אם אי פעם טיילת לאורך חוף ביום שטוף שמש וטבלת את בהונותיך במים כדי לקרר אותן אחרי החול החם, ניצלת את החום הספציפי של המים.
למרות איך זה נשמע, חום ספציפי אינו מתייחס לטמפרטורה המדויקת של משהו. זה מושג מדעי גדול יותר שקשור לאנרגיה הדרושה כדי לחמם חומר. כפי שאולי שמתם לב מהדוגמה, לא כל החומרים מתחממים באותו קצב - ומכאן הטמפרטורות השונות של החול והמים.
החום הסגולי של המים הוא אחד המאפיינים המעניינים ביותר שלהם. במאמר זה, נסקור מהו חום ספציפי, באיזו משוואה אתה משתמש כדי למצוא חום ספציפי ומדוע החום הסגולי של המים כל כך גבוה.
לכיריים, לסיר, למים ולקיטור יש חום ספציפי שונה.
מהו חום סגולי?
חום סגולי הוא מדד לקיבולת החום, או כמה חום יכול חומר לאגור בעת שינוי טמפרטורה. קיבולת חום גבוהה פירושה שחומר יכול לספוג חום רב לפני שהוא רושם שינוי בטמפרטורה - חשבו כמה זמן לוקח לסיר להתחמם למגע בכיריים לעומת כמה זמן לוקח למים בפנים להתחמם . זה אומר שלמים יש קיבולת חום גבוהה יותר - הם יכולים לאגור יותר חום לפני שינוי הטמפרטורה.
דפוס עיצוב בשיטת המפעל
חום סגולי מתייחס לכמות החום המדויקת הדרושה כדי להפוך יחידת מסה אחת של חומר לחמם במעלה אחת. אם נחזור לדוגמה שלנו, חום ספציפי יזהה בדיוק כמה חום נדרש כדי להפוך יחידה אחת של מים, כמו כוס אחת, מעלה אחת לחמם יותר.
מכיוון שחום הוא באמת מדד להעברת אנרגיה, נכון יותר לומר זאת חום ספציפי הוא למעשה הצהרה של כמה אֵנֶרְגִיָה חומר יכול לספוג לפני שינוי של מעלה אחת בטמפרטורה.
חום סגולי נמדד בדרך כלל בג'אול וקוג'אול לגרם אחד של מסה, כאשר צלזיוס כמדד לטמפרטורה. אפשר להשתמש בקילוגרמים ובפרנהייט, אבל זה נדיר יותר.
החום הסגולי של חומר יכול להיות מושפע מטמפרטורה ולחץ, ולכן חום ספציפי נקבע בדרך כלל בטמפרטורה ולחץ קבועים, בדרך כלל 25 מעלות צלזיוס.
מהי המשוואה לחום סגולי?
המשוואה לחישוב חום ספציפי היא:
$$Q = s × m × ΔT$$
$Q$ מייצג את כמות החום, $s$ את החום הסגולי (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m את מסת החומר בגרמים, ו-$ΔT$ את השינוי הנצפה ב טֶמפֶּרָטוּרָה.
סוגים שונים של מים, כגון מי ים, עשויים להיות בעלי חום ספציפי שונה.
מהו החום הסגולי של המים?
חומרים מסוימים מתחממים במהירות, בעוד חומרים אחרים מתחממים לאט. מים הם אחד מהאחרונים - יש להם קיבולת חום סגולית גבוהה מכיוון שהם דורשים יותר אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה.
למים קיבולת חום ספציפית של 4182 J/kg°C. מכיוון שמים הם חומר כה חשוב ונפוץ, יש לנו אפילו דרך מיוחדת לזהות את כמות האנרגיה הדרושה כדי להעלות גרם אחד של מים במעלה אחת צלזיוס - קלוריה. זה שונה מסוג הקלוריות שעליהן מדברים באוכל. סוג זה של קלוריות שווה ערך ל-1,000 קלוריות, וזו הסיבה שקלוריות הקשורות למזון נקראות לפעמים גם קילוקלוריות, או קק'ל.
