ما هي السعة الحرارية النوعية؟
السعة الحرارية النوعية (\(c\)) هي كمية الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة وحدة كتلة واحدة من مادة ما بمقدار درجة واحدة. وهي خاصية حرارية أساسية تفسّر لماذا تسخن بعض المواد بسرعة بينما تقاوم مواد أخرى — مثل الماء — أيّ تغيّر في درجة الحرارة. تتيح لك هذه الحاسبة إيجاد قيمة \(c\) اعتمادًا على الطاقة الحرارية والكتلة وتغيّر درجة الحرارة المقاسة تجريبيًا.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل الطاقة الحرارية \(Q\) بوحدة الجول، والكتلة \(m\) بالغرامات، إضافةً إلى درجة الحرارة الابتدائية (\(T_1\)) ودرجة الحرارة النهائية (\(T_2\)) بالدرجات المئوية. تحسب الأداة تغيّر درجة الحرارة \(\Delta T = T_2 - T_1\)، ثم تقسم \(Q\) على ناتج ضرب الكتلة في \(\Delta T\) لتعطيك السعة الحرارية النوعية بوحدة جول لكل غرام لكل درجة مئوية، أي \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\).
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$c = \frac{\text{Heat Energy }Q}{\text{Mass }m \cdot \left(\text{Final }T_2 - \text{Initial }T_1\right)}$$ وهي صيغة مُعاد ترتيبها من معادلة الحرارة الكلاسيكية \(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\). حيث تمثّل \(Q\) الحرارة المضافة (بالجول)، و\(m\) الكتلة، و\(\Delta T\) تغيّر درجة الحرارة. ولأن تغيّر درجة واحدة على مقياس سلسيوس يساوي تغيّر درجة واحدة على مقياس كلفن، فإن النتيجة واحدة سواء فكّرت بوحدة °C أو K.
مثال محلول
افترض أن 4180 جول من الحرارة رفعت درجة حرارة 100 غرام من الماء من 20 °C إلى 30 °C. عندئذ يكون تغيّر درجة الحرارة \(\Delta T = 30 - 20 = 10\ \text{°C}\). ومنه: $$c = \frac{4180}{100 \times 10} = \frac{4180}{1000} = 4.18\ \text{J/(g}\cdot\text{°C)}$$ — وهي القيمة المعروفة للسعة الحرارية النوعية للماء السائل.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات المستخدمة هنا؟ تُدخَل \(Q\) بالجول، والكتلة بالغرامات، ودرجة الحرارة بالدرجات المئوية، فتكون \(c\) بوحدة \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\). وللتحويل إلى \(\text{J/(kg}\cdot\text{°C)}\) اضرب النتيجة في 1000.
لماذا يجب أن تختلف درجتا الحرارة؟ إذا كانت \(T_1\) تساوي \(T_2\) فإن \(\Delta T\) تساوي صفرًا، وعندها تتضمّن المعادلة قسمةً على صفر فيتعذّر حساب السعة الحرارية — لذا استخدم دائمًا درجتي حرارة مختلفتين.
هل يمكنني استخدام مقياس كلفن؟ نعم. فالفرق في درجة الحرارة بوحدة كلفن يساوي الفرق نفسه بالدرجة المئوية، لذا تبقى قيمة \(c\) المحسوبة دون تغيير.
