LÄMPÖKAPASITEETTI: KAAVAT, YKSIKÖT JA MITAT - FYYSINEN - 2026

Lämpökapasiteetti elin tai järjestelmä on osamäärä lämpöenergia siirretään, että runko ja lämpötilan muutos se kokee tässä prosessissa. Toinen tarkempi määritelmä on, että se viittaa siihen, kuinka paljon lämpöä on tarpeen siirtää vartaloon tai järjestelmään niin, että sen lämpötila nousee yhden kelvinin asteen.

Sitä tapahtuu jatkuvasti, että kuumemmat elimet luovuttavat lämpöä jäähdyttimille kappaleille prosessissa, joka kestää niin kauan kuin kahden kosketuksessa olevan kappaleen välillä on lämpötilaero. Sitten lämpö on energia, joka siirtyy järjestelmästä toiseen yksinkertaisen tosiasian avulla, että näiden kahden välillä on lämpötilaero.

Tavanomaisesti positiivinen lämpö (Q) määritellään siten, että järjestelmä absorboi sen, ja negatiivisena lämmönä, jonka järjestelmä siirtää.

Edellä esitetystä seuraa, että kaikki esineet eivät ime ja pidä lämpöä yhtä helposti; siten tietyt materiaalit kuumenevat helpommin kuin muut.

On otettava huomioon, että viime kädessä kehon lämpökapasiteetti riippuu sen luonteesta ja koostumuksesta.

Kaavat, yksiköt ja mitat

Lämpökapasiteetti voidaan määrittää seuraavasta lausekkeesta:

C = dQ / dT

Jos lämpötilan muutos on riittävän pieni, edellistä lauseketta voidaan yksinkertaistaa ja korvata seuraavalla:

C = Q / AT

Joten, kansainvälisen järjestelmän lämpökapasiteetin mittayksikkö on Joule kelviniä kohti (J / K).

Lämpökapasiteetti voidaan mitata vakiona paineessa C _p tai vakiona tilavuudessa C _v.

Ominaislämpö

Usein järjestelmän lämpökapasiteetti riippuu sen aineen määrästä tai massasta. Tässä tapauksessa, kun järjestelmä koostuu yhdestä aineesta, jolla on homogeeniset ominaisuudet, vaaditaan ominaislämpöä, jota kutsutaan myös ominaislämpökapasiteetiksi (c).

Siksi massakohtainen lämpö on lämmön määrä, joka on syötettävä aineen yksikkömassaan lämpötilan nostamiseksi kelvin-astetta, ja se voidaan määrittää seuraavasta lausekkeesta:

c = Q / m AT

Tässä yhtälössä m on aineen massa. Tästä syystä ominaislämmön mittayksikkö on tässä tapauksessa džauli kiloa kohti kelviniä (J / kg K) tai myös joulea grammaa kohti kelviniä (J / g K).

Samoin molaarinen ominaislämpö on lämmön määrä, joka täytyy toimittaa aineen moolille lämpötilan nostamiseksi kelvin-astetta. Ja se voidaan määrittää seuraavasta lausekkeesta:

Tässä lausekkeessa n on aineen moolien lukumäärä. Tämä merkitsee, että erityisen lämmön mittayksikkö on tässä tapauksessa Joule moolia kohti kelviniä (J / mol K).

Veden ominaislämpö

Monien aineiden ominaislämpö on laskettu ja helposti tavoitettavissa taulukoissa. Nestemäisen veden ominaislämmön arvo on 1000 kaloria / kg K = 4186 J / kg K. Päinvastoin, veden ominaislämpö kaasumaisessa tilassa on 2080 J / kg K ja kiinteässä tilassa 2050 J / kg K.

Lämmönsiirto

Tällä tavalla ja ottaen huomioon, että valtaosan aineiden erityisarvot on jo laskettu, on mahdollista määrittää lämmönsiirto kahden rungon tai järjestelmän välillä seuraavilla lausekkeilla:

Q = cm AT

Tai jos käytetään molaarista ominaislämpöä:

Q = cn AT

On otettava huomioon, että nämä lausekkeet sallivat lämpövuotojen määrittämisen edellyttäen, että tila ei muutu.

Tilanmuutosprosesseissa puhumme piilevästä lämmöstä (L), joka määritellään energiana, jota aineen määrä tarvitsee vaiheen tai tilan vaihtamiseksi joko kiinteästä nestemäiseksi (sulamislämpö, ​​L _f) tai nesteestä kaasumaiseksi (höyrystymislämpö, ​​L _v).

Olisi otettava huomioon, että tällainen lämmön muodossa oleva energia kulutetaan kokonaan vaihemuutoksessa eikä se kumota lämpötilan vaihtelua. Tällaisissa tapauksissa ilmaukset lämpövuon laskemiseksi höyrystymisprosessissa ovat seuraavat:

Q = L _v m

Jos käytetään molaarista lämpöä: Q = L _v n

Fuusioprosessissa: Q = L _f m

Jos käytetään molaarista lämpöä: Q = L _f n

Yleensä, kuten ominaislämmössä, useimpien aineiden piilevät lämmittimet on jo laskettu ja niihin pääsee helposti taulukoissa. Siten esimerkiksi veden tapauksessa sinun on:

L _f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) 0 ° C: ssa; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) 100 ° C: ssa.

esimerkki

Jos vettä kuumennetaan 1 kg: n massa jäädytettyä vettä (jäätä) lämpötilasta -25 ºC lämpötilaan 125 ºC (vesihöyry), prosessissa käytetty lämpö lasketaan seuraavasti::

Vaihe 1

Jää -25 ºC: sta 0 ºC: seen.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Vaihe 2

Tilanmuutos jäästä nestemäiseen veteen.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Vaihe 3

Nestemäinen vesi lämpötilassa 0ºC - 100ºC.

Q = cm AT = 4186 1 100 = 418600 J

Vaihe 4

Tilanmuutos nestemäisestä vedestä vesihöyryksi.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Vaihe 5

Vesihöyry 100 - 125 ºC.

Q = cmTT = 2080 1 25 = 52000 J

Siten prosessin kokonaislämpövirta on kummassakin viidessä vaiheessa tuotetun lämmön summa, ja tuloksena on 31112850 J.

Viitteet

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysiikan osa 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, toim. Fysikaalisen kemian maailma.Lämpökapasiteetti. (Nd). Wikipediassa. Haettu 20. maaliskuuta 2018, en.wikipedia.org.
3. Piilevä lämpö. (Nd). Wikipediassa. Haettu 20. maaliskuuta 2018, en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Tieteen olennainen sanakirja. Barnes- ja jalokirjat.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fysikaalinen kemia (ensimmäinen painos 1978), yhdeksäs painos 2010, Oxford University Press, Oxford UK.