Specifik varmekapacitet

Hej alle sammen. I dag skal vi snakke om varmekapacitet, eller termisk kapacitet. Det er den mængde af varme, der skal tilføres for at ændre temperaturen af et materiale. Ud fra denne definition, hvilken enhed vil du så forvente varmekapacitet har? Varme er en type af energi og vi beskriver, hvor meget der skal bruges for at ændre temperaturen. Enheden for varmekapacitet er energi per temperatur. SI-enheden er J per K. SI-enheden bruger K (kelvin) for temperaturen, som har den samme skala som ℃. En ændring på 1 ℃ er lig med en ændring på 1 K, men K har ikke nogle negative tal, så 0 K er det laveste, man kan have. Du har sikkert allerede en forståelse for begrebet varmekapacitet, selvom du ikke har hørt om det før. Forestil dig to beholdere med vand, der varmes af den samme flamme. Den ene er fyldt med vand, og den anden er kun halvt fyldt. Du forventer sikkert, at den med mindst vand vil koge hurtigere. Det skyldes faktisk varmekapacitet. Den beholder med mindre vand har en lavere varmekapacitet. Det er fordi varmekapacitet blandt andet afhænger af massen af objektet eller systemet. Mindre vand har mindre masse og mindre varmekapacitet. Den anden ting som varmekapacitet afhænger af er materialet. Det er sikkert også noget du allerede har kendskab til. Forstil dig, at du griller på en varm dag og der er to klapstole klappet op, som du kan vælge i mellem. Den ene er lavet af metal og den anden af plastik, og de står begge i solen. Du vælger nok den af plastik for at undgå et vist ubehag. Grunden til at metal stolen er varmere selvom begge stole står i solen er, fordi metal og plastik er forskellige materialer og har forskellige varmekapaciteter. Varmekapaciteten af et objekt eller system afhænger altså både af masse og materiale. Vi kan kombinere disse til det vi kalder den specifikke varmekapacitet. Den specifikke varmekapacitet er varmekapacitet per masse. Derfor er den specifikke varmekapacitet uafhængig af systemets masse, da den opgives per masse. Det er en konstant for hvert materiale. Der skal der altid tilføres den samme mængde energi for at hæve temperaturen af 1 kg af et vist materiale, mens der for et andet materiale skal, bruges en anden mængde energi. Hvilken enhed tror du specifik varmekapacitet har? Ligesom varmekapacitet er det energi per temperatur, men nu er der også per masse. SI-enheden er J per K per kg. Specifik varmekapacitet gange masse er lig med varmekapacitet. Hvis du har den specifikke varmekapacitet og du skal bestemme den samlede varmekapacitet af et objekt eller system, så skal du gange med objektets eller systemets masse. Omvendt, hvis du har varmekapaciteten og massen, så kan du bestemme den specifikke varmekapacitet af det materiale ved at dividere varmekapacitet med massen. Da specifik varmekapacitet er en konstant for hvert materiale kan man slå det op, da videnskabsmænd har målt den specifikke varmekapacitet for mange materialer. Lad os vende tilbage til de to beholdere med vand. Rent flydende vand har en specifik varmekapacitet på 4184 J per K per kg, men andre materialer har andre specifikke varmekapaciteter. Lad os vende tilbage til klapstolene, hvor metal stolen er varmere end plastik stolen. Metal klapstole er typisk lavet af aluminum som har en specifik varmekapacitet på 897 J /(K·kg). Plastik har en specifik varmekapacitet på 1670 J/(K·kg). Ud fra disse specifikke varmekapaciteter kan du se, når solen tilfører den samme mængde af energi til begge stole, så vil temperaturen af metal stolen stige meget mere, da der skal bruges mindre energi for at øges dens temperatur, fordi den har en lavere specifik varmekapacitet. Nu da vi har set, hvordan materialet ændrer varmekapacitet, lad os se på massen, og vende tilbage til de to beholdere. I disse beholdere har vi rent vand, som vi ved, har en specifik varmekapacitet på 4184 J/(K·kg). Beholderne selv har også en varmekapacitet men den ser vi bort fra for at gøre det mere enkelt. Hvis denne beholder har 2 kg vand, så kan vi udregne, hvor meget energi der skal tilføres for at ændre temperaturen af vandet. Starttemperaturen af vandet er omkring 300 K, som er cirka stuetemperatur. Vi vil bruge vandet til at lave noget te, som bedst laves med vand, der er omkring 355 K. Ud fra din forståelse af varmekapacitet, så kan vi nu bestemme, hvor mange J der skal bruges for at få vandet fra 300 K til 355 K. Vi har den specifikke varmekapacitet og massen, som kan ganges for at få den samlede varmekapacitet. Per definition er varmekapacitet den energi, der skal bruges per temperatur, så hvis vi ganger varmekapacitet med temperaturændringen, så får vi mængden af energi. Denne sammenhæng er en vigtig termodynamisk ligning. c bruges for specifik varmekapacitet. Q bruges for varme. Det er præcis det, vi lige har udregnet. Den varme eller energi, der skal bruges, er lig med den specifikke varmekapacitet gange massen gange temperaturændringen. Lad os indsætte værdierne. Masse specifik varmekapacitet og temperaturændringen. Som altid kan enhederne hjælpe os. Specifik varmekapacitet har enheden J/(K·kg), Vi ganger med masse, der har enheden kg så disse kg reduceres. Vi ganger også med temperaturændringen, som måles i K, så K vil også reduceres. Tilbage har vi J, som er energi, hvilket er hvad vi vil have. Når vi ganger det sammen, får vi, at der skal tilføres 460,24 kJ. Lad os se på den anden beholder. Denne beholder har 1 kg vand, hvordan ændrer det udregningen? Sæt videoen på pause og tænk over, hvad dens varmekapacitet er. Da vi har det samme materiale, så har vi den samme specifikke varmekapacitet. Den samlede varmekapacitet vil være halvt så stor, da massen er halvt så stor. Når vandets temperatur øges det samme, så skal der bruges halvt så meget energi, så der skal bruges 230,12 kJ. Nu ved vi, hvordan massen så vel som materialet påvirker varmekapaciteten. I dag har vi snakket om varmekapacitet. Vi har lært, det er den mængde af varme der skal tilføres for at ændre temperaturen af et materiale og at det måles i joules per Kelvin og den afhænger både af systemets masse og det materiale systemet består af. Vi gennemgik et par eksempler, der sætter nogle tal på den intuitative forståelse vi allerede havde af verden omkring os. Jeg vil opfordrer dig til at overveje, hvor varmekapacitet dukker op i din dagligdag. For eksempel, hvorfor er nogle ting mere tørre end andre når du tømmer opvaskemaskinen? Det kan du tænke lidt over. Tusind tak for at have lyttet med. Jeg håber, du har lært noget og at vi ser dig igen snart. Hej.