Savitoji šiluminė talpa
Savitoji šiluma (s) yra tam tikra šiluminės talpos rūšis. Savitoji šiluma yra termodinaminė savybė, kuri nurodo, kiek šilumos reikia, kad medžiagos masės vienetas pakiltų vienu temperatūros laipsniu. Priklausomai nuo to, kiek medžiagos sugeria šilumos, pastebimi įvairūs savitosios šilumos verčių intervalai. Terminas šiluminė talpa gali būti klaidinantis, nes šiluma q - tai terminas, kuriuo apibūdinamas energijos pridėjimas arba pašalinimas per medžiagos ar sistemos barjerą, atitinkamai didinant arba mažinant temperatūrą. Temperatūros pokyčiai iš tikrųjų yra energijos pokyčiai. Todėl savitoji šiluma ir kitos šiluminės talpos formos tiksliau parodo medžiagos gebėjimą sugerti energiją didėjant medžiagos temperatūrai.
Vienetai
Vienetai yra labai svarbūs išreiškiant bet kokią termodinaminę savybę; tas pats pasakytina ir apie savitąją šilumą. Šilumos energija išreiškiama džauliais (J) arba kilodžauliais (kJ), kurie yra labiausiai paplitę su energija susiję vienetai. Kalbant apie savitąją šilumą, vienas masės vienetas matuojamas gramais arba kilogramais. Vienam gramui yra standartinė forma, naudojama savitosios šilumos verčių lentelėse, tačiau kartais pasitaiko nuorodų, kuriose naudojamas vienas kilogramas. Vienas temperatūros laipsnis matuojamas pagal Celsijaus arba Kelvino skalę, bet dažniausiai pagal Celsijaus skalę. Dažniausiai savitosios šilumos matavimo vienetai yra J/(g-°C).
Savitąją šilumą lemiantys veiksniai
Temperatūra ir slėgis
Medžiagos savitąją šilumą keičia du veiksniai - slėgis ir temperatūra. Savitoji šiluma nustatoma esant standartiniam, pastoviam medžiagų slėgiui (paprastai atmosferos slėgiui) ir paprastai nurodoma esant 25 °C (298,15 K) temperatūrai. Standartinė temperatūra naudojama todėl, kad savitoji šiluma priklauso nuo temperatūros ir gali kisti esant skirtingoms temperatūros vertėms. Savitoji šiluma vadinama intensyviąja savybe (en:Intensive and extensive properties intensive property intensive property.) Kol temperatūra ir slėgis yra standartinėse nurodytose vertėse ir nevyksta fazių kaita, bet kurios medžiagos savitosios šilumos vertė išlieka pastovi, nepriklausomai nuo esančios medžiagos masės .
Energetiniai laisvės laipsniai
Didelę įtaką medžiagos savitosios šilumos dydžiui turi molekulinio lygmens energetiniai en:Degrees of freedom (physics and chemistry) laisvės laipsniai, kuriuos medžiaga turi fazėje (kietoje, skystoje ar dujinėje), kurioje ji yra. Energetiniai laisvės laipsniai yra keturių tipų: vertimo, sukimosi, virpesių ir elektroniniai. Kiekvienam laisvės laipsniui pasiekti reikalingas minimalus energijos kiekis. Todėl energijos kiekis, kurį galima sukaupti medžiagoje, priklauso nuo energinių laisvės laipsnių, kurie prisideda prie medžiagos tam tikroje temperatūroje, tipo ir skaičiaus. Skysčiai paprastai turi daugiau mažos energijos režimų ir daugiau energinių laisvės laipsnių nei kietosios medžiagos ir dauguma dujų. Šis platesnis laisvės laipsnių galimybių spektras paprastai lemia didesnes skystųjų medžiagų savitąsias šilumas nei kietųjų kūnų ar dujų. Šią tendenciją galima pamatyti en:Heat capacity#Table of specific heat capacities Specifinių šiluminių talpų lentelėje ir lyginant skystą vandenį su kietuoju vandeniu (ledu), variu, alavu, deguonimi ir grafitu.
Naudojimas
Savitoji šiluma naudojama apskaičiuoti šilumos kiekiui, kuris absorbuojamas medžiagai ar medžiagai pridėjus energijos ir padidinus jos temperatūrą tam tikrame apibrėžtame intervale. Apskaičiuoti į medžiagą pridėtą šilumos ar energijos kiekį yra gana paprasta, jei užregistruota pradinė ir galutinė medžiagos temperatūra, nurodyta medžiagos masė ir žinoma savitoji šiluma. Kad būtų galima tiksliai apskaičiuoti šilumą, savitoji šiluma, medžiagos masė ir temperatūros skalė turi būti tais pačiais vienetais.
Šilumos (q) apskaičiavimo lygtis yra tokia:
Q = s × m × ΔT
Lygtyje s yra savitoji šiluma (J/g-°C). m yra medžiagos masė gramais. ΔT reiškia medžiagos temperatūros pokytį (°C). Pagal susitarimą iš galutinės temperatūros po kaitinimo atimama pradinė medžiagos temperatūra, todėl ΔT lygtyje yra TFinal -TInitial. Į lygtį įrašius visas vertes ir padauginus iš jų, panaikinami masės ir temperatūros vienetai, paliekant atitinkamus šilumos vienetus džaulius. Tokie skaičiavimai kaip šis yra naudingi en:Calorimetry calorimetry
