Katedra za biofiziku, medicinsku statistiku i medicinsku informatiku

Medicinski fakultet Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku

Specifični toplinski kapacitet

  Specifični toplinski kapacitet tijela je količina topline koju tijelo treba primiti da bi mu se temperatura podigla za jedan stupanj, odnosno:
gdje je c oznaka za specifični toplinski kapacitet, Q je toplina koju je potrebno dovesti tijelu, m je masa tijela, a ΔT razlika konačne i početne temperature tijela.

Kada su dva tijela različitih temperatura u kontaktu, dolazi do prijelaza toplinske energije s tijela više temperature, na tijelo niže temperature. Ukoliko su dva tijela izolirana od okoline, proces prelaženja topline završava izjednačavanjem njihovih temperatura. Pri tom procesu hladno tijelo prima količinu topline Qh, a toplo tijelo predaje količinu topline Qt:

Budući da ta dva tijela čine izolirani sustav, promjena ukupne energije sustava je jednaka nuli, jer nema razmjene s okolinom, pa iz toga slijedi:
Pomoću ove posljednje relacije može se odrediti specifični toplinski kapacitet tvari mjereći promjene temperatura dvaju tijela, poznavanjem masa tijela, i specifičnog toplinskog kapaciteta jednog od tijela.

 

Uređaj u kojem se vrše mjerenja zove se kalorimetar. On se sastoji od dvije posude - vanjska koja služi za izolaciju sustava od okoline, i unutarnja koja sudjeluje u prijenosu topline. Otvor posude je zatvoren poklopcem koji ima vrlo slabu toplinsku vodljivost, a na kojem se nalaze rupe za miješalicu, termometar, i čep s kukicom. Kalorimetar je spreman za mjerenje kada se svi navedeni dijelovi nalaze na istoj temperaturi (T1). Vodena vrijednost kalorimetra - ona količina topline koja kalorimetru promijeni temperaturu za 1°C. Vodena vrijednost kalorimetra se može izračunati iz mase (m) i specifičnog toplinskog kapaciteta (c), posude mješala i vode:

Toplo tijelo temperature T2 stavi se u kalorimetar. Količina topline Q koju kalorimetar primi od tog tijela promijenit će kalorimetru temperaturu za ΔT:
Predajom te količine topline preneseno tijelo mase m ohladilo se s početne temperature T2 na temperaturu ravnoteže T. Ta se količina topline Q, može izraziti izrazom:
Konačno, može se napisati izraz za srednji specifični toplinski kapacitet tijela:

 

Zadatak - Izračunati srednji specifični toplinski kapacitet utega

Uzeti uteg nepoznatog specifičnog toplinskog kapaciteta, te mu odrediti masu vaganjem. Uteg staviti u vodu koja vrije na temperaturi 100°C, te ga tako držati 10 minuta. Masa kalorimetra je 100 g, a mješalice 25 g. Oboje je načinjeno od aluminija čiji je specifični toplinski kapacitet 921 J/kgK. U kalorimetar uliti 500 cm3 vode te izračunati njenu masu.

Kalorimetar poklopiti i staviti čep. Termometrom izmjeriti temperaturu vode u kalorimetru (T1). Nakon toga pomoću čepa ubaciti vrući uteg u kalorimetar, i nakon nekog vremena očitati temperaturu smjese. iz dobivenih podataka izračunati specifični toplinski kapacitet utega. Mjerenja ponoviti tri puta.

 

 

  NAPOMENA: Termometar nije potrebno tresti.