Specifična toplota
Specifična toplota predstavlja energiju potrebnu za podizanje temperature jedinične mase za jedinicu temperature.
Dimenzije su energija po masi po stepenu a u SI sistemu se izražava u jedinicama Džul po kilogram- kelvinu.
Specifična toplota (c) je veličina koja se koristi za izračunavanje energije potrebne da bi se telu proizvoljne mase podigla temperatura za proizvoljni iznos:
Promena unutrašnje energije (ΔE) tela je proporcijalna masi tela (m) i promeni temperature (Δt).
Ova zakonitost je približno tačna, pod uslovom da telo ne menja agregatno stanje ni fazu i da se toplotni kapacitet ne menja znatno u odabranom temperaturnom intervalu.
Pored hemijskog sastava, specifična toplota zavisi i od temperature. Na temperaturama bliskim sobnoj ta se zavisnost za većinu primena može zanemariti, međutim, u istraživanjima temperaturska zavisnost se uzima u obzir. Zato se za važnije materijale saopštavaju specifične toplote na raznim temperaturama ili se daju empirijske jednačine za njihovo izračunavanje. Na niskim temperaturama za idealne kristale postoje prilično tačne teorije specifične toplote, Ajnštajnova i Debajeva, kojim se opisuje zavisnost specifične toplote od temperature. Specifična toplota čvrstih tela osetno pada kada se dostignu temperature bliske apsolutnoj nuli i tada je proporcionalna trećem stepenu temperature.
Kod gasova specifična toplota pored vrste gasa (jednoatomski, dvoatomski...) zavisi i od toga da li se sa promenom temperature kod gasa održava stalan pritisak ili cp) ili stalna zapremina (cv). Gas na stalnom pritisku vrši rad (jer tada mora da raste zapremina) pa je cp > cv. Za idealne gasove odnos toplotnih kapaciteta je konstanta i iznosi 5/3.
Specifične toplote nekih materija[uredi | uredi izvor]
| Supstancija | Agregatno stanje | Specifična toplota J/(kg·K) |
|---|---|---|
| Aluminijum | čvrsto | 900 |
| Mesing (legura Cu i Zn) | čvrsto | 377 |
| Bakar | čvrsto | 385 |
| Dijamant | čvrsto | 502 |
| Etanol | tečno | 2460 |
| Zlato | čvrsto | 129 |
| Grafit | čvrsto | 720 |
| Gvožđe | čvrsto | 444 |
| Litijum | čvrsto | 3582 |
| Živa | tečno | 139 |
| Nafta | tečno | ≈ 2000 |
| Voda | tečno | 4186 |
| čvrsto (0 °C) | 2060 | |
| Vazduh | gas | ≈ 786,9 |
| tamo gde drugačije nije naznačeno, upotrebljeni su normalni uslovi | ||
Merenje odnosa specifičnih toplota cp/cv vazduha[uredi | uredi izvor]
Kada se gas zagreva u sudu stalne zapremine, ima se specifična toplota gasa pri konstantnoj zapremini cv, a takvo stanje gasa karakteriše izohora. Gas može da se zagreva i tako da se širi zadržavajući stalni pritisak, tada se ima specifična toplota gasa pri stalnom pritisku cp, a tako stanje gasa karakteriše izobara. Pri konstantnoj temperaturi stanje gasa je okarakterisano izotermom i tada je pV = const. Promenu stanja gasa bez razmene toplote sa okolinom karakteriše adijabata, za koju važi pVκ = const, gde je κ = cp /cv adijabatska konstanta. Tada je gas toplotno izolovan od okoline, ili se proces ispuštanja gasa iz suda vrši toliko brzo da nema razmene toplpte sa okolinom, kao što je slučaj u ovom eksperimentu. Ako se na istom gasu izvrši adijabatska i izotermna promena stanja gasa može da se odredi cp/cv.[1],[2],[3],[4]
Delovi aparature[uredi | uredi izvor]
- postolje
- vertikalni nosač
- stakleni balon veće zapremine, 10l
- zatvarač balona kroz koji prolaze dve cevi
- staklena cev na kojoj je
- staklena slavina (ventil), gde se priključuje
- vazdušna pumpa
- staklena cev na kojoj je
- gumeno crevo povezano sa jednim krajem
- otvorenog živinog manometara
- CaCl2 za sušenje vazduha u balonu
- kritični gornji nivo u manometru
- kritični donji nivo u manometru
Merni postupak:[uredi | uredi izvor]
- Otvoriti staklenu slavinu (6), i pumpom (7) ubaciti vazduh u stakleni balon (3) tako da pritisak u balonu (3) bude veći od atmosferskog za 3-5 cm Hg (na jednu i drugu stranu živinog manometra (10)), i zatvoriti slavinu (6), (pritisak ne sme biti veći, jer može doći do prskanja balona).
- Staklena slavina (6) se zatvori, a pumpa (7) skine sa nje, tako da staklena cev (5) na slavini (6) ostane slobodna, sačeka se nekoliko minuta da se temperature vazduha u balonu (3) (koja je porasla tokom punjenja ) izjednači sa okolnom, što se konstatuje po pritisku koji je ustaljen, a što se uočava smirivanjem visinske razlike u manometru (10)..
- Pročitati razliku nivoa žive u manometru (10), h1.
- Otvoriti staklenu slavinu (6), kratko, 2s-3s, a onda je brzo zatvoriti, što je dovoljno da se pritisak u balonu (3) izjednači sa atmosferskim . Zbog kratkog trajanja došlo je do adijabatskog procesa.
- Sačeka se nekoliko minuta da se temperatura vazduha u balonu (3) (koja je opala tokom pražnjenja) izjednači sa okolnom, zagrevanje vazduha odigrava se pri konstantnoj zapremini, tj. u pitanju je izohorski proces, tokom koga se povećava pritisak dok se ne ustali.
- Pročitati razliku nivoa žive u manometru (10), h2 (h2 > h1).
- U krajnjem stanju, vazduh u balonu je ponovo na sobnoj temperaturi, kao što je bio i na početku. Otuda se celokupan proces može prikazati kao da je postojala izotermna promena stanja vazduha.
- Postupak merenja ponoviti više puta.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ Pavlović, Vera. Praktikum laboratorijskih vežbi iz fizike i merenja: za studente mašinskog fakulteta. Beograd: Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu (2016). ISBN 978-86-7083-903-8.
- ^ Stanković, Dragan. Praktikum laboratorijskih vežbi iz fizike. Beograd: Zavod za fiziku tehničkih fakulteta Univerziteta u Beogradu (2005). ISBN 978-86-906199-0-0.
- ^ Dimić, Gojko L. Metrologija u fizici: viši kurs (2. izd.). Beograd: Tehnološko-metarulški fakultet Univerziteta u Beogradu (2005). ISBN 978-86-7401-220-8.
- ^ Vučić, Vlastimir. Osnovna merenja u fizici (23. izd.). Beograd: Građevinska knjiga (2000).
