قانون الحرارة النوعية

بواسطة: - آخر تحديث: ٠٥:٤٠ ، ٢٢ أغسطس ٢٠١٩

الحرارة النوعية

الحرارة النوعية هي كمية الحرارة التي تلزم كي تتغير درجة حرارة الوحدة الواحدة من كتلة الجسم درجة مئوية واحدة، والتي رمزها (c)، وتُقاس بالجول/كغم كلفن، وبالتالي فالحرارة النوعية تختلف باختلاف المواد، وقد حدد العلماء الحرارة النوعية للمواد، وفيما يلي جدولًا يوضح الحرارة النوعية لبعض المواد على سبيل المثال لا الحصر [١]، هي كالآتي : [٢]

| البنزين|| 1.05
المادة حرارتها النوعية بالجول/كغم كلفن
الهواء 1.01
النحاس 0.38
الكحول الإيثيلي 2.42
الزجاج 0.78
بولي إيثيلين 2.4
الستانلس ستيل(الصلب 0.51
الحالة الصلبة للماء(الثلج) 2.03
الحالة السائلة للماء 4.184
الحالة الغازية للماء(البخار 2.01
الألمنيوم 0.887
الرمل 0.787
ملح الطعام 0.774
الكربون 0.531
الحديد 0.452
الذهب 0.131
اليورانيوم 0.117


قانون الحرارة النوعية

الحرارة التي يلزم أن تنساب من وحدة الكتلة من المادة (غم واحد منها) لتتغير درجة حرارتها درجة مئوية واحد تُسمى السعة الحرارية للمادة، فعند انتقال كمية من الحرارة ولنرمز لها بالرمز Q إلى كتلة من مادة رمزها m، فإن الارتفاع في درجة حرارتها هي TΔ، وبالتالي فالقانون الذي يربط هذه المتغيرات هو : Q = cm ΔT، حيث c هي درجة الحرارة، وكمثال تطبيقي، إذ علمنا أن 18.5 غم من معدن ما امتص كمية من الحرارة مقدارها 1170 جول، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة المعدن من 25 درجة مئوية إلى 92.5 درجة مئوية، والمطلوب حساب الحرارة النوعية لهذا المعدن، وبتطبيق المعطيات على القانون فإن القيمة المجهولة في المعادلة هي c، أي الحرارة النوعية للمادة، وبالتالي تصبح (92.5-25)× 18.5× القيمة المجهولة = 1170، ومنها قيمة c ستكون 0.937 جول/كغم. [٣]


تفسير الحرارة النوعية للمواد

الحرارة النوعية للماء على سبيل المثال هي الحرارة التي تلزم لرفع درجة غرام واحد من الماء درجة مئوية واحدة، وهي كما في الجدول السابق 4.184 الجول/كغم كلفن، وهي قيمة ثابته لا تتغير، وبالتالي فالحرارة النوعية لبقية المواد هي ما يميزها عن بعضها في مدى تأثرها بالحرارة، فكلما كانت الحرارة النوعية للمادة قليلة، فإن ذلك يدل على امتصاصها كمية قليلة من الحرارة، وبالتالي ترتفع درجة حرارتها بوضوح، والعكس صحيحًا، فمثلًا في حال تعرض الماء للحرارة، فإن واحد غرام منها يمتص كمية من الحرارة هي 4.184 جول حتى تصبح درجة حرارته درجة مئوية واحدة، بينما عند تعرض الألمنيوم للحرارة فإن واحد غرام منه يمتص حرارة مقدارها 0.9 جول حتى تصبح حرارته درجة مئوية واحدة، مما يفسر استخدام الماء السائل في تبريد محركات السيارات، إذ أن الماء يمتص حرارة المحرك دون أن ترتفع درجة حرارته كثيرًا؛ وذلك لأن الحرارة النوعية للماء مرتفعة، أي أنها تمتص كمية كبيرة من الحرارة، ولكن لا ترتفع حرارتها بصورة ملموسة. [٢]