החום הסגולי של המים גבוה בהרבה מהרבה חומרים נפוצים אחרים. לדוגמה, החום הסגולי של ברזל הוא 449 J/kg°C, חול הוא 830 J/kg°C, ועץ אלון הוא 2400 J/kg°C.
הסיבה לכך היא שמים, המורכבים משני אטומי מימן ואטום חמצן אחד, הם אלקטרוניים שליליים. אטום אלקטרוני שלילי נוטה יותר למשוך אלקטרונים לעצמו, מכיוון שצד אחד של האטום יהיה בעל מטען חיובי חלקי ולשני יהיה מטען שלילי חלקי. הצדדים הטעונים המנוגדים נמשכים זה לזה באופן טבעי, ויוצרים קשר מימן חלש יותר. זו הסיבה שהמים מסוגלים לזרום על פני עצמם, אבל גם להתחבר יחד - הם כל הזמן יוצרים ושוברים את הקשרים האלה.
קשרים אלה הם גם הסיבה שלמים נוזליים יש חום סגולי גבוה. כל אנרגיה שמושקעת לחימום מים מתחלקת בין שבירת הקשרים לחימום המים. בגלל זה, נדרשת יותר אנרגיה לחמם מים מאשר חומרים אחרים.
לדוגמה, אם אתה בחוף הים ביום שמש, תבחין שלעתים קרובות החול חם למדי ללכת עליו, אבל המים תמיד מרגישים קרירים, אפילו ברדודים. הסיבה לכך היא שלחול קיבולת חום סגולית נמוכה יותר - נדרשת פחות אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה במעלה אחת. מכיוון שלמים יש יכולת חום גבוהה, הם דורשים יותר אנרגיה כדי להעלות את הטמפרטורה במעלה אחת. השמש מוציאה קצב פחות או יותר קבוע של אנרגיה, אשר מחממת חול מהר יותר ומים לאט יותר.
לחול יש חום סגולי נמוך בהרבה ממים - זו הסיבה שהוא מתחמם כל כך מהר!
מחזור החיים של פיתוח תוכנה
טבלת חום ספציפי
אם אתה עדיין לא מכיר את הג'ול והקלוריות, המספרים האלה עשויים להיראות מעט מופשטים. עיין בטבלה זו כדי להכיר כמה חום ספציפי נפוצ לפי ג'ול וקלוריות, והשווה את אלה למה שאתה יודע על איך החומרים האלה מתחממים!
| חוֹמֶר | חום ספציפי ב-J/kg°C | חום ספציפי בקלוריות/גרם מעלות צלזיוס |
| זהב | 129 | 0.031 |
| אוויר | 1005 | 0.24 |
| עוֹר | 1500 | 0.36 |
| שמן זית | 1790 | 0.43 |
| עיתון | 1336 | 0.32 |
| מלח שולחן | 880 | 0.21 |
| חול קוורץ | 830 | 0.19 |
| פְּלָדָה | 490 | 0.12 |
| מים נוזלים | 4182 | 1.00 |
| עץ | 1300 - 2400 | 0.41 |
מה הלאה?
מוכן לעוד ידע מדעי הקשור למים?למד הכל על תרכובות סופגות מים (הידרטים בשמות המתאימים) וה צפיפות המים .
אם החום הספציפי של המים התלהב כולכם לגבי כימיה, כימיה AP עשויה להיות בשבילכם! בדוק את זה סילבוס כימיה של AP כדי ללמוד עוד על אילו נושאים יכוסו.
או שאולי אתה כבר בכימיה של AP ואתה מחפש כמה טיפים וטריקים איך להצליח בבחינה שלך. בדוק את זה מדריך לבחינה בכימיה AP לכל מה שאתה צריך לדעת!
אם אתה לא ממש מוכן לבחינה אבל אתה צריך דחיפה קטנה נוספת בקורס כימיה AP שלך, מדריך הלימוד הזה לכימיה של AP עשוי להיות בדיוק מה שאתה מחפש.