Jos olet koskaan kävellyt rannalla aurinkoisena päivänä ja kastanut varpaasi veteen viilentämään niitä kuuman hiekan jälkeen, olet hyödyntänyt veden ominaislämpöä.

Huolimatta miltä se saattaa kuulostaa, ominaislämpö ei tarkoita jonkin asian tarkkaa lämpötilaa. Se on laajempi tieteellinen käsite, joka liittyy energiaan, joka kuluu aineen lämmittämiseen. Kuten olet ehkä huomannut esimerkistä, kaikki aineet eivät lämpene samalla nopeudella – Tästä johtuen hiekan ja veden erilaiset lämpötilat.

Veden ominaislämpö on yksi sen mielenkiintoisimmista ominaisuuksista. Tässä artikkelissa kerromme, mikä ominaislämpö on, mitä yhtälöä käytät ominaislämmön laskemiseen ja miksi veden ominaislämpö on niin korkea.

Liedellä, kattilalla, vedellä ja höyryllä on kaikilla eri ominaislämmöt.

Mikä on ominaislämpö?

Ominaislämpö on lämpökapasiteetin mitta eli kuinka paljon lämpöä materiaali pystyy varastoimaan lämpötilan muuttuessa. Suuri lämpökapasiteetti tarkoittaa, että aine voi imeä paljon lämpöä ennen kuin se havaitsee lämpötilan muutoksen – mieti, kuinka kauan kestää, että kattila lämpenee liedellä, verrattuna siihen, kuinka kauan kestää sisällä olevan veden lämmetä . Tämä tarkoittaa, että vedellä on suurempi lämpökapasiteetti – se voi varastoida enemmän lämpöä ennen lämpötilan muuttamista.

c muotoiltu merkkijono

Ominaislämmöllä tarkoitetaan tarkkaa lämpömäärää, joka tarvitaan aineen massayksikön saattamiseksi yhden asteen lämpimämmäksi. Palataksemme esimerkkiimme, ominaislämpö tunnistaisi tarkasti, kuinka paljon lämpöä tarvitaan yhden vesiyksikön, kuten yhden kupin, yhden asteen lämpimämmäksi.

Koska lämpö on todella energiansiirron mitta, se on tarkempaa sanoa ominaislämpö on itse asiassa lausunto siitä, kuinka paljon energiaa aine voi imeytyä ennen yhden asteen lämpötilan muutosta.

Ominaislämpö mitataan tyypillisesti jouleina ja kilojouleina yhtä massagrammaa kohti, lämpötilan mittana Celsius. Kilogrammoja ja Fahrenheitiä voidaan käyttää, mutta se on harvinaisempaa.

Lämpötila ja paine voivat vaikuttaa aineen ominaislämpöön, joten ominaislämpö määritetään tyypillisesti vakiolämpötilassa ja paineessa, tyypillisesti 25 celsiusasteessa.

Mikä on ominaislämmön yhtälö?

Yhtälö ominaislämmön laskemiseksi on:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ edustaa lämmön määrää, $s$ ominaislämpöä (${Joules}/{gramma * °Celsius}$), m aineen massaa grammoina ja $ΔT$ havaittua muutosta lämpötila.

Erilaisilla vesillä, kuten merivedellä, voi olla erilainen ominaislämpö.

Mikä on veden ominaislämpö?

Jotkut aineet lämpenevät nopeasti, kun taas toiset aineet kuumenevat hitaasti. Vesi on yksi jälkimmäisistä - sillä on korkea ominaislämpökapasiteetti, koska se vaatii enemmän energiaa lämpötilan nostamiseen.

Veden ominaislämpökapasiteetti on 4182 J/kg°C. Koska vesi on niin tärkeä ja yleinen aine, meillä on jopa erityinen tapa tunnistaa energiamäärä, joka kuluu yhden vesigramman nostamiseen yhdellä celsiusasteella – kalorilla. Tämä eroaa kaloreista, joista puhumme ruoassa. Tällainen kalori vastaa 1000 kaloria, minkä vuoksi ruokaan liittyviä kaloreita kutsutaan joskus myös kilokaloriksi tai kcaliksi.

Veden ominaislämpö on hieman korkeampi kuin monien muiden yleisten aineiden. Esimerkiksi raudan ominaislämpö on 449 J/kg°C, hiekan 830 J/kg°C ja tammipuun 2400 J/kg°C.

Tämä johtuu siitä, että vesi, joka koostuu kahdesta vetyatomista ja yhdestä happiatomista, on elektronegatiivinen. Elektronegatiivinen atomi vetää todennäköisemmin elektroneja itseensä, koska atomin toisella puolella on osittain positiivinen varaus ja toisella osittain negatiivinen varaus. Vastakkaiset varautuneet puolet vedetään luonnollisesti toisiinsa muodostaen heikomman vetysidoksen. Siksi vesi voi virrata itsensä ohi, mutta myös sitoutua toisiinsa – se muodostaa ja katkaisee jatkuvasti näitä sidoksia.

muuntaa str int:ksi

Nämä sidokset ovat myös syy, miksi nestemäisellä vedellä on korkea ominaislämpö. Kaikki veden lämmittämiseen käytetty energia jaetaan sidosten katkaisemiseen ja veden lämmittämiseen. Tämän takia, veden lämmittämiseen kuluu enemmän energiaa kuin muiden aineiden.

Jos esimerkiksi olet rannalla aurinkoisena päivänä, huomaat, että hiekka on usein melko kuumaa kävellä, mutta vesi tuntuu aina viileältä, jopa matalissa. Tämä johtuu siitä, että hiekalla on pienempi ominaislämpökapasiteetti – lämpötilan nostaminen yhdellä asteella vie vähemmän energiaa. Koska vedellä on korkea lämpökapasiteetti, se vaatii enemmän energiaa lämpötilan nostamiseen yhdellä asteella. Aurinko tuottaa enemmän tai vähemmän tasaista energiaa, mikä lämmittää hiekan nopeammin ja vettä hitaammin.

Hiekalla on paljon pienempi ominaislämpö kuin vedellä – siksi se kuumenee niin nopeasti!

Ominaislämpötaulukko

Jos jouleet ja kalorit eivät ole jo tuttuja, nämä luvut saattavat tuntua hieman abstraktilta. Katso tämä taulukko tutustuaksesi joihinkin yleisiin ominaislämpöihin sekä jouleina että kaloreina ja vertaa niitä siihen, mitä tiedät näiden aineiden lämpenemisestä!

Mitä seuraavaksi?

Oletko valmis saamaan lisää veteen liittyvää tiedetietoa?Opi kaikesta vettä imevät yhdisteet (sopivasti hydraatit) ja veden tiheys .

Jos veden ominaislämpö on innostunut kemiasta, AP-kemia voi olla sinua varten! Katso tämä AP kemian opetusohjelma saadaksesi lisätietoja siitä, mitä aiheita käsitellään.

Tai ehkä olet jo AP-kemiassa ja etsit vinkkejä ja temppuja kokeen suorittamiseen. Katso tämä opas AP-kemian kokeeseen kaikesta mitä sinun tarvitsee tietää!

Jos et ole aivan valmis kokeeseen, mutta tarvitset hieman lisäpotkua AP-kemian kurssille, tämä AP Chemistry -opiskeluopas voi olla juuri sitä, mitä etsit.