ความจุความร้อนจะวัดปริมาณพลังงานที่ต้องการเพิ่มไปยังวัตถุเพื่อให้มีอุณหภูมิอุ่นขึ้นหนึ่งองศา ความจุความร้อนของวัตถุพบได้โดยใช้สูตรง่ายๆ โดยการหารปริมาณพลังงานความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเพื่อกำหนดปริมาณพลังงานที่ต้องการต่อองศา วัสดุทุกชนิดในโลกนี้มีความจุความร้อนต่างกัน (ที่มา: หนังสือฟิสิกส์มาตรฐานคลาส 10)
สูตร: ความจุความร้อน = (ให้พลังงานความร้อน) / (อุณหภูมิเพิ่มขึ้น)
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 2: การคำนวณความจุความร้อนของวัตถุ
ขั้นตอนที่ 1. รู้สูตรความจุความร้อน
ความจุความร้อนของวัตถุสามารถคำนวณได้โดยการหารปริมาณพลังงานความร้อนที่จ่าย (E) ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (T) สมการคือ: ความจุความร้อน = E/T
- ตัวอย่าง: พลังงานที่จำเป็นในการทำให้บล็อกร้อนถึง 5 องศาเซลเซียสคือ 2,000 จูล -- ความจุความร้อนของบล็อกคือเท่าใด
- ความจุความร้อน = E/T
- ความจุความร้อน = 2000 จูล / 5˚C
- ความจุความร้อน = 400 จูลต่อองศาเซลเซียส (J/˚C)
ขั้นตอนที่ 2 มองหาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
ตัวอย่างเช่น ถ้าฉันต้องการทราบความจุความร้อนของบล็อกและฉันรู้ว่าต้องใช้ 60 จูลเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของบล็อกจาก 8 องศาเป็น 20 องศา ฉันจำเป็นต้องทราบความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิทั้งสองเพื่อให้ได้ความร้อน ความจุ. ตั้งแต่ 20 - 8 = 12 อุณหภูมิของบล็อกจะเปลี่ยน 12 องศา ดังนั้น:
- ความจุความร้อน = E/T
- ความจุความร้อนของบล็อก = 60 จูล / (20˚C - 8˚C)
- 60 จูล / 12˚C
- ความจุความร้อนของบล็อก = 5 J/˚C
ขั้นตอนที่ 3 เพิ่มหน่วยที่ถูกต้องให้กับคำตอบของคุณเพื่อให้มีความหมาย
ความจุความร้อน 300 จะไม่มีความหมายหากคุณไม่รู้ว่ามันวัดได้อย่างไร ความจุความร้อนวัดโดยพลังงานที่ต้องการต่อองศา ดังนั้น หากเราวัดพลังงานเป็นจูล และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเป็นเซลเซียส คำตอบสุดท้ายก็คือ “ต้องใช้จูลกี่จูลต่อองศาเซลเซียส ดังนั้น เราจะนำเสนอคำตอบของเราเป็น 300 J/˚C หรือ 300 จูลต่อองศาเซลเซียส
หากคุณวัดพลังงานความร้อนเป็นแคลอรีและอุณหภูมิเป็นเคลวิน คำตอบสุดท้ายของคุณคือ 300 Cal/K
ขั้นตอนที่ 4 รู้ว่าสมการนี้ใช้ได้กับวัตถุที่เย็นตัวเช่นกัน
เมื่อวัตถุเย็นลง 2 องศา มันจะสูญเสียความร้อนในปริมาณเท่ากันกับที่มันจะทำให้อุณหภูมิอุ่นขึ้น 2 องศา ดังนั้น หากคุณถามว่า "ความจุความร้อนของวัตถุเป็นเท่าใดหากวัตถุสูญเสียพลังงาน 50 จูลและอุณหภูมิของวัตถุลดลง 5 องศาเซลเซียส" คุณยังสามารถใช้สมการนี้ได้
- ความจุความร้อน: 50 J/ 5˚C
- ความจุความร้อน = 10 J/˚C
วิธีที่ 2 จาก 2: การใช้ความร้อนจำเพาะของสสาร
ขั้นตอนที่ 1 รู้ว่าความร้อนจำเพาะหมายถึงพลังงานที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิของวัตถุหนึ่งกรัมสูงขึ้นหนึ่งองศา
