VARMEKAPASITET: FORMLER, ENHETER OG MÅL - FYSISK - 2025

Den varmekapasiteten av et organ eller system er kvotienten mellom den varmeenergi som overføres til det legeme og temperaturendringen det oppstår i denne prosessen. En annen mer presis definisjon er at den refererer til hvor mye varme det er nødvendig å overføre til et organ eller et system, slik at temperaturen øker med en grad kelvin.

Det skjer kontinuerlig at de hotteste kroppene gir opp varme til de kaldere kroppene i en prosess som varer så lenge det er en forskjell i temperatur mellom de to kroppene som er i kontakt. Deretter er varme energien som overføres fra et system til et annet ved det enkle faktum at det er en forskjell i temperatur mellom de to.

I henhold til konvensjonen er positiv varme (Q) definert som den som blir absorbert av et system, og som negativ varme den som overføres av et system.

Fra det ovennevnte følger det at ikke alle objekter absorberer og beholder varme med samme letthet; Dermed varmes visse materialer lettere opp enn andre.

Det bør tas i betraktning at kroppens varmekapasitet til slutt avhenger av dens art og sammensetning.

Formler, enheter og tiltak

Varmekapasiteten kan bestemmes ut fra følgende uttrykk:

C = dQ / dT

Hvis temperaturendringen er liten nok, kan forrige uttrykk forenkles og erstattes av følgende:

C = Q / ΔT

Så måleenheten for varmekapasitet i det internasjonale systemet er Joule per kelvin (J / K).

Varmekapasitet kan måles ved konstant trykk _Cp eller konstant volum C _v .

Spesifikk varme

Ofte avhenger varmekapasiteten til et system av stoffets mengde eller dens masse. I dette tilfellet, når et system består av et enkelt stoff med homogene egenskaper, kreves spesifikk varme, også kalt spesifikk varmekapasitet (c).

Således er den massespesifikke varmen den mengden varme som må tilføres enhetens masse for et stoff for å øke temperaturen med en grad kelvin, og kan bestemmes ut fra følgende uttrykk:

c = Q / m ΔT

I denne ligningen er m massen til stoffet. Derfor er måleenheten for spesifikk varme i dette tilfellet Joule per kilogram per kelvin (J / kg K), eller også Joule per gram per kelvin (J / g K).

På samme måte er molspesifikk varme den mengden varme som må tilføres en mol av et stoff for at temperaturen skal øke med en grad kelvin. Og det kan bestemmes ut fra følgende uttrykk:

I dette uttrykket er n antall mol av stoffet. Dette innebærer at måleenheten for spesifikk varme i dette tilfellet er Joule per mol per kelvin (J / mol K).

Spesifikk varme av vann

Den spesifikke varmen for mange stoffer er beregnet og lett tilgjengelig i tabeller. Verdien av den spesifikke vannvarmen i flytende tilstand er 1000 kalorier / kg K = 4186 J / kg K. Tvert imot, den spesifikke varmen av vann i gassform er 2080 J / kg K og i fast tilstand 2050 J / kg K.

Varmeoverføring

På denne måten og gitt at de spesifikke verdiene for de aller fleste stoffer allerede er beregnet, er det mulig å bestemme varmeoverføringen mellom to legemer eller systemer med følgende uttrykk:

Q = cm ΔT

Eller hvis molar spesifikk varme brukes:

Q = cn ΔT

Det bør tas i betraktning at disse uttrykkene tillater bestemmelse av varmefluksene forutsatt at det ikke er noen endring av tilstanden.

I tilstandsendringsprosesser snakker vi om latent varme (L), som er definert som energien som kreves av en mengde stoff for å endre fase eller tilstand, enten fra fast til væske (fusjonsvarme, L _f ) eller fra væske til gassformet (fordampingsvarme, L _v ).

Det må tas med i betraktningen at slik energi i form av varme forbrukes helt i faseendringen og ikke reverserer en variasjon i temperatur. I slike tilfeller er uttrykk for å beregne varmefluksen i en fordampingsprosess følgende:

Q = L _v m

Hvis molar spesifikk varme brukes: Q = L _v n

I en fusjonsprosess: Q = L _f m

Hvis molar spesifikk varme brukes: Q = L _f n

Generelt, som med spesifikk varme, er de latente varmer av de fleste stoffer allerede beregnet og er lett tilgjengelige i tabeller. For vann, for eksempel, må du:

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

Eksempel

Når det gjelder vann, hvis 1 kg masse frossent vann (is) varmes opp fra en temperatur på -25 ºC til en temperatur på 125 ºC (vanndamp), vil varmen som forbrukes i prosessen beregnes som følger :

Trinn 1

Is fra -25 ºC til 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Tilstandsendring fra is til flytende vann.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Fase 3

Flytende vann fra 0 ºC til 100 ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Tilstandsendring fra flytende vann til vanndamp.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fase 5

Vanndamp fra 100 ºC til 125 ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Dermed er den totale varmefluksen i prosessen summen av den som produseres i hvert av de fem trinnene og resulterer i 31112850 J.

referanser

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysikk bind 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, red. Verden for fysisk kjemi.Varmekapasitet. (Nd). I Wikipedia. Hentet 20. mars 2018, fra en.wikipedia.org.
3. Latent varme. (Nd). I Wikipedia. Hentet 20. mars 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 utgave 1978), niende utgave 2010, Oxford University Press, Oxford UK.