ТОПЛИНЕН КАПАЦИТЕТ: ФОРМУЛИ, ЕДИНИЦИ И МЕРКИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В топлинен капацитет на орган или система е частното между предава, че тялото на топлинната енергия и на промяната в температурата изпитва в този процес. Друго по-точно определение е, че се отнася до колко топлина е необходимо да се предаде на тяло или система, така че температурата му да се увеличи с един градус келвин.

Случва се непрекъснато най-горещите тела да дават топлина на по-студените тела в процес, който продължава, докато има разлика в температурата между двете тела в контакт. И така, топлината е енергията, която се предава от една система в друга от простия факт, че има разлика в температурата между двете.

По конвенция положителната топлина (Q) се дефинира като тази, която се поглъща от системата, и като отрицателна топлина, която се предава от система.

От гореизложеното следва, че не всички обекти абсорбират и задържат топлина със същата лекота; по този начин определени материали се нагряват по-лесно от други.

Трябва да се вземе предвид, че в крайна сметка топлинният капацитет на тялото зависи от неговия характер и състав.

Формули, единици и мерки

Топлинният капацитет може да бъде определен от следния израз:

C = dQ / dT

Ако промяната в температурата е достатъчно малка, предишният израз може да бъде опростен и заменен със следния:

C = Q / ΔT

И така, единицата за измерване на топлинния капацитет в международната система е Joule per kelvin (J / K).

Топлинният капацитет може да се измерва при постоянно налягане C _p или постоянен обем C _v.

Специфична топлина

Често топлинният капацитет на системата зависи от нейното количество вещество или от неговата маса. В този случай, когато системата е съставена от едно вещество с хомогенни характеристики, се изисква специфична топлина, наричана също специфична топлинна мощност (в).

По този начин, специфичната за масата топлина е количеството топлина, което трябва да се подава към единичната маса на веществото, за да се повиши температурата му с един градус келвин, и може да се определи, като се започне от следния израз:

c = Q / m ΔT

В това уравнение m е масата на веществото. Следователно мерната единица за специфична топлина в този случай е джоулът на килограм на келвин (J / kg K), или също джоулът на грам на келвин (J / g K).

По същия начин, молар-специфичната топлина е количеството топлина, което трябва да се подава на мол от вещество, за да може температурата му да се увеличи с един градус келвин. И може да се определи от следния израз:

В този израз n е броят на бенките на веществото. Това означава, че мерната единица за специфична топлина в този случай е джоулът на мол на келвин (J / mol K).

Специфична топлина на водата

Специфичните топлини на много вещества се изчисляват и са лесно достъпни в таблици. Стойността на специфичната топлина на водата в течно състояние е 1000 калории / kg К = 4186 J / kg K. Напротив, специфичната топлина на водата в газообразно състояние е 2080 J / kg K, а в твърдо състояние - 2050 J / кг К.

Топлопредаване

По този начин и като се има предвид, че специфичните стойности на по-голямата част от веществата вече са изчислени, е възможно да се определи топлопреминаването между две тела или системи със следните изрази:

Q = cm ΔT

Или ако се използва специфична моларна топлина:

Q = cn ΔT

Трябва да се вземе предвид, че тези изрази позволяват определяне на топлинните потоци, при условие че няма промяна в състоянието.

В процесите на промяна на състоянието говорим за латентна топлина (L), която се определя като енергия, необходима на количество вещество за промяна на фаза или състояние, било от твърдо в течно (топлина на синтез, L _f) или от течни до газообразни (топлина на изпаряване, L _v).

Трябва да се вземе предвид, че такава енергия под формата на топлина се изразходва изцяло при смяна на фазата и не отменя промяна в температурата. В такива случаи изразите за изчисляване на топлинния поток в процеса на изпаряване са следните:

Q = L _v m

Ако се използва специфична моларна топлина: Q = L _v n

При процес на сливане: Q = L _f m

Ако се използва специфична моларна топлина: Q = L _f n

По принцип, както при специфичната топлина, латентните нагревания на повечето вещества вече са изчислени и са лесно достъпни в таблици. Така например, в случай на вода трябва да:

L _f = 334 kJ / kg (79.7 cal / g) при 0 ° C; L _v = 2257 kJ / kg (539.4 cal / g) при 100 ° C.

пример

В случай на вода, ако 1 kg маса замръзнала вода (лед) се нагрява от температура -25 ° C до температура 125 ° C (водна пара), топлината, консумирана в процеса, се изчислява, както следва:

Етап 1

Лед от -25 ºC до 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Етап 2

Промяна на състоянието от лед към течна вода.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Етап 3

Течна вода от 0ºC до 100ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Етап 4

Промяна на състоянието от течна вода към водна пара.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Етап 5

Водна пара от 100ºC до 125ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

По този начин общият топлинен поток в процеса е сумата от получената във всеки от петте етапа и води до 31112850 Дж.

Препратки

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Физика том 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, изд. Светът на физическата химия.Топлинен капацитет. (Ро). В Уикипедия. Произведено на 20 март 2018 г. от en.wikipedia.org.
3. Латентна топлина. (Ро). В Уикипедия. Произведено на 20 март 2018 г. от en.wikipedia.org.
4. Кларк, Джон, ОЕ (2004). Същественият речник на науката. Барнс и благородни книги.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Физическа химия, (първо издание 1978 г.), девето издание 2010 г., Oxford University Press, Oxford UK.