حاسبة الحرارة النوعية

آخر تحديث: 2026-05-18

ما هي السعة الحرارية النوعية؟

السعة الحرارية النوعية هي مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كيلوغرام واحد من مادة ما بمقدار كلفن واحد. وتُعطى الحرارة $Q$ المتبادلة عند تعرض جسم كتلته $m$ وسعته الحرارية النوعية $c$ لتغير في درجة الحرارة $\Delta T$ بالعلاقة $Q = mc\Delta T$. تشير القيمة الموجبة لـ $Q$ إلى امتصاص الحرارة، بينما تشير القيمة السالبة إلى إطلاقها.

معادلة الحرارة النوعية

$$Q = m \times c \times \Delta T$$

الرمز	الكمية الفيزيائية	الوحدة في النظام الدولي
Q	الطاقة الحرارية	J (جول)
m	الكتلة	kg (كيلوغرام)
c	السعة الحرارية النوعية	J/(kg·K)
ΔT	التغير في درجة الحرارة (Tالنهائية − Tالابتدائية)	K (= °C عدديًا)

Q الموجبة تعني أن المادة امتصت حرارة (ارتفعت درجة حرارتها). Q السالبة تعني أنها أطلقت حرارة (انخفضت درجة حرارتها). الفرق في درجة الحرارة بالكلفن والدرجة المئوية متطابقان عدديًا، لذا تنطبق المعادلة على كلا السلمَّين لحساب ΔT.

السعة الحرارية النوعية لمواد شائعة

المادة	c (J/kg·K)	ملاحظات
الماء (سائل)	4186	الأعلى بين المواد الشائعة
الجليد	2090
بخار الماء	2010
الإيثانول	2440
الألومنيوم	900	شائع في أواني الطهي
الهواء	1005	عند ضغط ثابت
الحديد	449
النحاس	385
الرصاص	128	الأدنى بين المعادن الشائعة
الزجاج	~840	يتفاوت حسب التركيبة

السعة الحرارية النوعية العالية استثنائيًا للماء (4186 J/kg·K) تفسر لماذا يحتاج إناء الماء إلى وقت طويل حتى يغلي، ولماذا تُعتدل المناخات الساحلية بفضل قرب البحار والمحيطات.

مثال محلول

تسخين 2 كيلوغرام من الماء من 15 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية:

$$\Delta T = 95 - 15 = 80\text{ °C} = 80\text{ K}$$ $$Q = 2\text{ kg} \times 4{,}186\text{ J/(kg·K)} \times 80\text{ K} = 669{,}760\text{ J} \approx 670\text{ kJ}$$

الكيلوكالوري الغذائي يساوي 4184 J، لذا تقابل هذه الطاقة نحو 160 kcal — أي ما يعادل تقريبًا طاقة تفاحة صغيرة.

السبب الجزيئي لارتفاع سعة الماء الحرارية

تكوّن جزيئات الماء روابط هيدروجينية تستلزم طاقة كبيرة لكسرها قبل أن ترتفع درجة الحرارة. هذه خاصية متأصلة في البنية الجزيئية للماء تجعله استثناءً بين السوائل. والتبعات العملية لذلك:

• تنظيم المناخ: تشهد المدن الساحلية تذبذبًا أقل في درجات الحرارة مقارنةً بالمدن الداخلية على الخط العرضي نفسه.
• الطهي: يمتص الماء كميات كبيرة من الحرارة قبل الغليان، مما يوفر تسخينًا متجانسًا للطعام.
• أنظمة التبريد: تستغل مبردات السيارات والمبادلات الحرارية الصناعية وأنظمة تبريد المعالجات الحاسوبية السعة الحرارية العالية للماء.

القياس بالمسعر الحراري

يقيس المسعر الحراري تبادل الحرارة بين المواد. في تجربة المسعر الحراري بكوب الإسفنج:

1. يُغمر مسبار معدني ساخن (كتلته m₁ وسعته الحرارية c₁) في ماء أبرد (كتلته m₂ وسعته c₂ = 4186 J/kg·K).
2. يصل الخليط إلى التوازن الحراري عند درجة الحرارة T_eq.
3. الحرارة المفقودة من المعدن = الحرارة المكتسبة للماء:

$$m_1 c_1 (T_1 - T_{eq}) = m_2 c_2 (T_{eq} - T_2)$$

حل المعادلة بالنسبة لـ c₁ يعطي السعة الحرارية النوعية المجهولة. وهذه هي التقنية القياسية في مختبرات الكيمياء والفيزياء بالمرحلة الثانوية والجامعية.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هي معادلة انتقال الحرارة؟

معادلة انتقال الحرارة هي Q = m × c × ΔT، حيث Q هي الطاقة الحرارية (جول)، وm هي الكتلة (كيلوغرام)، وc هي السعة الحرارية النوعية (J/kg·K)، وΔT هي التغير في درجة الحرارة (T_النهائية − T_الابتدائية، بالكلفن أو الدرجة المئوية — وهما متطابقان عدديًا للفوارق). Q الموجبة تعني امتصاص الجسم للحرارة (ارتفاع درجة الحرارة)، وQ السالبة تعني فقدان الجسم للحرارة (انخفاض درجة الحرارة).

ما هي السعة الحرارية النوعية للماء؟

تبلغ السعة الحرارية النوعية للماء نحو 4186 J/(kg·K) — وهي من أعلى القيم بين المواد الشائعة. يلزم 4186 جول لرفع درجة حرارة 1 كيلوغرام من الماء بمقدار 1 درجة مئوية. بالمقارنة: الألومنيوم ~900 J/(kg·K)، والنحاس ~385 J/(kg·K)، والحديد ~449 J/(kg·K)، والهواء ~1005 J/(kg·K). تفسر السعة الحرارية العالية للماء استخدامه مادةً مبردة، وتبرر اعتدال مناخ المناطق الساحلية مقارنةً بالمناطق الداخلية.

ماذا يعني أن تكون قيمة Q موجبة أو سالبة؟

Q > 0 تعني أن الجسم يمتص حرارة (ترتفع درجة حرارته). Q < 0 تعني أن الجسم يفقد حرارة (تنخفض درجة حرارته). على سبيل المثال، تسخين 1 كيلوغرام من الماء من 20 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية يعطي Q = +334880 J (حرارة ممتصة)، وإعادة تبريده إلى 20 درجة يعطي Q = −334880 J (حرارة محررة إلى المحيط).

كيف تُستخدم السعة الحرارية النوعية في تجارب المسعر الحراري؟

في تجربة المسعر الحراري، يُغمر جسم ساخن في سائل أبرد منه داخل وعاء معزول. عندما يصل النظام إلى التوازن الحراري، تساوي الحرارة المفقودة من الجسم الساخن (Q = m₁c₁ΔT₁) الحرارةَ المكتسبة من السائل (Q = m₂c₂ΔT₂). بقياس الكتل والتغيرات في درجة الحرارة يمكن حساب السعة الحرارية النوعية المجهولة. هذه الطريقة معيارية في مختبرات الكيمياء والفيزياء بالمرحلة الثانوية والجامعية.