تأثيرات الحرارة النوعية

اختلاف الحرارة النوعية بين المواد سببًا هامًا في نشوء الكثير من الظواهر الطبيعية، وتوجد أهمية للحرارة النوعية في مجال المناخ واختلاف الطقس، وكذلك فيما يتعلق بأهمية الحرارة النوعية للماء لجسم الإنسان، وفيما يأتي تفصيلًا لذلك : [٤][١]

  • يشكل الماء 70% من سطح الكرة الأرضية، وما تبقى أي 30% هو يابسة، وأن الاختلاف في الحرارة النوعية بين اليابسة والماء وما يتميز به كل منهما من خصائص فإنها هي من تساهم المساهمة الأكبر في اختلاف الطقس وحدوث الظواهر المصاحبة له، إذ أن اليابسة تسخن بسرعة أكبر وتفقد حرارتها بسرعة، في حين أن الماء يسخن ببطء ويفقد حرارته ببطء أيضًا، فهذه الحالة ناتجة عن الاختلاف في الحرارة النوعية بينهما، مما يُنشأ العديد من الظواهر الطبيعية، كنسيم البحر ونسيم البر وتكوّن المنخفضات والمرتفعات الجوية.
  • يفيد العلماء في مجال الطب ودراسة جسم الإنسان أن الحرارة النوعية للماء هي 4180 جول، أي أن الماء يحتاج إلى هذه الكمية من الطاقة كي يرفع كيلو غرام درجة مئوية واحدة منه، وبالتالي فهو يعد أكثر العناصر سعةً للحرارة في الطبيعة، أما فيما يتعلق بفائدته لجسم الإنسان الذي يشكل 70% منه، فهو يساعده في بقاء درجة حرارته حول المعدل الطبيعي الذي خلقة الله لها، فالماء يمتص الحرارة ويحافظ على درجة حرارة الأجسام التي يمر من خلالها.


تعريف الحرارة

تختلف الحرارة باختلاف المواد ونوعيتها، فأن المواد تتتباين في توصيلها للحرارة، فمنها ما هو جيد التوصيل للحرارة، ومنها ما هو رديء التوصيل للحرارة، وسبب هذا الاختلاف هو تباعد الذرات بين جزيئات المواد، فالحديد مثلًا أكثر تماسًا للجزيئات منه في الخشب، فجزيئاته تتلاصق بجانب بعضها البعض وتكون واضحة عند وضع قطعة من الحديد وفحصها تحت المجهر، أما الماء كمثال آخر فإن ثمة تباعد بين جزيئاته والترابط بينها ضعيف، مما يسمح للحرارة بالمرور فيه وتسخينه بسرعة أكثر من غيره من المواد، وبالتالي فالحرارة هي مؤشر لكمية الطاقة الداخلية للأجسام، وهي تنتقل في أي حالة من حالات المادة الصلبة والسائلة والغازية، ويمكن قياسها من خلال الترمومتر، أما كيفية انتقال الحرارة من جسم لآخر فتوجد ثلاث طرق لانتقالها، وهي إما بالتوصيل أو بالإشعاع أو بطريقة الحمل الحراري، وأبسط مثال على انتقال الحرارة عندما تلامس قطعة حديد باردة قطعة أخرى ساخنة فإنه من الطبيعي أن تنتقل الطاقة الحرارية من القطعة الساخنة للقطعة الباردة. [١]


المراجع

  1. ^ أ ب ت Meram Mohamed (13-1-2019)، "بحث كامل عن الحرارة النوعية "، mlzamty، اطّلع عليه بتاريخ 11-7-2019. بتصرّف.
  2. ^ أ ب "الحرارة النوعية والسعة الحرارية + مسائل محلولة"، learnchemistry12، اطّلع عليه بتاريخ 11-7-2019. بتصرّف.
  3. "السعة الحرارية النوعية"، almerja، 27-6-2016، اطّلع عليه بتاريخ 11-7-2019. بتصرّف.
  4. وداد السعودي، "هل للطقس وتغيراته علاقة بتوزيع الماء واليابسة على الأرض؟"، arabiaweather، اطّلع عليه بتاريخ 11-7-2019. بتصرّف.