POJEMNOŚĆ CIEPLNA: WZORY, JEDNOSTKI I MIARY - FIZYCZNY - 2025

Ilość ciepła z ciała lub systemu jest iloraz energii cieplnej transmitowane do tego organizmu i zmian temperatury, doświadcza w tym procesie. Inną dokładniejszą definicją jest to, że odnosi się do tego, ile ciepła trzeba przekazać organizmowi lub układowi, aby jego temperatura wzrosła o jeden stopień kelwina.

Zdarza się w sposób ciągły, że najgorętsze ciała oddają ciepło ciałom zimniejszym w procesie, który trwa tak długo, jak długo istnieje różnica temperatur między dwoma ciałami w kontakcie. Następnie ciepło to energia, która jest przenoszona z jednego systemu do drugiego z prostego powodu, że istnieje różnica temperatur między nimi.

Zgodnie z konwencją, ciepło dodatnie (Q) definiuje się jako to, które jest absorbowane przez system, a jako ciepło ujemne to, które jest przenoszone przez system.

Z powyższego wynika, że ​​nie wszystkie przedmioty pochłaniają i zatrzymują ciepło z taką samą łatwością; w ten sposób niektóre materiały nagrzewają się łatwiej niż inne.

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

Wzory, jednostki i miary

Pojemność cieplną można określić, zaczynając od następującego wyrażenia:

C = dQ / dT

Jeśli zmiana temperatury jest wystarczająco mała, poprzednie wyrażenie można uprościć i zastąpić następującym:

C = Q / ΔT

Zatem jednostką miary pojemności cieplnej w systemie międzynarodowym jest dżul na kelwin (J / K).

Pojemność cieplną można mierzyć przy stałym ciśnieniu C _p lub stałej objętości C _v .

Ciepło właściwe

Często pojemność cieplna układu zależy od ilości substancji lub masy. W tym przypadku, gdy system składa się z pojedynczej substancji o jednorodnych właściwościach, wymagane jest ciepło właściwe, zwane również pojemnością cieplną właściwą (c).

Zatem ciepło właściwe masy to ilość ciepła, która musi być dostarczona do masy jednostkowej substancji, aby podnieść jej temperaturę o jeden stopień kelwina, i można ją określić, zaczynając od następującego wyrażenia:

c = Q / m ΔT

W tym równaniu m jest masą substancji. Dlatego jednostką miary ciepła właściwego w tym przypadku jest dżul na kilogram na kelwin (J / kg K) lub również dżul na gram na kelwin (J / g K).

Podobnie, molowe ciepło właściwe to ilość ciepła, która musi być dostarczona do mola substancji, aby podnieść jej temperaturę o jeden stopień kelwina. Można to określić na podstawie następującego wyrażenia:

W tym wyrażeniu n jest liczbą moli substancji. Oznacza to, że jednostką miary ciepła właściwego w tym przypadku jest dżul na mol na kelwin (J / mol · K).

Ciepło właściwe wody

Specyficzne temperatury wielu substancji są obliczane i łatwo dostępne w tabelach. Wartość ciepła właściwego wody w stanie ciekłym wynosi 1000 kalorii / kg K = 4186 J / kg K.Wręcz przeciwnie, ciepło właściwe wody w stanie gazowym wynosi 2080 J / kg K, aw stanie stałym 2050 J / kg K.

Transfer ciepła

W ten sposób i biorąc pod uwagę, że określone wartości zdecydowanej większości substancji zostały już obliczone, można określić przenikanie ciepła między dwoma ciałami lub systemami za pomocą następujących wyrażeń:

Q = cm ΔT

Lub jeśli stosuje się ciepło właściwe dla molowego:

Q = cn ΔT

Należy wziąć pod uwagę, że wyrażenia te pozwalają na wyznaczenie strumieni ciepła pod warunkiem braku zmiany stanu.

W procesach zmiany stanu mówimy o cieple utajonym (L), które jest definiowane jako energia wymagana przez pewną ilość substancji do zmiany fazy lub stanu, ze stanu stałego na ciekły (ciepło topnienia, L _f ) lub z cieczy do gazu (ciepło parowania, L _v ).

Należy wziąć pod uwagę, że taka energia w postaci ciepła jest w całości zużywana podczas przemiany fazowej i nie odwraca zmiany temperatury. W takich przypadkach wyrażenia do obliczenia strumienia ciepła w procesie parowania są następujące:

Q = L _v m

Jeżeli stosuje się ciepło właściwe dla molowego: Q = L _v n

W procesie syntezy: Q = L _f m

Jeżeli stosuje się ciepło właściwe dla molowych: Q = L _f n

Ogólnie rzecz biorąc, podobnie jak w przypadku ciepła właściwego, utajone ciepło większości substancji jest już obliczone i jest łatwo dostępne w tabelach. Tak więc np. W przypadku wody musisz:

L _F = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) w temperaturze 0 ° C; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 kal / g) w 100 ° C.

Przykład

W przypadku wody, jeżeli 1 kg zamarzniętej wody (lodu) podgrzewa się od temperatury -25 ° C do temperatury 125 ° C (para wodna), ciepło zużyte w procesie należy obliczyć w następujący sposób :

Scena 1

Lód od -25 ºC do 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Etap 2

Zmiana stanu z lodu na wodę w stanie ciekłym.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Etap 3

Woda w stanie ciekłym od 0ºC do 100ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Etap 4

Zmiana stanu z wody ciekłej na parę wodną.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Etap 5

Para wodna od 100ºC do 125ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Zatem całkowity strumień ciepła w procesie jest sumą strumienia wytwarzanego w każdym z pięciu etapów i daje 31112850 J.

Bibliografia

1. Resnik, Halliday i Krane (2002). Fizyka Tom 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, wyd. Świat chemii fizycznej.Pojemność cieplna. (nd). W Wikipedii. Pobrane 20 marca 2018 r. Z en.wikipedia.org.
3. Ciepło. (nd). W Wikipedii. Pobrane 20 marca 2018 r. Z en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Podstawowy słownik nauki. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (pierwsze wydanie 1978), dziewiąte wydanie 2010, Oxford University Press, Oxford UK.