خطوات الاستخدام
الخطوة الأولى: إدخال كتلة المادة (m) بوحدة الكيلوجرام (kg). الكتلة تمثل كمية المادة التي نريد حساب كمية الحرارة اللازمة لتسخينها أو تبريدها. في المعادلة q = mcΔT، الكتلة هي عامل مضاعف: فكلما زادت الكتلة، زادت كمية الحرارة المطلوبة لتغيير درجة حرارتها بمقدار معين، لأن الحرارة تمتصها الجزيئات.
الخطوة الثانية: إدخال السعة الحرارية النوعية للمادة (c) بوحدة جول/(كجم·كلفن) أو جول/(كجم·°م). السعة الحرارية النوعية هي خاصية فيزيائية تعبر عن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة (أو كلفن واحد). تختلف هذه القيمة بين المواد: فالماء له سعة حرارية نوعية عالية (4184 جول/(كجم·°م)) بينما المعادن مثل النحاس أقل (385 جول/(كجم·°م)).
الخطوة الثالثة: إدخال التغير في درجة الحرارة (ΔT) بوحدة كلفن أو درجة مئوية (الفرق نفسه). التغير في درجة الحرارة هو الفرق بين درجة الحرارة النهائية والابتدائية (T₂ - T₁). إذا كان التغير موجباً، فهذا يعني تسخين (امتصاص حرارة)، وإذا كان سالباً، فهو تبريد (فقدان حرارة). يمكن إدخاله مباشرة كعدد موجب أو سالب.
الخطوة الرابعة: حساب كمية الحرارة (q) باستخدام المعادلة q = m × c × ΔT. الناتج يكون بوحدة الجول (J). إذا كانت الكتلة بالجرام، يجب تحويلها إلى كيلوجرام بالقسمة على 1000. الآلة الحاسبة تقوم بالضرب مباشرة وتعطي الناتج مع وحدة الجول. يمكن عرض الناتج أيضاً بالكيلوجول (kJ) بتقسيم الناتج على 1000.
أمثلة محلولة
تطبيقات عملية على حساب السعة الحرارية بخطوات الحل كاملة.
الحل
المعطيات: m = 2 kg, c = 4184 J/(kg·°C), ΔT = 100°C - 20°C = 80°C. نطبق المعادلة: q = m × c × ΔT = 2 × 4184 × 80. أولاً نضرب 2 × 4184 = 8368. ثم نضرب 8368 × 80 = 669440 جول. أي 669.44 كيلوجول. هذا يوضح لماذا تسخين الماء يحتاج طاقة كبيرة، لأن الماء لديه سعة حرارية نوعية عالية جداً مقارنة بالعديد من المواد الأخرى.
الحل
المعطيات: m = 0.5 kg, c = 385 J/(kg·°C), ΔT = 25°C - 150°C = -125°C (سالب يعني فقدان حرارة). نطبق: q = 0.5 × 385 × (-125). أولاً 0.5 × 385 = 192.5. ثم 192.5 × (-125) = -24062.5 جول. الإشارة السالبة تعني أن الحرارة خرجت من النحاص إلى المحيط. القيمة المطلقة 24062.5 جول (24.0625 كيلوجول) هي كمية الحرارة المفقودة. لاحظ أن النحاس يفقد حرارة أقل من الماء بسبب سعته الحرارية النوعية المنخفضة.
أمثلة محسوبة
قيم مُدخَلة ونتيجة محسوبة فعليًا بواسطة حساب السعة الحرارية.
قيم مُدخَلة قياسية
- m
- 100
- c
- 4.18
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 10
قيم مُدخَلة مرتفعة
- m
- 170
- c
- 7.11
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 40
قيم مُدخَلة منخفضة
- m
- 20
- c
- 0.84
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 5
قيم مُدخَلة قياسية
- m
- 80
- c
- 80
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 80
قيم مُدخَلة مرتفعة
- m
- 10
- c
- 10
- فرق درجة الحرارة (ΔT)
- 10