เมื่อคุณมองหาความจุความร้อนของหน่วยของสสาร (1 กรัม 1 ออนซ์ 1 กิโลกรัม ฯลฯ) คุณได้มองหาความร้อนจำเพาะของวัตถุนี้แล้ว ความร้อนจำเพาะระบุปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิของแต่ละหน่วยของวัตถุสูงขึ้นหนึ่งองศา ตัวอย่างเช่น การเพิ่มอุณหภูมิของน้ำ 1 กรัมขึ้น 1 องศาเซลเซียส ต้องใช้พลังงาน 0.417 จูล ดังนั้น ความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 0.417 J/˚C ต่อกรัม
ความร้อนจำเพาะของวัสดุมีค่าคงที่ ซึ่งหมายความว่าน้ำบริสุทธิ์ทั้งหมดมีความร้อนจำเพาะเท่ากัน ซึ่งก็คือ 0.417 J/˚C
ขั้นตอนที่ 2 ใช้สูตรความจุความร้อนเพื่อค้นหาความร้อนจำเพาะของวัสดุ
การหาความร้อนจำเพาะเป็นเรื่องง่าย กล่าวคือ หารคำตอบสุดท้ายด้วยมวลของวัตถุ ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าวัตถุแต่ละชิ้นต้องการพลังงานเท่าใด เช่น จำนวนจูลที่จำเป็นในการเปลี่ยนอุณหภูมิของน้ำแข็งเพียง 1 กรัม
- ตัวอย่าง: "ฉันมีน้ำแข็ง 100 กรัม เมื่อต้องการเพิ่มอุณหภูมิของน้ำแข็ง 2 องศาเซลเซียส ต้องใช้ 406 จูล -- ความร้อนจำเพาะของน้ำแข็งคืออะไร"'
- ความจุความร้อนสำหรับน้ำแข็ง 100 กรัม = 406 J/ 2˚C
- ความจุความร้อนสำหรับน้ำแข็ง 100 กรัม = 203 J/˚C
- ความจุความร้อนสำหรับน้ำแข็ง 1 กรัม = 2.03 J/˚C ต่อกรัม
- หากคุณสับสน ลองคิดแบบนี้ -- การเพิ่มอุณหภูมิขึ้นหนึ่งองศาสำหรับน้ำแข็งทุกๆ กรัม ต้องใช้ 2.03 จูล ดังนั้น ถ้าเรามีน้ำแข็ง 100 กรัม เราต้องการจูลมากกว่า 100 เท่าเพื่อทำให้ร้อนขึ้น
ขั้นตอนที่ 3 ใช้ความร้อนจำเพาะเพื่อหาพลังงานที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิของวัสดุสูงขึ้น
ความร้อนจำเพาะของสสารระบุปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อทำให้อุณหภูมิของสสารหนึ่งหน่วย (ปกติคือ 1 กรัม) สูงขึ้นหนึ่งองศา ในการหาความร้อนที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิของวัตถุสูงขึ้นถึงอุณหภูมิใด ๆ เราเพียงแค่คูณส่วนทั้งหมด พลังงานที่ต้องการ = มวล x ความร้อนจำเพาะ x การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ. คำตอบอยู่ในหน่วยของพลังงานเสมอ เช่น จูล
- ตัวอย่าง: “ถ้าความร้อนจำเพาะของอะลูมิเนียมเท่ากับ 0.902 จูลต่อกรัม ต้องใช้กี่จูลเพื่อเพิ่มอุณหภูมิอลูมิเนียม 5 กรัม ขึ้น 2 องศาเซลเซียส?
- พลังงานที่ต้องการ = 5 g x 0.902 J/g˚C x 2˚C
- พลังงานที่ต้องการ = 9.02 J
ขั้นตอนที่ 4 รู้ความร้อนจำเพาะของวัสดุทั่วไป
เพื่อช่วยฝึกฝน ศึกษาความร้อนจำเพาะทั่วไป ซึ่งคุณสามารถเห็นได้ในข้อสอบหรือปรากฏในชีวิตจริง คุณสามารถเรียนรู้อะไรจากสิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น โปรดทราบว่าความร้อนจำเพาะของโลหะนั้นต่ำกว่าความร้อนจากไม้มาก นี่เป็นเหตุผลว่าทำไมช้อนโลหะถึงร้อนเร็วกว่าไม้หากปล่อยทิ้งไว้ในช็อกโกแลตร้อนหนึ่งถ้วย ความร้อนจำเพาะที่ต่ำกว่าหมายถึงวัตถุร้อนขึ้นเร็วขึ้น
- น้ำ: 4, 179 J/g˚C
- อากาศ: 1.01 J/g˚C
- ไม้: 1.76 J/g˚C
- อะลูมิเนียม: 0.902 J/g˚C
- ทอง: 0.129 J/g˚C
- เตารีด: 0.450 J/g˚C
เคล็ดลับ
- หน่วยความจุความร้อนระหว่างประเทศ (SI) คือจูลต่อเคลวิน ไม่ใช่แค่จูลส์
- การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะแสดงด้วยเดลต้าหน่วยอุณหภูมิแทนที่จะเป็นหน่วยอุณหภูมิ (เช่น 30 Delta K แทนที่จะเป็น 30K)
- พลังงาน (ความร้อน) ต้องเป็นจูลส์ (SI) [แนะนำ]
