Īpatnējais siltums
Īpatnējais siltums (s) ir īpašs siltuma ietilpības veids. Īpatnējais siltums ir termodinamiska īpašība, kas norāda siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai vielas masas vienību paaugstinātu par vienu temperatūras grādu. Vielu īpatnējā siltuma vērtības ir dažādās amplitūdās atkarībā no tā, cik lielā mērā tās absorbē siltumu. Termins "siltuma ietilpība" var būt maldinošs, jo siltums q ir termins, ar ko apzīmē enerģijas pievienošanu vai atņemšanu caur barjeru vielai vai sistēmai, attiecīgi paaugstinot vai pazeminot temperatūru. Temperatūras izmaiņas patiesībā ir enerģijas izmaiņas. Tāpēc īpatnējais siltums un citi siltuma ietilpības veidi precīzāk raksturo vielas spēju absorbēt enerģiju, palielinoties vielas temperatūrai.
Vienības
Vienības ir ļoti svarīgas, lai izteiktu jebkuru termodinamisko īpašību; tas pats attiecas arī uz īpatnējo siltumu. Enerģiju siltuma veidā izsaka džoulos (J) vai kilodžoulos (kJ), kas ir visbiežāk sastopamās enerģijas vienības. Attiecībā uz īpatnējo siltumu vienu masas vienību mēra gramos vai kilogramos. Viens grams ir standarta forma, ko izmanto īpatnējā siltuma vērtību tabulās, bet dažkārt ir sastopamas atsauces, kurās izmanto vienu kilogramu. Vienu temperatūras grādu mēra vai nu pēc Celsija, vai Kelvina skalas, bet parasti pēc Celsija. Tad visbiežāk īpatnējā siltuma vienības ir J/(g-°C).
Faktori, kas nosaka īpatnējo siltumu
Temperatūra un spiediens
Divi faktori, kas maina materiāla īpatnējo siltumu, ir spiediens un temperatūra. Īpatnējo siltumu nosaka pie standarta, nemainīga spiediena (parasti atmosfēras spiediena), un parasti to norāda 25 °C (298,15 K) temperatūrā. Standarta temperatūru izmanto tāpēc, ka īpatnējais siltums ir atkarīgs no temperatūras un var mainīties pie dažādām temperatūras vērtībām. Īpatnējais siltums tiek dēvēts par intensīvo īpašību (lv:Intensīvās un ekstensīvās īpašības intensīvā īpašība.) Kamēr temperatūra un spiediens ir standarta atsauces vērtībās un nenotiek fāžu maiņa, jebkura materiāla īpatnējā siltuma vērtība paliek nemainīga neatkarīgi no esošā materiāla masas.
Enerģētiskās brīvības pakāpes
Materiāla īpatnējā siltuma lielumu lielā mērā ietekmē molekulārā līmeņa enerģētiskās en:Brīvības pakāpes (fizika un ķīmija) brīvības pakāpes, kas ir pieejamas materiālam tajā fāzē (cietā, šķidrā vai gāzveida), kurā tas atrodas. Enerģētiskās brīvības pakāpes ir četru veidu: translācijas, rotācijas, vibrācijas un elektroniskās. Lai sasniegtu katru brīvības pakāpi, ir nepieciešams minimāls enerģijas daudzums. Tāpēc enerģijas daudzums, ko var uzkrāt vielā, ir atkarīgs no to enerģētisko brīvības pakāpju veida un skaita, kas attiecīgajā temperatūrā veido vielu. Šķidrumos parasti ir vairāk zemas enerģijas režīmu un vairāk enerģētisko brīvības pakāpju nekā cietvielās un lielākajā daļā gāzu. Šis plašākais brīvības pakāpju iespēju diapazons parasti rada lielāku īpatnējo siltumu šķidrajām vielām nekā cietajām vielām vai gāzēm. Šo tendenci var redzēt en:Siltumietilpība#Specifisko siltumatdevēju tabulaSpecifisko siltumatdevēju tabula un salīdzinot šķidro ūdeni ar cieto ūdeni (ledu), varu, alvu, skābekli un grafītu.
Lietošana
Īpatnējo siltumu izmanto, lai aprēķinātu absorbētā siltuma daudzumu, kad materiālam vai vielai pievieno enerģiju, paaugstinot temperatūru noteiktā diapazonā. Materiālam pievienotā siltuma vai enerģijas daudzuma aprēķināšana ir salīdzinoši vienkāršs process, ja vien ir reģistrēta materiāla sākotnējā un galīgā temperatūra, ir norādīta materiāla masa un zināms īpatnējais siltums. Lai precīzi veiktu siltuma aprēķinu, īpatnējam siltumam, materiāla masai un temperatūras skalai jābūt vienādās vienībās.
Siltuma (q) aprēķina vienādojums ir šāds:
Q = s × m × ΔT
Vienādojumā s ir īpatnējais siltums (J/g-°C). m ir vielas masa gramos. ΔT ir vielas temperatūras izmaiņas (°C). Pieņemts no galīgās temperatūras pēc sildīšanas atņemt materiāla sākotnējo temperatūru, tāpēc ΔT vienādojumā ir TFinal -TIntiālis. Ievietojot visas vērtības vienādojumā un reizinot ar reizinātāju, tiek atceltas masas un temperatūras mērvienības, atstājot atbilstošas siltuma vienības džoulos. Šādi aprēķini ir noderīgi en:Calorimetry calorimetry.
