Specifična toplota je meritev, ki se uporablja v termodinamiki in kalorimetriji, ki navaja količino toplotne energije, ki je potrebna za povečanje temperature določene mase določene snovi za določeno količino. Čeprav se včasih uporabljajo različne merske lestvice, se ta izraz običajno nanaša na količino, ki je potrebna za dvig 1 grama neke snovi za 1.8 °F (1 °C). Iz tega sledi, da če se snovi doda dvakrat več energije, se njena temperatura poveča za dvakrat toliko. Specifična toplota je običajno izražena v džulih, enota, ki se običajno uporablja v kemiji in fiziki za opis energije. Je pomemben dejavnik v znanosti, tehniki in pri razumevanju zemeljskega podnebja.
Toplota in temperatura
Toplotna energija in temperatura sta dva različna pojma in razumevanje razlike je pomembno. Prva je količina v termodinamiki, ki opisuje količino sprememb, ki jih sistem lahko povzroči svojemu okolju. Prenos te energije na predmet povzroči, da se njegove molekule hitreje premikajo; to povečanje kinetične energije je tisto, kar se meri ali doživlja kot zvišanje temperature.
Specifična toplota in toplotna zmogljivost
Ti dve lastnosti se pogosto zamenjujeta. Prvi je število joulov, potrebnih za povečanje temperature določene mase snovi za neko enoto. Vedno je naveden »na enoto mase«, na primer 0.45 j/g°C, kar je specifična toplota železa ali število joulov toplotne energije za dvig temperature enega grama železa za eno stopinjo Celzija. Ta vrednost je torej neodvisna od količine železa.
Toplotna zmogljivost – včasih imenovana “toplotna masa” – je število joulov, potrebnih za dvig temperature določene mase materiala za 1.8 °F (1 °C), in je preprosto specifična toplota materiala, pomnožena z njegovo maso. Meri se v joulih na °C. Toplotna zmogljivost železnega predmeta, ki tehta 100 g, bi bila 0.45 X 100, kar bi dalo 45j/°C. To lastnost lahko obravnavamo kot sposobnost predmeta za shranjevanje toplote.
Specifična toplota snovi velja bolj ali manj v širokem temperaturnem razponu, to pomeni, da se energija, potrebna za dvig določene snovi za eno stopinjo, le malo razlikuje glede na njeno začetno vrednost. Vendar se ne uporablja, če se snov spremeni v agregatnem stanju. Če se na primer toplota nenehno uporablja za količino vode, bo to povzročilo dvig temperature v skladu s specifično toploto vode. Ko je vrelišče doseženo, pa nadaljnjega povečanja ne bo; namesto tega bo energija šla v proizvodnjo vodne pare. Enako velja za trdne snovi, ko je doseženo tališče.
Zdaj zastarelo merilo energije, kalorije, temelji na specifični toploti vode. Ena kalorija je količina energije, potrebna za dvig temperature enega grama vode za 1.8°F (1°C) pri normalnem zračnem tlaku. To je enakovredno 4.184 joula. Za specifično toploto vode so lahko podane nekoliko drugačne vrednosti, saj se nekoliko razlikuje glede na temperaturo in tlak.
učinki
Različne snovi imajo lahko zelo različne specifične toplote. Kovine, na primer, imajo ponavadi zelo nizke vrednosti. To pomeni, da se hitro segrejejo in hitro ohladijo; se tudi občutno razširijo, ko se segrejejo. To ima posledice za inženiring in načrtovanje: pogosto je treba upoštevati razširitev kovinskih delov v strukturah in strojih.
Voda ima nasprotno zelo visoko specifično toploto – devetkrat večjo od železa in 32-krat večjo od zlata. Zaradi molekularne strukture vode je potrebna velika količina energije, da se njena temperatura zviša že za majhno količino. To tudi pomeni, da se topla voda dolgo ohladi.
Ta lastnost je bistvenega pomena za življenje na Zemlji, saj ima voda pomemben stabilizacijski učinek na globalno podnebje. Pozimi se oceani počasi ohlajajo in sproščajo znatno količino toplote v okolje, kar pomaga ohranjati razmeroma stabilno globalno temperaturo. Nasprotno pa je poleti potrebno veliko toplote, da se temperature oceana znatno povečajo. To ima zmerni učinek na podnebje. V notranjosti celin, daleč od oceana, so temperature precej višje kot v obalnih regijah.