Šilumos kiekis. Savitoji šiluma

Šiluma savaime pereina nuo šiltesnio kūno prie šaltesnio. Kūnas, kuris gauna šilumos kiekį, įgyja vidinės energijos, o kuris netenka, vidinės energijos praranda.

A. Automobilį šildo Saulės šviesa: jis gauna šilumos kiekį, jo vidinė energija didėja.

B. Karštas pyragas šiltesnis už virtuvės orą: jis netenka šilumos kiekio, jo vidinė energija mažėja.

C. Šaldytuve oras šaltesnis už pieno pakelį: pakelis netenka šilumos kiekio, jo vidinė energija mažėja.

D. Židinys šiltesnis už kambario orą: oras gauna šilumos kiekį, jo vidinė energija didėja.

Savitoji šiluma rodo, kiek šilumos reikia 1 kg medžiagos temperatūrai pakelti $1\text{°C}$. Atvėsdamas $1\text{°C}$, 1 kg medžiagos atiduoda tiek pat šilumos. Todėl kiekvieno ritinio vidinė energija sumažėjo tiek džaulių, kokia yra jo medžiagos savitoji šiluma (žr. lentelę): plieno $460\mathrm{J}$, stiklo $840\mathrm{J}$, aliuminio $900\mathrm{J}$.

a) Masė ta pati, o temperatūros pokytis 2 kartus didesnis ($20\text{°C}$ vietoj $10\text{°C}$), todėl šilumos reikia 2 kartus daugiau:

$$2\cdot 42000\mathrm{J}=84000\mathrm{J}\mathrm{.}$$

b) Temperatūros pokytis tas pats, o masė 3 kartus didesnė, todėl šilumos reikia 3 kartus daugiau:

$$3\cdot 42000\mathrm{J}=126000\mathrm{J}\mathrm{.}$$

1 kg vandens temperatūrai pakelti $1\text{°C}$ reikia $4200\mathrm{J}$, o 1 kg aliuminio tik $900\mathrm{J}$. Masės ir temperatūros pokyčiai vienodi, todėl vandeniui šilumos reikia tiek kartų daugiau, kiek kartų jo savitoji šiluma didesnė:

$$4200:900\approx \mathrm{4,7.}$$

Kaitintuvai vienodi, todėl per tą patį laiką visi gabalai gauna vienodą šilumos kiekį. Jų masės irgi vienodos. Tada labiausiai sušyla gabalas, kurio savitoji šiluma mažiausia, o mažiausiai tas, kurio savitoji šiluma didžiausia.

Švino savitoji šiluma mažiausia ($130\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$), todėl jo temperatūra kyla greičiausiai: tai 3 grafikas. Aliuminio savitoji šiluma didžiausia ($900\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$), todėl jo temperatūra kyla lėčiausiai: tai 2 grafikas. Varis ($380\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$) yra per vidurį: 1 grafikas.

Iš lentelės matyti, kad temperatūrai pakilus $2\text{°C}$, kūnas gauna $900\mathrm{J}$ šilumos. Vadinasi, temperatūrai pakelti $1\text{°C}$ šiam kūnui reikia 2 kartus mažiau:

$$900\mathrm{J}:2=450\mathrm{J}\mathrm{.}$$

Kūno masė $\mathrm{0,5}\mathrm{k}\mathrm{g}$, o savitoji šiluma rodo, kiek šilumos reikia 1 kg. Masė 2 kartus didesnė, todėl šilumos reikia 2 kartus daugiau:

$$2\cdot 450\mathrm{J}=900\mathrm{J}\mathrm{.}$$

Taigi $c=900\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$. Pagal lentelę tai aliuminis.

a) Kol svarstis šaltesnis už vandenį, jis gauna šilumos ir šyla. Svarsčiai nustojo šilti, kai jų temperatūra susilygino su vandens temperatūra. Visi jie tame pačiame vandenyje, todėl jų temperatūros vienodos.

b) Pradinės temperatūros vienodos ir galinės vienodos, todėl temperatūros pokyčiai vienodi. Masės irgi vienodos. Tada daugiau šilumos gauna svarstis, kurio savitoji šiluma didesnė: plieno $460$, vario $380$, švino $130\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$. Daugiausia šilumos gavo plieninis svarstis, mažiausia švininis.

Vandens savitoji šiluma $4200\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$, o oro tik $1000\mathrm{J}\mathrm{/}(\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot \text{°C})$: atvėsdamas $1\text{°C}$, 1 kg vandens atiduoda daugiau nei 4 kartus daugiau šilumos negu 1 kg oro.

Be to, šilumos kiekis priklauso nuo masės. 1 l vandens masė yra 1 kg, o 1 l oro masė tik apie 1,3 g, todėl pūslėje oro masė būtų šimtus kartų mažesnė. Toks oras, atvėsdamas, atiduotų labai mažai šilumos ir greitai atšaltų.