سعة الحرارة والحرارة النوعية

كيم وفيليب يريدان إعداد الشاي. هذا الكثير من الماء فيليب! سيتطلب غليه وقتا طويلا! كيم محقة. غلي المزيد من الماء يتطلب المزيد من الوقت والطاقة. لماذا؟ عندما نُسخن المياه، فإننا ننقل الطاقة الحرارية من الموقد إلى المياه. عندها، ترتفع حرارة الماء لأن الجزيئات بداخله تبدأ بالتحرك أسرع. يستقبل الماء طاقة حرارية، تتحول إلى طاقة حركة - الطاقة الحركية للجسيمات. بهذا الشكل تتخزن الطاقة داخل الماء. كمية الحرارة التي يمكن أن تستقبلها وتخزنها المادة هي سعتها الحرارية. تعتمد السعة الحرارية على ثلاث عوامل: - مقدار تغير درجة الحرارة - والكمية الموجودة المادة - ونوع المادة. الحرارة الأعلى تعني طاقة حركية أكبر للذرات. لذا كلما زدنا الحرارة، كلما تخزن المزيد من الطاقة في المادة. كمية المادة مهمة، لأنها تحدد عدد الجزيئات الموجودة. كل جزيء داخل المادة يخزن الطاقة، لذا كلما زادت، كلما تمكنت من استقبال وتحزين طاقة أكثر. عد الجزيئات لن يكون عمليا، لذا نستخدم الكتلة للتعبير عن كمية المادة. لنرى مدى تأثير نوع المادة على السعة الحرارية، لنقم بعمل تجربة! نبدأ بأخذ كوبين زجاجيين متماثلين. نملأ أحدهما ببعض الماء والآخر بنفس الكمية من الإيثانول. لنضعهما على نفس درجة الحرارة لنفس الكمية من الوقت - 60 ثانية. والآن، نقيس درجة الحرار في كل كوب، فهل ستختلف؟ لنرى... الإيثانول أكثر حرارة من الماء بكثير. هذا لأن كل من الإيثانول والماء يتكونان من جزيئات مختلفة، تتصل وتنتظم بطرق مختلفة. في بعض المواد، يكون من الأسهل للذرات التحرك - تزيد طاقتها الحركية بشكل أسرع، وكذلك درجة الحرارة. مواد أخرى كالماء، تحتاج لامتصاص المزيد من الحرارة من الخارج لتتحرك جزيئاتها. تزيد الطاقة الحركية للذرات ببطئ، وكذلك درجة الحرارة. كمية الحرارة المطلوبة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة بمقدار واحد درجة سيلسيوس أو واحد كيلفن هي خاصة بتلك المادة. تسمى تلك الخاصية بسعة حرارة النوع - أو الحرارة النوعية. المواد التي لها حرارة نوعية أعلى كالماء، يمكنها امتصاص وتخزين حرارة أكثر من تلك التي لها حرارة نوعية أقل كالإيثانول. يمكننا إدراج الحرارة النوعية لكثير من المواد في جدول للحرارة النوعية. لكن ماذا إن كان لدينا شيء لا نعرف المادة التي يتكون منها - كهذه الكرة المعدنية؟ لا يمكننا رؤية حرارتها النوعية في الجدول - لكننا سنقيسها بأنفسنا! نعرف أنها تزن نصف كيلوجرام، ولتسخينها بمقدار 50 كيلفن، نحتاج لـ 3250 وحد طاقة - أو جول. يمكننا أخذ هذه البيانات ووضعها في صيغة: الطاقة - 3250 جول تقسيم الكتلة - نصف كيلوجرام، وفارق الحرارة - 50 كيلفن، فنحصل على الناتج - الحرارة النوعية لهذا المعدن تساوي 130 جول لكل كيلوجرام كيلفن. همم، إن كانت الحرارة النوعية للماء تقريبا 4200 جول لكل كيلوجرام كيلفن، فهل تعرف أيهما يسخن أسرع - نصف كيلوجرام من الماء أم هذه الكرة المعدنية...؟