Supponi di aver versato una quantità fissa di acqua in due diversi bicchieri. Un becher è alto e stretto e l'altro è alto e largo. Se la quantità di acqua versata in ciascun becher è la stessa, ci si aspetterebbe che il livello dell'acqua fosse più alto nel becher stretto.

La larghezza di questi secchi è analoga al concetto di capacità termica specifica. In questa analogia, l'acqua che viene versata nei secchi può essere considerata come l'energia termica aggiunta a due materiali diversi. L'aumento di livello sui secchi è analogo al conseguente aumento di temperatura.
Che cos'è la capacità termica specifica?

La capacità termica specifica di un materiale è la quantità di energia termica richiesta per aumentare una massa unitaria di quel materiale di 1 Kelvin (o grado Celsius). Le unità SI di capacità termica specifica sono J /kgK (joule per chilogrammo × Kelvin).

Il calore specifico varia a seconda delle proprietà fisiche di un materiale. Pertanto, è un valore che in genere si cerca in una tabella. Il calore Q
aggiunto a un materiale di massa m
con capacità termica specifica c
provoca una variazione di temperatura ΔT
determinata dalla seguente relazione :
Q \u003d mc \\ Delta T Il calore specifico dell'acqua

La capacità termica specifica del granito è 790 J /kgK, il piombo è 128 J /kgK, il vetro è 840 J /kgK, di il rame è 386 J /kgK e l'acqua è 4.186 J /kgK. Nota quanto più grande è la capacità termica specifica dell'acqua rispetto alle altre sostanze nell'elenco. Si scopre che l'acqua ha una delle più alte capacità di calore specifiche di qualsiasi sostanza.

Le sostanze con maggiori capacità di calore specifiche possono avere temperature molto più stabili. Cioè, le loro temperature non oscilleranno tanto quando si aggiunge o si rimuove l'energia termica. (Ripensa all'analogia del becher all'inizio di questo articolo. Se aggiungi e sottrai la stessa quantità di liquido al becher largo e al becher stretto, il livello cambia molto meno nel becher largo.)

È per questo che le città costiere hanno climi molto più temperati rispetto alle città interne. Essere vicini a un corpo idrico così grande stabilizza le loro temperature.

La grande capacità termica specifica dell'acqua è anche il motivo per cui, quando togli una pizza dal forno, la salsa ti brucerà ancora anche dopo che la crosta si è raffreddata . La salsa contenente acqua deve emettere molta più energia termica prima che possa scendere di temperatura rispetto alla crosta.
Esempio di capacità termica specifica

Supponi di aggiungere 10.000 J di energia termica a 1 kg di sabbia ( c
_{s \u003d 840 J /kgK) inizialmente a 20 gradi Celsius, mentre la stessa quantità di energia termica viene aggiunta a una miscela di 0,5 kg di sabbia e 0,5 kg di acqua, anche inizialmente a 20 C. Come si confronta la temperatura finale della sabbia con la temperatura finale della miscela sabbia /acqua?}

Soluzione: Innanzitutto, risolvere la formula del calore per ΔT
per ottenere:
\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {mc}

Per la sabbia, quindi, ottieni la seguente variazione di temperatura:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10.000} {1 \\ times 840} \u003d 11.9 \\ text {gradi}

Il che fornisce una temperatura finale di 31,9 C.

Per la miscela di sabbia e acqua, è un po 'più complicato. Non puoi semplicemente dividere l'energia del calore equamente tra acqua e sabbia. Sono mescolati insieme, quindi devono subire lo stesso sbalzo di temperatura.

Sebbene tu conosca l'energia termica totale, non sai quanto ognuno riceve all'inizio. Lascia che Q _{s sia la quantità di energia dal calore che la sabbia riceve e Q w
sia la quantità di energia che l'acqua riceve. Ora usa il fatto che Q \u003d
Q s + Q w
per ottenere quanto segue:
Q \u003d Q_s + Q_w \u003d m_sc_s \\ Delta T + m_wc_w \\ Delta T \u003d (m_sc_s + m_wc_w) \\ Delta T}

Ora è semplice risolvere per ΔT:

\\ Delta T \u003d \\ frac {Q} {m_sc_s + m_wc_w}

Collegando i numeri si ottiene quindi:
\\ Delta T \u003d \\ frac {10.000} {0,5 \\ volte 840 + 0,5 \\ volte 4.186} \u003d 4 \\ testo {gradi}

La miscela aumenta solo di 4 ° C, per un finale temperatura di 24 ° C, significativamente inferiore alla sabbia pura!