ТЕПЛОЕМКОСТЬ: ФОРМУЛЫ, ЕДИНИЦЫ И МЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Теплоемкость тела или системы является фактором между тепловой энергией , передаваемой в этот орган и изменением температуры она испытывает в этом процессе. Другое более точное определение состоит в том, что оно относится к тому, сколько тепла необходимо передать телу или системе, чтобы их температура увеличилась на один градус кельвина.

Постоянно случается, что самые горячие тела отдают тепло более холодным телам в процессе, который длится до тех пор, пока существует разница в температуре между двумя контактирующими телами. Тогда тепло - это энергия, которая передается от одной системы к другой благодаря тому простому факту, что между ними существует разница в температуре.

По соглашению, положительное тепло (Q) определяется как то, что поглощается системой, и как отрицательное тепло, которое передается системой.

Из вышесказанного следует, что не все предметы поглощают и удерживают тепло с одинаковой легкостью; таким образом, одни материалы нагреваются легче, чем другие.

При этом следует учитывать, что, в конечном итоге, теплоемкость тела зависит от его природы и состава.

Формулы, единицы и меры

Теплоемкость можно определить исходя из следующего выражения:

С = dQ / dT

Если изменение температуры достаточно мало, предыдущее выражение можно упростить и заменить следующим:

C = Q / ΔT

Итак, единицей измерения теплоемкости в международной системе является джоуль на кельвин (Дж / К).

Теплоемкость можно измерить при постоянном давлении C _p или постоянном объеме C _v .

Удельная теплоемкость

Часто теплоемкость системы зависит от количества вещества или массы. В этом случае, когда система состоит из одного вещества с однородными характеристиками, требуется удельная теплоемкость, также называемая удельной теплоемкостью (c).

Таким образом, удельная теплоемкость - это количество тепла, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Кельвина, и его можно определить, исходя из следующего выражения:

c = Q / м ΔT

В этом уравнении m - масса вещества. Следовательно, единицей измерения удельной теплоемкости в этом случае является Джоуль на килограмм на кельвин (Дж / кг К) или также Джоуль на грамм на кельвин (Дж / г К).

Точно так же молярная теплоемкость - это количество тепла, которое должно быть передано моль вещества, чтобы повысить его температуру на один градус Кельвина. И это можно определить из следующего выражения:

В этом выражении n - количество молей вещества. Это означает, что единицей измерения удельной теплоемкости в данном случае является Джоуль на моль на кельвин (Дж / моль К).

Удельная теплоемкость воды

Плотность многих веществ рассчитана и легко доступна в таблицах. Значение удельной теплоемкости воды в жидком состоянии составляет 1000 калорий / кг K = 4186 Дж / кг K. Напротив, удельная теплоемкость воды в газообразном состоянии составляет 2080 Дж / кг K, а в твердом состоянии 2050 Дж / кг. кг К.

Теплопередача

Таким образом, учитывая, что конкретные значения для подавляющего большинства веществ уже были рассчитаны, можно определить теплопередачу между двумя телами или системами с помощью следующих выражений:

Q = см ΔT

Или, если используется молярная удельная теплоемкость:

Q = cn ΔT

Следует учитывать, что эти выражения позволяют определять тепловые потоки при условии отсутствия изменения состояния.

В процессах изменения состояния мы говорим о скрытой теплоте (L), которая определяется как энергия, необходимая определенному количеству вещества для изменения фазы или состояния с твердого на жидкое (теплота плавления, L _f ). или из жидкого в газообразное состояние (теплота испарения, L _v ).

Необходимо учитывать, что такая энергия в виде тепла полностью расходуется на фазовый переход и не меняет изменение температуры. В таких случаях выражения для расчета теплового потока в процессе парообразования следующие:

Q = L _v м

Если используется молярная теплоемкость: Q = L _v n

В процессе плавления: Q = L _f m

Если используется молярная теплоемкость: Q = L _f n

В общем, как и в случае с удельной теплоемкостью, скрытая теплота большинства веществ уже рассчитана и легко доступна в таблицах. Так, например, в случае с водой вы должны:

L _f = 334 кДж / кг (79,7 кал / г) при 0 ° C; L _v = 2257 кДж / кг (539,4 кал / г) при 100 ° C.

пример

В случае воды, если 1 кг замороженной воды (льда) нагреть с температуры -25 ºC до температуры 125 ºC (водяной пар), количество тепла, потребляемого в процессе, будет рассчитываться следующим образом. :

Этап 1

Лед от -25 ºC до 0 ºC.

Q = см ΔT = 2050 1 25 = 51250 Дж

2 этап

Изменение состояния с ледяной воды на жидкую.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 Дж

3 этап

Жидкая вода от 0ºC до 100ºC.

Q = см ΔT = 4186 1100 = 418600 Дж

4 этап

Изменение состояния с жидкой воды на водяной пар.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 Дж

5 этап

Водяной пар от 100ºC до 125ºC.

Q = см ΔT = 2080 1 25 = 52000 Дж

Таким образом, общий тепловой поток в процессе является суммой теплового потока, произведенного на каждой из пяти стадий, и составляет 31112850 Дж.

Ссылки

1. Резник, Халлидей и Крейн (2002). Физика Том 1. Cecsa.
2. Лайдер, Кейт, Дж. (1993). Издательство Оксфордского университета, изд. Мир физической химии.Теплоемкость. (Й). В Википедии. Получено 20 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
3. Скрытая теплота. (Й). В Википедии. Получено 20 марта 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
4. Кларк, Джон, О.Е. (2004). Основной научный словарь. Barnes & Noble Books.
5. Аткинс, П., де Паула, Дж. (1978/2010). Physical Chemistry, (первое издание 1978 г.), девятое издание 2010 г., Oxford University Press, Oxford UK.