Ominaislämpö on termodynamiikassa ja kalorimetriassa käytetty mittaus, joka ilmoittaa tarvittavan lämpöenergian määrän tietyn aineen tietyn massan lämpötilan nostamiseksi jollakin määrällä. Vaikka joskus käytetään erilaisia mittakaavoja, tämä termi viittaa yleensä erityisesti määrään, joka tarvitaan 1 gramman jonkin aineen nostamiseen 1.8 ° C: lla. Tästä seuraa, että jos aineeseen lisätään kaksi kertaa enemmän energiaa, sen lämpötilan pitäisi nousta kaksinkertaisesti. Ominaislämpö ilmaistaan yleensä jouleina, yksikköä, jota yleensä käytetään kemiassa ja fysiikassa kuvaamaan energiaa. Se on tärkeä tekijä tieteessä, tekniikassa ja maapallon ilmaston ymmärtämisessä.
Lämpö ja lämpötila
Lämpöenergia ja lämpötila ovat kaksi eri käsitettä, ja eron ymmärtäminen on tärkeää. Ensimmäinen on termodynamiikan määrä, joka kuvaa muutoksen määrää, jonka järjestelmä voi aiheuttaa ympäristöönsä. Tämän energian siirtyminen esineeseen saa sen molekyylit liikkumaan nopeammin; tämä liike -energian lisääntyminen mitataan tai koetaan lämpötilan nousuna.
Erityinen lämpö- ja lämpökapasiteetti
Nämä kaksi ominaisuutta sekoitetaan usein. Ensimmäinen on jouleiden lukumäärä, joka tarvitaan aineen tietyn massan lämpötilan nostamiseen jollakin yksiköllä. Se annetaan aina “massayksikköä kohden”, esimerkiksi 0.45 j/g ° C, joka on raudan ominaislämpö, tai lämpöjoulojen määrä joulea yhden gramman raudan lämpötilan nostamiseksi yhdellä celsiusasteella. Tämä arvo ei siis ole riippuvainen raudan määrästä.
Lämpökapasiteetti – jota joskus kutsutaan “lämpömassana” – on jouleiden määrä, joka tarvitaan tietyn materiaalimassan lämpötilan nostamiseen 1.8 ° C: lla, ja se on yksinkertaisesti materiaalin ominaislämpö kerrottuna sen massalla. Se mitataan jouleina per ° C. Raudasta valmistetun ja 1 g painavan esineen lämpökapasiteetti olisi 100 X 0.45, jolloin saadaan 100 j/° C. Tätä ominaisuutta voidaan pitää esineen kykynä varastoida lämpöä.
Aineen ominaislämpö pitää enemmän tai vähemmän paikkansa laajalla lämpötila -alueella, eli energia, joka tarvitaan yhden asteen nousun tuottamiseen tietyssä aineessa, vaihtelee vain hieman sen alkuperäisen arvon kanssa. Sitä ei kuitenkaan sovelleta, kun aineen tila muuttuu. Jos esimerkiksi lämpöä käytetään jatkuvasti tiettyyn määrään vettä, se aiheuttaa lämpötilan nousun veden ominaislämmön mukaisesti. Kun kiehumispiste saavutetaan, se ei kuitenkaan enää nouse; sen sijaan energia menee vesihöyryn tuottamiseen. Sama koskee kiintoaineita, kun sulamispiste on saavutettu.
Nyt vanhentunut energian mittari, kalori, perustuu veden ominaislämpöön. Yksi kalori on energiamäärä, joka tarvitaan yhden gramman veden lämpötilan nostamiseen 1.8 ° C (1 ° F) normaalilla ilmanpaineella. Se vastaa 4.184 joulea. Veden ominaislämmölle voidaan antaa hieman erilaisia arvoja, koska se vaihtelee hieman lämpötilan ja paineen mukaan.
tehosteet
Eri aineilla voi olla hyvin erilainen lämpö. Esimerkiksi metallien arvot ovat yleensä hyvin alhaiset. Tämä tarkoittaa, että ne kuumenevat nopeasti ja jäähtyvät nopeasti; ne myös laajenevat merkittävästi kuumentuessaan. Tällä on vaikutuksia suunnitteluun ja suunnitteluun: usein on otettava huomioon rakenteiden ja koneiden metalliosien laajentuminen.
Sitä vastoin vedellä on erittäin korkea ominaislämpö – yhdeksän kertaa rautaa ja 32 kertaa kultaa. Veden molekyylirakenteen vuoksi tarvitaan paljon energiaa sen lämpötilan nostamiseksi jopa pienellä määrällä. Se tarkoittaa myös sitä, että lämpimän veden jäähtyminen kestää kauan.
Tämä ominaisuus on välttämätön maapallon elämälle, koska vedellä on merkittävä vakauttava vaikutus maailmanlaajuiseen ilmastoon. Talvella valtameret jäähtyvät hitaasti ja vapauttavat huomattavan määrän lämpöä ympäristöön, mikä auttaa pitämään maapallon lämpötilan kohtuullisen vakaana. Päinvastoin, kesällä tarvitaan paljon lämpöä, jotta merien lämpötilat nousevat merkittävästi. Tällä on hillitsevä vaikutus ilmastoon. Mannermaiset sisätilat, kaukana merestä, kokevat paljon korkeampia lämpötiloja kuin rannikkoalueet.