومن ثم يكون:كمية الحرارة المكتسبة = كمية الحرارة المفقودة،و يمكن تحديد الحرارة النوعية بطريقة الخلط من خلال اتباع الخطوات الآتية:
- نقوم بوزن كتلة m من المادة التي نريد قياس درجة حرارتها النوعية.
- نقوم بوضع المادة في جهاز قياس السعرات الحرارية لرفع درجة حرارتها إلى درجة حرارة ، لتكن T2
- نزن المسعر فارغًا ونترك كتلتهmc
- نقوم بملئ ثلث المسعر بالماء ثم نقوم بوزن المسعر لتحديد كتلة الماء لتكن mw
- نضبط درجة الحرارة الأولية للماء والمسعر لتكونT1
- نضع الجسم الصلب في المسعر ونقلب حتى يتحقق التوازن الحراري بين الجسم الصلب وماء المسعر ، ثم نضبط درجة حرارة الخليط ، فليكن T3
الحرارة النوعية والسعة الحرارية
في العادة يتم الخلط بين الحرارة النوعية والسعة الحرارية ، ولكن هناك اختلاف بسيط بينهما ، حيث أن السعة الحرارية هي كمية الطاقة الحرارية التي تحتاجها مادة ما لرفع درجة حرارتها بمعدل 1 درجة مئوية ،على خلالف الحرارة النوعية ، تعتمد قيمة السعة الحرارية على كتلة المادة ، حيث كلما زادت كتلة المادة ، تزيد سعتها الحرارية ، ويتم قياسها بوحدة (جول. درجة مئوية⎺1).
الحرارة النوعية لمواد مختلفة
إذا قسمنا السعة الحرارية للجسم على مقدار كتلته ، نحصل على الحرارة النوعية لهذا الجسم ، والحرارة النوعية لا تستند على حجم أو شكل الجسم ، بل تعتمد فقط على المادة التي يتكون منها هذا الجسم مصنوع ، والماء له درجة حرارة محددة عالية ، تساوي 1 سعرة حرارية لكل جرام لكل درجة مئوية ، أو 4186 جول لكل كيلوغرام * درجة مئوية ، و يطفو الجليد على سطح الماء لأنه عندما يتجمد الماء يتغير حجمه ، حسب الحرارة النوعية من الماء يتغير عندما تقترب درجة حرارته من الصفر درجة مئوية.
الحرارة النوعية للماء
يتميز الماء بدرجة حرارة نوعية مرتفعة، لذا يمكنه امتصاص كمية كبيرة من الحرارة قبل أن يسخن ؛ قد لا يبدو التأثير رائعًا ، لكن الحرارة النوعية للماء تساعد بشكل كبير بمناخ الأرض ، لأنها تقوم بامتصاص كميات كبيرة من الطاقة الحرارية من ضوء الشمس دون تسخين بشكل كبير ، وتعمل المحيطات والبحيرات أيضًا في تنظيم درجات الحرارة في المناطق المجاورة منها ، و يستغرق الماء وقتًا أطول للتسخين وأطول حتى يبرد ، لذلك تميل المدن الساحلية إلى حدوث تغيرات أقل في درجات الحرارة من المدن غير الساحلية ، بخلاف ذلك ، يتم استخدام المياه كوسيلة لتبريد الآلات بالتطبيقات الصناعية وتبريد محرك في سيارة نتيجة قدرته على امتصاص كميات كبيرة من الحرارة ،و اما الحياة البحرية ، تعمل الحرارة النوعية العالية للماء في جعل الحياة مناسبة لها داخل الماء ، حيث ان الماء يحتاج إلى امتصاص 4184 جول من الطاقة لرفع درجة حرارة 1 كجم من الماء بمقدار 1 درجة مئوية ، وهذا يسمح لدرجة حرارة الماء أن تظل مثالية للحياة البحرية ، خاصة بالمناطق الحارة.
الى هنا نختم مقالنا الذي تتطرقنا فيه الى تجربة تعيين الحرارة النوعية لجسم صلب بطريقة الخلط،كما عرفنا مفهوم الحرارة النوعية و الحرارة النوعية والسعة الحرارية و ذكرنا كذلك الحرارة النوعية لمواد مختلفة و الحرارة النوعية للماء.