ما هي الحرارة النوعية؟
السعة الحرارية النوعية (\(c\)) هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من مادة ما بمقدار درجة مئوية واحدة. وهي خاصية ديناميكية حرارية أساسية تفسّر لماذا يسخن الماء ببطء بينما تسخن المعادن بسرعة. تعتمد هذه الحاسبة الشاملة على العلاقة بين الطاقة الحرارية والكتلة وتغيّر درجة الحرارة لإيجاد قيمة \(c\).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل ثلاث قيم: الطاقة الحرارية \(Q\) (بالجول)، والكتلة \(m\) (بالغرام)، وتغيّر درجة الحرارة \(\Delta T\) (بالدرجات المئوية). تقوم الحاسبة بقسمة الطاقة الحرارية على حاصل ضرب الكتلة في تغيّر درجة الحرارة لتعيد قيمة الحرارة النوعية بوحدة \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\). احرص على أن تكون قيمتا \(\Delta T\) و\(m\) مختلفتين عن الصفر لتجنّب الحصول على نتيجة غير معرّفة.
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$c = \frac{\text{Heat Energy } Q\text{ (J)}}{\text{Mass } m\text{ (g)} \times \Delta T\text{ (°C)}}$$ وهي ناتجة عن إعادة ترتيب معادلة انتقال الحرارة \(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\). هنا يمثّل \(Q\) الطاقة المضافة أو المسحوبة، و\(m\) الكتلة التي يجري تسخينها، و\(\Delta T\) تغيّر درجة الحرارة الناتج (النهائية ناقص الابتدائية). فكلما كانت قيمة \(c\) صغيرة دلّ ذلك على أن المادة تتغيّر درجة حرارتها بسهولة، وكلما كانت كبيرة دلّ ذلك على أن المادة تقاوم تغيّر درجة حرارتها.
مثال محلول
لنفترض أنه أُضيفت 4,180 جول من الحرارة إلى 100 غرام من الماء فارتفعت درجة الحرارة بمقدار 10 °C. عندئذٍ يكون $$c = \frac{4{,}180}{100 \times 10} = \frac{4{,}180}{1{,}000} = 4.18\ \text{J/(g}\cdot\text{°C)}$$ وهي القيمة المعروفة للحرارة النوعية للماء السائل.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات المستخدمة؟ الحرارة بالجول، والكتلة بالغرام، ودرجة الحرارة بالـ °C، فتكون النتيجة \(c\) بوحدة \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\). وبما أن قيمة \(\Delta T\) بالدرجة المئوية تساوي قيمتها بالكلفن، فإن القيمة نفسها تنطبق على \(\text{J/(g}\cdot\text{K)}\).
هل يمكن أن تكون \(\Delta T\) سالبة؟ إذا انطلقت الحرارة كان التغيّر سالبًا؛ ولكن باستخدام القيم المطلقة (\(Q\) موجبة مع \(\Delta T\) موجبة) نحصل على القيمة القياسية الموجبة للحرارة النوعية.
لماذا لا يمكن أن تساوي الكتلة أو \(\Delta T\) صفرًا؟ لأن القسمة على صفر غير معرّفة، لذا تتطلّب الحاسبة أن تكون الكتلة وتغيّر درجة الحرارة مختلفين عن الصفر.
