السعة الحرارية النوعية – تسخين مواد مختلفة

ماذا تعرض

السعة الحرارية النوعية c هي الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 kg من المادة بمقدار 1 K، لذا تكون كمية الحرارة المنتقلة Q = m·c·Δt. في هذه المحاكاة تبدأ عينتان متساويتان في الكتلة من درجة الحرارة نفسها، وتتلقيان الحرارة بالمعدل نفسه P دون أي فقد. ترتفع درجة حرارة كل منهما خطيًا مع الزمن بميل P/(m·c). فالماء، وسعته c = 4200 J/(kg·K)، يسخن أبطأ من غيره، أما النحاس، وسعته 380 J/(kg·K)، فيسخن أسرع. وهذا يفسّر استخدام الماء في التبريد، وصغر الفرق اليومي في درجات الحرارة في المناطق الساحلية.

طريقة الاستخدام

اختر مادتين في «المادة A» و«المادة B»، مثل الماء والألومنيوم، واتركهما تسخنان المدة نفسها. قارن ارتفاع درجة الحرارة على المحرارين وميل الخطين على المنحنى، ثم قارن نسبتهما بنسبة قيمتي c. اضغط «إعادة التسخين» بعد تغيير «كتلة كل عينة» أو «قدرة مصدر الحرارة»، ولاحظ كيف يتغير الميلان بينما تبقى النسبة بينهما ثابتة.

المعاملات القابلة للتغيير

• المادة A الماء, زيت الطبخ, الألومنيوم, النحاس, الحديد
• المادة B الماء, زيت الطبخ, الألومنيوم, النحاس, الحديد
• كتلة كل عينة 0.1–3 kg
• قدرة مصدر الحرارة 50–1500 W
• درجة الحرارة الابتدائية 0–40 °C

أسئلة للاستكشاف

1. بعد مدة التسخين نفسها، أي مادة ترتفع درجة حرارتها أكثر من غيرها، ولماذا؟
2. إذا ضوعفت كتلة كل عينة، فماذا يحدث لميل منحنى درجة الحرارة–الزمن؟
3. لماذا تُصنع أواني الطبخ عادةً من فلزات ذات سعة حرارية نوعية منخفضة؟