Savitoji šiluma yra termodinamikos ir kalorimetrijos matavimas, nurodantis šilumos energijos kiekį, reikalingą tam tikros medžiagos tam tikros masės temperatūrai padidinti tam tikru dydžiu. Nors kartais naudojamos skirtingos matavimo skalės, šis terminas paprastai konkrečiai nurodo kiekį, reikalingą 1 gramui tam tikros medžiagos pakelti 1.8 °F (1 °C). Iš to išplaukia, kad į medžiagą pridėjus dvigubai daugiau energijos, jos temperatūra turėtų padidėti dvigubai daugiau. Savitoji šiluma paprastai išreiškiama džauliais – vienetu, kuris paprastai naudojamas chemijoje ir fizikoje energijai apibūdinti. Tai svarbus mokslo, inžinerijos ir Žemės klimato supratimo veiksnys.
Šiluma ir temperatūra
Šilumos energija ir temperatūra yra dvi skirtingos sąvokos, todėl svarbu suprasti skirtumą. Pirmasis yra termodinamikos dydis, apibūdinantis pokyčių, kuriuos sistema gali sukelti savo aplinkai, kiekį. Šios energijos perdavimas objektui priverčia jo molekules greičiau judėti; šis kinetinės energijos padidėjimas yra matuojamas arba patiriamas kaip temperatūros padidėjimas.
Savitoji šiluma ir šiluminė talpa
Šios dvi savybės dažnai painiojamos. Pirmasis yra džaulių skaičius, reikalingas tam tikros medžiagos masės temperatūrai padidinti tam tikru vienetu. Jis visada nurodomas „masės vienetui“, pavyzdžiui, 0.45 j/g°C, kuri yra geležies savitoji šiluma, arba šilumos energijos džaulių skaičius, kad vieno gramo geležies temperatūra pakeltų vienu laipsniu Celsijaus. Todėl ši vertė nepriklauso nuo geležies kiekio.
Šiluminė talpa (kartais vadinama termine mase) yra džaulių skaičius, reikalingas tam tikros medžiagos masės temperatūrai pakelti 1.8 °F (1 °C), ir tai tiesiog specifinė medžiagos šiluma, padauginta iš jos masės. Jis matuojamas džauliais vienam ° C. 100 g sveriančio iš geležies pagaminto objekto šiluminė talpa būtų 0.45 X 100, o tai sudarytų 45j/°C. Ši savybė gali būti vertinama kaip objekto gebėjimas kaupti šilumą.
Medžiagos savitoji šiluma yra daugiau ar mažiau teisinga plačiame temperatūrų diapazone, ty energija, reikalinga tam tikros medžiagos vienam laipsniui pakilti, tik šiek tiek skiriasi nuo pradinės vertės. Tačiau jis netaikomas, kai pasikeičia medžiagos būsena. Pavyzdžiui, jei šiluma nuolat veikiama tam tikram vandens kiekiui, temperatūra pakils pagal vandens savitąją šilumą. Tačiau pasiekus virimo temperatūrą, daugiau nebedidės; vietoj to energija bus skirta vandens garų gamybai. Tas pats pasakytina apie kietąsias medžiagas, kai pasiekiama lydymosi temperatūra.
Dabar pasenęs energijos matas, kalorijos, yra pagrįstas specifine vandens šiluma. Viena kalorija yra energijos kiekis, reikalingas vieno gramo vandens temperatūrai pakelti 1.8 °F (1 °C) esant normaliam oro slėgiui. Tai atitinka 4.184 džaulių. Gali būti pateiktos šiek tiek skirtingos specifinės vandens šilumos vertės, nes ji šiek tiek skiriasi priklausomai nuo temperatūros ir slėgio.
Daiktai
Skirtingos medžiagos gali turėti labai skirtingą specifinę šilumą. Pavyzdžiui, metalai paprastai turi labai mažas vertes. Tai reiškia, kad jie greitai įkaista ir greitai atvėsta; jie taip pat linkę gerokai išsiplėsti, kai tampa karštesni. Tai turi įtakos inžinerijai ir projektavimui: dažnai reikia atsižvelgti į metalinių dalių išsiplėtimą konstrukcijose ir mašinose.
Priešingai, vandens savitoji šiluma yra labai didelė – devynis kartus didesnė nei geležies ir 32 kartus didesnė nei aukso. Dėl vandens molekulinės sandaros reikia daug energijos, kad jo temperatūra pakeltų net nedidelį kiekį. Tai taip pat reiškia, kad šiltas vanduo ilgai atvėsta.
Ši savybė yra būtina gyvybei Žemėje, nes vanduo turi didelį stabilizuojantį poveikį pasaulio klimatui. Žiemą vandenynai lėtai atvėsta ir į aplinką išskiria daug šilumos, o tai padeda išlaikyti pakankamai stabilią pasaulinę temperatūrą. Ir atvirkščiai, vasarą reikia daug šilumos, kad vandenynų temperatūra gerokai padidėtų. Tai turi švelninantį poveikį klimatui. Žemynuose, toli nuo vandenyno, temperatūra yra daug didesnė nei pakrančių regionuose.