VARMEKAPACITET: FORMLER, ENHEDER OG MÅL - FYSISK - 2024

Den varmekapacitet af et organ eller system er kvotienten mellem varmeenergien overføres til dette organ og temperaturændringen den oplever i denne proces. En anden mere præcis definition er, at det refererer til, hvor meget varme det er nødvendigt at overføre til et organ eller et system, så dets temperatur stiger med en grad kelvin.

Det sker kontinuerligt, at de hotteste legemer afgiver varme til de koldere legemer i en proces, der varer, så længe der er en forskel i temperatur mellem de to legemer, der er i kontakt. Derefter er varme den energi, der overføres fra det ene system til det andet ved den enkle kendsgerning, at der er en forskel i temperatur mellem de to.

Ved konvention defineres positiv varme (Q) som den, der absorberes af et system, og som negativ varme, den, der overføres af et system.

Fra det ovenstående følger det, at ikke alle genstande absorberer og fastholder varme med samme lethed; således opvarmes visse materialer lettere end andre.

Det skal tages i betragtning, at kroppens varmekapacitet i sidste ende afhænger af dens art og sammensætning.

Formler, enheder og mål

Varmekapaciteten kan bestemmes ud fra følgende udtryk:

C = dQ / dT

Hvis temperaturændringen er lille nok, kan det forrige udtryk forenkles og erstattes af følgende:

C = Q / ΔT

Så måleenheden for varmekapacitet i det internationale system er Joule per kelvin (J / K).

Varmekapacitet kan måles ved konstant tryk _Cp eller konstant volumen C _v.

Specifik varme

Ofte afhænger et systems varmekapacitet af dets stofmængde eller dets masse. I dette tilfælde, når et system består af et enkelt stof med homogene egenskaber, kræves specifik varme, også kaldet specifik varmekapacitet (c).

Således er den massespecifikke varme den mængde varme, der skal tilføres enhedens masse af et stof for at øge dets temperatur med en grad kelvin, og kan bestemmes ud fra følgende udtryk:

c = Q / m ΔT

I denne ligning er m stoffets masse. Derfor er måleenheden for specifik varme i dette tilfælde Joule pr. Kg pr. Kelvin (J / kg K) eller også Joule pr. Gram pr. Kelvin (J / g K).

Tilsvarende er molspecifik varme den mængde varme, der skal tilføres en mol af et stof for at øge dens temperatur med en grad kelvin. Og det kan bestemmes ud fra følgende udtryk:

I dette udtryk er n antallet af mol af stoffet. Dette indebærer, at måleenheden for specifik varme i dette tilfælde er Joule pr. Mol pr. Kelvin (J / mol K).

Specifik vandvarme

Den specifikke opvarmning af mange stoffer er beregnet og let tilgængelig i tabeller. Værdien af ​​den specifikke vandvarme i flydende tilstand er 1000 kalorier / kg K = 4186 J / kg K. Tværtimod er den specifikke vandvarme i gasform 2080 J / kg K og i fast tilstand 2050 J / kg K.

Varmeoverførsel

På denne måde og i betragtning af at de specifikke værdier for langt de fleste stoffer allerede er beregnet, er det muligt at bestemme varmetransmissionen mellem to legemer eller systemer med følgende udtryk:

Q = cm ΔT

Eller hvis der anvendes molspecifik varme:

Q = cn ΔT

Det skal tages i betragtning, at disse udtryk tillader bestemmelse af varmefluxer, forudsat at der ikke er nogen ændring af tilstand.

I tilstandsændringsprocesser taler vi om latent varme (L), der er defineret som den energi, der kræves af en mængde stof for at ændre fase eller tilstand, enten fra fast til væske (fusionsvarme, L _f) eller fra væske til luftform (fordampningsvarme, L _v).

Det skal tages i betragtning, at sådan energi i form af varme forbruges fuldstændigt ved faseændringen og ikke vender en variation i temperaturen. I sådanne tilfælde er udtryk til beregning af varmeflux i en fordampningsproces følgende:

Q = L _v m

Hvis der anvendes molspecifik varme: Q = L _v n

I en fusionsproces: Q = L _f m

Hvis der anvendes molspecifik varme: Q = L _f n

Generelt, som med specifik varme, er de latente opvarmninger af de fleste stoffer allerede beregnet og er let tilgængelige i tabeller. Således skal du for eksempel i tilfælde af vand:

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

Eksempel

I tilfælde af vand, hvis en masse på 1 kg frossent vand (is) opvarmes fra en temperatur på -25 ºC til en temperatur på 125 ºC (vanddamp), beregnes den varme, der forbruges i processen, som følger:

Scene 1

Is fra -25 ºC til 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Ændring af tilstand fra is til flydende vand.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Trin 3

Flydende vand fra 0 ° C til 100 ° C.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Ændring af tilstand fra flydende vand til vanddamp.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fase 5

Vanddamp fra 100 ° C til 125 ° C.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Således er den samlede varmeflux i processen summen af ​​den produceret i hvert af de fem trin og resulterer i 31112850 J.

Referencer

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysik bind 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, red. Verden for fysisk kemi.Varmekapacitet. (Nd). På Wikipedia. Hentet den 20. marts 2018 fra en.wikipedia.org.
3. Latent varme. (Nd). På Wikipedia. Hentet den 20. marts 2018 fra en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (første udgave 1978), niende udgave 2010, Oxford University Press, Oxford UK.