Specifik värme är ett mått som används inom termodynamik och kalorimetri som anger mängden värmeenergi som krävs för att öka temperaturen på en given massa av ett visst ämne med någon mängd. Även om olika mätskalor ibland används, hänvisar denna term vanligtvis specifikt till mängden som krävs för att höja 1 gram av något ämne med 1.8 °F (1 ° Celsius). Det följer att om dubbelt så mycket energi tillförs ett ämne, bör dess temperatur öka med dubbelt så mycket. Specifik värme uttrycks vanligtvis i joule, den enhet som vanligtvis används inom kemi och fysik för att beskriva energi. Det är en viktig faktor för vetenskap, teknik och för att förstå jordens klimat.
Värme och temperatur
Värmeenergi och temperatur är två olika begrepp, och det är viktigt att förstå skillnaden. Den första är en kvantitet inom termodynamiken som beskriver mängden förändring som ett system kan orsaka i sin miljö. Överföringen av denna energi till ett föremål får dess molekyler att röra sig snabbare; denna ökning av kinetisk energi är vad som mäts, eller upplevs, som en ökning av temperaturen.
Specifik värme och värmekapacitet
Dessa två egenskaper blandas ofta ihop. Den första är antalet joule som krävs för att öka temperaturen på en given massa av ett ämne med någon enhet. Det ges alltid ”per massaenhet”, till exempel 0.45 j/g°C, vilket är järns specifika värme, eller antalet joule värmeenergi för att höja temperaturen på ett gram järn med en grad Celsius. Detta värde är därför oberoende av mängden järn.
Värmekapacitet – ibland kallad ”termisk massa” – är antalet joule som krävs för att höja temperaturen på en viss materialmassa med 1.8 °F (1 °Celsius), och är helt enkelt materialets specifika värme multiplicerat med dess massa. Det mäts i joule per °C. Värmekapaciteten för ett föremål tillverkat av järn, och som väger 100g, skulle vara 0.45 X 100, vilket ger 45j/°C. Denna egenskap kan betraktas som ett objekts förmåga att lagra värme.
Den specifika värmen hos ett ämne gäller mer eller mindre över ett brett temperaturområde, det vill säga energin som krävs för att producera en grads ökning av ett givet ämne varierar endast något med dess initiala värde. Den gäller dock inte när ämnet genomgår en tillståndsändring. Till exempel, om värme kontinuerligt appliceras på en mängd vatten, kommer det att ge en temperaturhöjning i enlighet med vattnets specifika värme. När kokpunkten uppnås kommer det dock inte att ske någon ytterligare ökning; istället kommer energin att gå till att producera vattenånga. Detsamma gäller fasta ämnen när smältpunkten uppnås.
Ett nu föråldrat energimått, kalorin, baseras på vattnets specifika värme. En kalori är mängden energi som krävs för att höja temperaturen på ett gram vatten med 1.8°F (1°C) vid normalt lufttryck. Det motsvarar 4.184 joule. Lite olika värden kan ges för vattnets specifika värme, eftersom det varierar lite med temperatur och tryck.
effekter
Olika ämnen kan ha väldigt olika specifik värme. Metaller, till exempel, tenderar att ha mycket låga värden. Det betyder att de värms upp snabbt och svalnar snabbt; de tenderar också att expandera avsevärt när de blir varmare. Detta har konsekvenser för ingenjörskonst och design: man måste ofta ta hänsyn till expansion av metalldelar i strukturer och maskiner.
Vatten har däremot en mycket hög specifik värme – nio gånger så stor som järn och 32 gånger guld. På grund av vattnets molekylära struktur krävs det mycket energi för att höja dess temperatur med ens en liten mängd. Det betyder också att varmt vatten tar lång tid att svalna.
Denna egenskap är väsentlig för livet på jorden, eftersom vatten har en betydande stabiliserande effekt på det globala klimatet. Under vintern kyls haven långsamt och släpper ut en betydande mängd värme till miljön, vilket hjälper till att hålla den globala temperaturen någorlunda stabil. Omvänt, på sommaren krävs det mycket värme för att markant höja havstemperaturerna. Detta har en dämpande effekt på klimatet. Kontinentala interiörer, långt från havet, upplever mycket större temperaturextremer än kustregioner.