HŐKAPACITÁS: KÉPLETEK, EGYSÉGEK ÉS MÉRETEK - FIZIKAI - 2026

A hőkapacitás olyan szerv vagy rendszer hányadosa közötti hőenergia továbbított hogy a test és a hőmérséklet-változás tapasztal ebben a folyamatban. Egy másik pontosabb meghatározás az, hogy arra utal, hogy mekkora hőt kell átjuttatni egy testhez vagy rendszerhez, hogy hőmérséklete egy kelvin fokkal nőjön.

Folyamatosan előfordul, hogy a melegebb testek hőt adnak a hűvösebb testeknek egy olyan folyamat során, amely addig folytatódik, amíg a két érintkező test hőmérséklete különbség van. Ezután a hő az az energia, amelyet az egyik rendszerről a másikra továbbítanak az az egyszerű tény, hogy a hőmérséklet különbség van a kettő között.

Megállapodás szerint a pozitív hőt (Q) úgy definiálják, mint amelyet egy rendszer abszorbeál, és negatív hőként, amelyet egy rendszer továbbít.

A fentiekből következik, hogy nem minden tárgy veszi fel és tárolja hőt ugyanolyan könnyedén; így bizonyos anyagok könnyebben melegednek, mint mások.

Figyelembe kell venni, hogy végül a test hőkapacitása a természetétől és összetételétől függ.

Képletek, egységek és méretek

A hőkapacitást a következő kifejezés alapján lehet meghatározni:

C = dQ / dT

Ha a hőmérséklet-változás elég kicsi, az előző kifejezés egyszerűsíthető és helyettesíthető a következővel:

C = Q / ΔT

Tehát a nemzetközi rendszer hőkapacitásának mértékegysége a Joule per kelvin (J / K).

Hőkapacitás mérhető állandó nyomáson C _p vagy állandó térfogatú C _v.

Fajlagos hő

A rendszer hőkapacitása gyakran az anyag mennyiségétől vagy tömegétől függ. Ebben az esetben, ha a rendszer egyetlen, homogén tulajdonságokkal rendelkező anyagból áll, fajlagos hőre van szükség, amelyet fajlagos hőkapacitásnak is neveznek (c).

Így a tömegspecifikus hő az a hőmennyiség, amelyet az anyag tömegéhez kell juttatni, hogy az hőmérséklete egy kelvin fokos legyen, és az alábbi kifejezés alapján határozható meg:

c = Q / m ΔT

Ebben az egyenletben m az anyag tömege. Ezért a fajlagos hő mértékegysége ebben az esetben a Joule kilogrammonként / kelvin (J / kg K), vagy a Joule per gramm / Kelvin (J / g K).

Hasonlóan, a mól fajlagos hő az a hőmennyiség, amelyet egy anyag moljára kell szolgáltatni, hogy az anyag hőmérséklete egy kelvin fokos legyen. És a következő kifejezéssel határozható meg:

Ebben a kifejezésben n az anyag móljainak száma. Ez azt jelenti, hogy a fajlagos hő mértékegysége ebben az esetben a Joule / mol / kelvin (J / mol K).

A víz fajsúlya

Számos anyag fajsúlyát kiszámítják és táblázatokban könnyen hozzáférhetők. A folyékony víz fajsúlyának értéke 1000 kalória / kg K = 4186 J / kg K. Ezzel szemben a gáznemű víz fajlagos hője 2080 J / kg K, szilárd állapotban pedig 2050 J / kg K.

Hőátadás

Ilyen módon és mivel az anyagok túlnyomó többségének sajátos értékeit már kiszámították, a következő kifejezésekkel meg lehet határozni a két test vagy rendszer közötti hőátadást:

Q = cm ΔT

Vagy ha moláris fajlagos hőt használnak:

Q = cn ΔT

Figyelembe kell venni, hogy ezek a kifejezések lehetővé teszik a hőáramok meghatározását, feltéve hogy az állapot nem változik.

Állapotváltozási folyamatokban a látens hőről (L) beszélünk, amelyet úgy határozunk meg, hogy az anyagmennyiségnek fázisa vagy állapota megváltoztatásához szükséges energia van, szilárd vagy folyékony (fúziós hő, L _f) vagy folyékony és gáznemű (párolgási hő, L _v).

Figyelembe kell venni, hogy az ilyen hő formájú energia teljes egészében a fázisváltás során elfogy, és nem fordítja vissza a hőmérséklet-változást. Ilyen esetekben a hőáram kiszámításához a párologtatás során a következő kifejezéseket kell használni:

Q = L _v m

Moláris fajlagos hő alkalmazása esetén: Q = L _v n

Fúziós folyamatban: Q = L _f m

Moláris fajlagos hő alkalmazása esetén: Q = L _f n

Általában, a fajlagos hőhöz hasonlóan, a legtöbb anyag látens melegét már kiszámították, és táblázatokban könnyen hozzáférhetők. Így például víz esetében a következőket kell tennie:

L _F = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) 0 ° C-on; L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) 100 ° C-on.

Példa

Víz esetében, ha 1 kg fagyasztott vizet (jég) melegítünk -25 ° C-ról 125 ° C-ra (vízgőz), akkor az eljárás során felhasznált hőt az alábbiak szerint kell kiszámítani::

1. szakasz

Jég -25 ºC-tól 0 ºC-ig.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. szakasz

Állapotváltás jégről folyékony vízre.

Q = L _f m = 334,000 1 = 334,000 J

3. szakasz

Folyékony víz 0 ° C-tól 100 ° C-ig.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

4. szakasz

Állapotváltás folyékony vízről vízgőzre.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

5. szakasz

Vízgőz 100 ° C-tól 125 ° C-ig.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Így a teljes hőáram a folyamatban az öt szakasz mindegyikében keletkezett hő összege, és 31112850 J eredményt eredményez.

Irodalom

1. Resnik, Halliday és Krane (2002). Fizika 1. kötet. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, szerk. A fizikai kémia világa.Hőkapacitás. (ND). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. március 20-án, az en.wikipedia.org webhelyről.
3. Látens hő. (ND). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. március 20-án, az en.wikipedia.org webhelyről.
4. Clark, John, OE (2004). A tudomány alapvető szótára. Barnes és nemes könyvek.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fizikai kémia (első kiadás 1978), kilencedik kiadás, 2010, Oxford University Press, Oxford UK.