TEPELNÁ KAPACITA: VZORCE, JEDNOTKY A MIERY - FYZICKÝ - 2024

Tepelná kapacita telesa alebo systému je podiel medzi tepelnej energie prenášané do tohto tela a zmenou teploty sa skúsenosťami v tomto procese. Ďalšou presnejšou definíciou je to, že sa týka toho, koľko tepla je potrebné preniesť do tela alebo systému tak, aby sa jeho teplota zvýšila o jeden stupeň kelvin.

Neustále sa stáva, že najteplejšie telá odovzdávajú teplo chladnejším telesám v procese, ktorý trvá tak dlho, pokiaľ existuje rozdiel teplôt medzi oboma telieskami v kontakte. Potom je teplo energia, ktorá sa prenáša z jedného systému do druhého jednoduchou skutočnosťou, že medzi nimi je rozdiel v teplote.

Obvykle je pozitívne teplo (Q) definované ako teplo, ktoré je absorbované systémom, a ako negatívne teplo, ktoré je prenášané systémom.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že nie všetky predmety absorbujú a udržiavajú teplo s rovnakou ľahkosťou; preto sa určité materiály zahrievajú ľahšie ako iné.

Malo by sa zohľadniť, že v konečnom dôsledku tepelná kapacita tela závisí od jeho povahy a zloženia.

Vzorce, jednotky a miery

Tepelná kapacita sa dá určiť od nasledujúceho výrazu:

C = dQ / dT

Ak je zmena teploty dostatočne nízka, predchádzajúci výraz možno zjednodušiť a nahradiť nasledujúcim:

C = Q / AT

Merná jednotka tepelnej kapacity v medzinárodnom systéme je teda Joule na kelvin (J / K).

Tepelná kapacita sa môže merať pri konštantnom tlaku C _p alebo pri konštantnom objeme C _v .

Špecifické teplo

Tepelná kapacita systému často závisí od jeho množstva látky alebo jej hmotnosti. V takom prípade, keď sa systém skladá z jednej látky s homogénnymi vlastnosťami, vyžaduje sa špecifické teplo, ktoré sa tiež nazýva špecifická tepelná kapacita (c).

Takže hmotnostne špecifické teplo je množstvo tepla, ktoré sa musí dodávať do jednotkovej hmotnosti látky, aby sa zvýšila jej teplota o jeden stupeň kelvin, a môže sa určiť počnúc nasledujúcim výrazom:

c = Q / m ΔT

V tejto rovnici m je hmotnosť látky. Mernou jednotkou pre konkrétne teplo je preto v tomto prípade Joule na kilogram na kelvin (J / kg K) alebo tiež Joule na gram na kelvin (J / g K).

Podobne molárne špecifické teplo je množstvo tepla, ktoré sa musí dodávať molu látky, aby sa zvýšila jeho teplota o jeden stupeň kelvin. A dá sa zistiť z nasledujúceho výrazu:

V tomto výraze n je počet mólov látky. To znamená, že mernou jednotkou pre konkrétne teplo je v tomto prípade Joule na mol na kelvin (J / mol K).

Merné teplo vody

Konkrétne zahrievania mnohých látok sú vypočítané a ľahko dostupné v tabuľkách. Hodnota merného tepla vody v kvapalnom stave je 1 000 kalórií / kg K = 4186 J / kg K. Naopak, merná teplota vody v plynnom stave je 2080 J / kg K a v pevnom stave 2050 J / kg K.

Prenos tepla

Týmto spôsobom a vzhľadom na to, že už boli vypočítané špecifické hodnoty prevažnej väčšiny látok, je možné určiť prestup tepla medzi dvoma telesami alebo systémami pomocou týchto výrazov:

Q = cm ΔT

Alebo ak sa použije molárne špecifické teplo:

Q = cn ΔT

Malo by sa vziať do úvahy, že tieto výrazy umožňujú určiť tok tepla za predpokladu, že nedôjde k zmene stavu.

V procesoch zmeny stavu hovoríme o latentnom teple (L), ktoré je definované ako energia vyžadovaná množstvom látky na zmenu fázy alebo stavu, buď z tuhej na kvapalnú (teplo jadrovej syntézy, L _f ). alebo z kvapalného na plynné (výparné teplo, L _v ).

Je potrebné vziať do úvahy, že takáto energia vo forme tepla sa pri zmene fázy úplne spotrebuje a nezvráti kolísanie teploty. V takých prípadoch sú výrazy na výpočet tepelného toku v procese odparovania tieto:

Q = _Lv m

Ak sa použije molárne špecifické teplo: Q = L _v n

Vo fúznom procese: Q = L _f m

Ak sa použije molárne špecifické teplo: Q = L _f n

Vo všeobecnosti, rovnako ako v prípade špecifického tepla, sa latentné zahrievanie väčšiny látok už počíta a je ľahko dostupné v tabuľkách. Napríklad v prípade vody musíte:

L _f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) sa pri teplote 0 ° C; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) pri 100 ° C

príklad

V prípade vody, ak sa 1 kg hmotnosti mrazenej vody (ľadu) zohreje z teploty -25 ° C na teplotu 125 ° C (vodná para), teplo spotrebované v procese by sa vypočítalo takto :

Fáza 1

Ľad od -25 ° C do 0 ° C.

Q = cm AT = 2050 1 25 = 51250 J

Fáza 2

Zmena stavu z ľadu na tekutú vodu.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Etapa 3

Kvapalná voda od 0 ° C do 100 ° C.

Q = cm AT = 4186 1 100 = 418600 J

Fáza 4

Zmena stavu z kvapalnej vody na vodnú paru.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fáza 5

Vodná para od 100 oC do 125 oC.

Q = cm AT = 2080 1 25 = 52 000 J

Takže celkový tepelný tok v procese je súčtom množstva tepla vyrobeného v každom z piatich stupňov a výsledkom je 31112850 J.

Referencie

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fyzika Zväzok 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svet fyzikálnej chémie.Tepelná kapacita. (Nd). Na Wikipédii. Našiel sa 20. marca 2018, z en.wikipedia.org.
3. Latentné teplo. (Nd). Na Wikipédii. Našiel sa 20. marca 2018, z en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Základný slovník vedy. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (prvé vydanie 1978), deviate vydanie 2010, Oxford University Press, Oxford UK.