Pojemność cieplna

Jaka jest pojemność cieplna?

pojemność cieplna ciała lub systemu to iloraz, który powstaje między energią cieplną przenoszoną do tego ciała a zmianą temperatury, której doświadcza w tym procesie. Inną bardziej precyzyjną definicją jest to, że odnosi się do tego, ile ciepła konieczne jest przeniesienie do ciała lub systemu, aby jego temperatura zwiększyła stopień Kelvina.

Zdarza się, że najgorętsze ciała nadają ciepło najzimniejszym ciałom w procesie, który rozciąga. Tak więc ciepło jest energią przenoszoną z jednego systemu do drugiego przez prosty fakt, że istnieje między nimi różnica temperatur.

Na mocy porozumienia jest definiowane jako ciepło (Q) pozytywny, który jest wchłaniany przez system i jako ujemne ciepło przypisane przez system.

Z powyższego wynika, że ​​nie wszystkie obiekty wchłaniają i zachowują ciepło z taką samą łatwością; Zatem niektóre materiały są ogrzewane łatwiej niż inne.

Należy wziąć pod uwagę, że ostatecznie pojemność cieplna ciała zależy od natury i składu tego samego.

Formuły, jednostki i miary

Pojemność cieplną można określić na podstawie następującego wyrażenia:

C = dq/dt

SI Zmiana temperatury jest wystarczająco niewielka, poprzednie wyrażenie można uprościć i zastąpić następującymi:

C = q/δt

Następnie jednostką miary pojemności cieplnej w systemie międzynarodowym jest lipiec autorstwa Kelvina (J/K).

Pojemność cieplną można mierzyć pod stałym ciśnieniem C_P lub przy stałej objętości C_v.

Może ci służyć: Easy Physics Experiments (pierwotna uniwersytet)

Ciepło właściwe

Często pojemność cieplna systemu zależy od jego ilości substancji lub masy. W takim przypadku, gdy system składa się z pojedynczej substancji o jednorodnych cechach, wymagane jest ciepło właściwe, zwane również pojemnością cieplną (C).

Zatem specyficzne ciepło masowe jest ilością ciepła, które należy dostarczyć do jednostki masy substancji w celu zwiększenia jej temperatury do stopnia Kelvina i można go określić na podstawie następującego wyrażenia:

C = q/ m δt

W tym równaniu M jest masa substancji. Dlatego jednostką pomiaru ciepła właściwego w tym przypadku jest lipiec na kilogram przez Kelvina (J/kg K), a także lipiec na gram Kelvin (J/G K K).

Podobnie, specyficzne ciepło molowe to ilość ciepła, które należy dostarczyć do mol substancji, aby zwiększyć jej temperaturę do stopnia Kelvina. I można to określić na podstawie następującego wyrażenia:

C = q/ n δt

W tym wyrażeniu n jest liczbą moli substancji. To oznacza, że ​​właściwa jednostka ciepła ciepła.

Specyficzne ciepło wody

Właski określone w wielu substancjach są obliczane i łatwo dostępne w tabelach. Wartość cieplna ciepła w stanie cieczy wynosi 1000 kalorii/kg K = 4186 J/kg kg. Przeciwnie, ciepło właściwe wody w stanie gazowym wynosi 2080 J/kg K, a w stanie stałym 2050 J/kg kg.

Przekładnia ciepła

W ten sposób, a ponieważ określone wartości zdecydowanej większości substancji są już obliczone, możliwe jest określenie transmisji ciepła między dwoma ciałami lub systemami z następującymi wyrażeniami:

Może ci służyć: jaka jest siła netto? (Z przykładami)

Q = c m δt

Lub jeśli stosuje się specyficzne ciepło trzonowe:

Q = c n δt

Należy pamiętać, że wyrażenia te pozwalają na określenie przepływów ciepła, pod warunkiem, że zmiana stanu nie nastąpi.

W procesach zmiany statusu mówi się o utajonym ciepcie (L), które jest zdefiniowane jako energia niezbędna do zmiany fazy lub stanu, z stałego na ciecz (ciepło topnienia, l_F) lub od cieczy do gazowej (ciepło waporyzacyjne, l_v).

Należy wziąć pod uwagę, że taka energia w postaci ciepła jest całkowicie spożywana w zmianie fazy i nie przywraca zmiany temperatury. W takich przypadkach wyrażenia obliczania przepływu ciepła w procesie odparowywania są następujące:

Q = L_v M

Jeśli stosuje się specyficzne ciepło trzonowe: Q = L_v N

W procesie fuzji: q = l_F  M

Jeśli stosuje się specyficzne ciepło trzonowe: Q = L_F N

Zasadniczo, podobnie jak w przypadku ciepła właściwego, utajone ciepła większości substancji są już obliczone i są łatwo dostępne w tabelach. Zatem na przykład w przypadku wody musisz:

L_F  = 334 kJ/kg (79,7 wapna/g) w 0 ° C; L_v = 2257 kJ/kg (539,4 wapna/g) w 100 ° C.

Przykład

W przypadku wody, jeśli masa zamrażania (lodu) 1 kg jest ogrzewana z temperatury -25 ° C do temperatury 125 ° C (pary wodne), ciepło zużyte w procesie zostanie obliczone w następujący sposób:

Scena 1

Lód od -25 ºC do 0 ° C.

Q = C M δT = 2050 1 25 = 51250 J

Etap 2

Zmiana stanu lodowego na płynną wodę.

Q = L_F  M = 334000 1 = 334000 J

Etap 3

Ciekła woda od 0 ° C do 100 ºC.

Może ci służyć: Pluton (Planet Dwarf))

Q = C M δT = 4186 1 100 = 418600 J

Etap 4

Zmiana stanu wody w wodzie.

Q = L_v M = 2257000 1 = 2257000 J

Etap 5

Para wodna od 100 ° C do 125 ° C.

Q = C M δT = 2080 1 25 = 52000 J

Zatem całkowity przepływ ciepła w procesie jest sumą wytworzonego w każdym z pięciu etapów i powoduje 31112850 j.