VÄRMEKAPACITET: FORMLER, ENHETER OCH MÅTT - FYSISK - 2025

Den värmekapacitet av en kropp eller ett system är kvoten mellan den värmeenergi som överförs till detta organ och temperaturändringen det erfar i denna process. En annan mer exakt definition är att den hänvisar till hur mycket värme det är nödvändigt att överföra till en kropp eller ett system så att dess temperatur ökar med en grad kelvin.

Det händer kontinuerligt att varmare kroppar avger värme till kylare kroppar i en process som varar så länge det finns en temperaturskillnad mellan de två kropparna i kontakt. Då är värme energin som överförs från ett system till ett annat genom det enkla faktumet att det finns en skillnad i temperatur mellan de två.

Genom konvention definieras positiv värme (Q) som det som absorberas av ett system, och som negativ värme det som överförs av ett system.

Av ovanstående följer att inte alla föremål absorberar och behåller värme med samma lätthet; Därmed värms vissa material lättare upp än andra.

Det bör beaktas att kroppens värmekapacitet i slutändan beror på dess art och sammansättning.

Formler, enheter och mått

Värmekapaciteten kan bestämmas utifrån följande uttryck:

C = dQ / dT

Om temperaturförändringen är tillräckligt liten kan det föregående uttrycket förenklas och ersättas med följande:

C = Q / ΔT

Mätenheten för värmekapacitet i det internationella systemet är alltså Joule per kelvin (J / K).

Värmekapacitet kan mätas vid konstant tryck _Cp eller konstant volym C _v .

Specifik värme

Ofta beror ett systems värmekapacitet på dess mängd ämne eller dess massa. I detta fall, när ett system består av en enda substans med homogena egenskaper, krävs specifik värme, även kallad specifik värmekapacitet (c).

Således är den massspecifika värmen mängden värme som måste tillföras enhetens massa för ett ämne för att öka dess temperatur med en grad kelvin, och kan bestämmas utifrån följande uttryck:

c = Q / m ΔT

I denna ekvation är m ämnets massa. Därför är mätenheten för specifik värme i detta fall Joule per kilogram per kelvin (J / kg K), eller också Joule per gram per kelvin (J / g K).

På liknande sätt är molspecifikt värme den mängd värme som måste tillföras en mol av ett ämne för att öka dess temperatur med en grad kelvin. Och det kan bestämmas utifrån följande uttryck:

I detta uttryck är n antalet mol av ämnet. Detta innebär att mätenheten för specifik värme i detta fall är Joule per mol per kelvin (J / mol K).

Speciell vattenvärme

De specifika värmarna för många ämnen beräknas och är lättillgängliga i tabeller. Värdet på den specifika vattenvärmen i flytande tillstånd är 1000 kalorier / kg K = 4186 J / kg K. Tvärtom är den specifika vattenvärmen i gasformigt tillstånd 2080 J / kg K och i fast tillstånd 2050 J / kg K.

Värmeöverföring

På detta sätt och med tanke på att de specifika värdena för de allra flesta ämnen redan har beräknats, är det möjligt att bestämma värmeöverföringen mellan två kroppar eller system med följande uttryck:

Q = cm ΔT

Eller om molär specifik värme används:

Q = cn ΔT

Det bör beaktas att dessa uttryck gör det möjligt att bestämma värmeflödena förutsatt att det inte sker någon förändring av tillståndet.

I tillståndsändringsprocesser talar vi om latent värme (L), som definieras som den energi som krävs av en mängd ämne för att ändra fas eller tillstånd, antingen från fast till vätska (fusionsvärme, L _f ) eller från vätska till gasformigt (förångningsvärme, L _v ).

Det måste beaktas att sådan energi i form av värme förbrukas helt vid fasändringen och inte vänder en variation i temperaturen. I sådana fall är uttryck för att beräkna värmeflödet i en förångningsprocess följande:

Q = L _v m

Om molär specifik värme används: Q = L _v n

I en fusionsprocess: Q = L _f m

Om molspecifik värme används: Q = L _f n

I allmänhet, som med specifik värme, beräknas de latenta värmerna för de flesta ämnen redan och är lättillgängliga i tabeller. Således, till exempel, när det gäller vatten måste du:

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

Exempel

När det gäller vatten, om en 1 kg massa fryst vatten (is) upphettas från en temperatur av -25 ºC till en temperatur på 125 ºC (vattenånga), skulle den värme som förbrukas i processen beräknas enligt följande :

Steg 1

Is från -25 ºC till 0 ºC.

Q = cm 'T = 2050 1 25 = 51250 J

Steg 2

Ändring av tillstånd från is till flytande vatten.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Steg 3

Flytande vatten från 0 ° C till 100 ° C.

Q = cm 'T = 4186 1 100 = 418600 J

Steg 4

Ändring av tillstånd från flytande vatten till vattenånga.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Steg 5

Vattenånga från 100 ° C till 125 ° C.

Q = cm 'T = 2080 1 25 = 52000 J

Således är det totala värmeflödet i processen summan av det som produceras i vart och ett av de fem stegen och resulterar i 31112850 J.

referenser

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysik Volym 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, red. The World of Physical Chemistry.Värmekapacitet. (Nd). På Wikipedia. Hämtad den 20 mars 2018 från en.wikipedia.org.
3. Latent värme. (Nd). På Wikipedia. Hämtad den 20 mars 2018 från 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, (första upplagan 1978), nionde upplagan 2010, Oxford University Press, Oxford UK.