Φόρμες θερμικής ικανότητας, μονάδες και μέτρα

Το ικανότητα θερμότητας ενός σώματος ή συστήματος είναι το πηλίκο που προκύπτει μεταξύ της θερμικής ενέργειας που μεταδίδεται σε αυτό το σώμα και της μεταβολής της θερμοκρασίας που βιώνει σε αυτή τη διαδικασία. Ένας άλλος πιο ακριβής ορισμός είναι ότι αναφέρεται σε πόση θερμότητα είναι απαραίτητο να μεταδοθεί σε ένα σώμα ή ένα σύστημα έτσι ώστε η θερμοκρασία του να αυξάνεται σε ένα βαθμό Kelvin.

Συμβαίνει συνεχώς ότι τα πιο καυτά σώματα δίνουν θερμότητα στα ψυχρότερα σώματα σε μια διαδικασία που διαρκεί όσο υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο επαφών. Στη συνέχεια, η θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταδίδεται από το ένα σύστημα στο άλλο από το απλό γεγονός ότι υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ τους.

Με συμφωνία ορίζεται ως θερμότητα (Q) θετικό αυτό που απορροφάται από ένα σύστημα, και ως αρνητική θερμότητα που μεταφέρεται από ένα σύστημα.

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι όλα τα αντικείμενα δεν απορροφούν και εξοικονομούν θερμότητα με την ίδια ευκολία. έτσι ορισμένα υλικά θερμαίνονται πιο εύκολα από άλλα.

Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι, τελικά, η θερμογόνος ικανότητα ενός σώματος εξαρτάται από τη φύση και τη σύνθεση του σώματος.

Ευρετήριο

• 1 Τύποι, μονάδες και μέτρα 
• 2 Ειδική θερμότητα
  • 2.1 Ειδική θερμότητα νερού
  • 2.2 Μεταφορά θερμότητας
• 3 Παράδειγμα
  • 3.1 Στάδιο 1
  • 3.2 Στάδιο 2
  • 3.3 Στάδιο 3
  • 3.4 Στάδιο 4
  • 3.5 Στάδιο 5
• 4 Αναφορές

Τύποι, μονάδες και μέτρα

Η θερμική ικανότητα μπορεί να προσδιοριστεί ξεκινώντας από την ακόλουθη έκφραση:

C = dQ / dT

Αν η αλλαγή της θερμοκρασίας είναι αρκετά μικρή, η παραπάνω έκφραση μπορεί να απλουστευθεί και να αντικατασταθεί από τα ακόλουθα:

C = Q / ΔT

Στη συνέχεια, η μονάδα μέτρησης της θερμικής ικανότητας στο διεθνές σύστημα είναι ο Ιούλιος ανά Kelvin (J / K).

Η θερμική ισχύς μπορεί να μετρηθεί με σταθερή πίεση C_σ ή σε σταθερή ποσότητα C_v.

Ειδική θερμότητα

Συχνά η θερμική ικανότητα ενός συστήματος εξαρτάται από την ποσότητα της ουσίας ή τη μάζα του. Στην περίπτωση αυτή, όταν ένα σύστημα αποτελείται από μία μόνο ουσία με ομοιογενή χαρακτηριστικά, απαιτείται ειδική θερμότητα, που ονομάζεται επίσης ειδική θερμική ικανότητα (c).

Έτσι, η ειδική θερμότητα μάζας είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να τροφοδοτηθεί στη μονάδα μάζας μιας ουσίας ώστε να αυξηθεί η θερμοκρασία της κατά ένα βαθμό Kelvin και μπορεί να προσδιοριστεί από την ακόλουθη έκφραση:

c = Q / m ΔΤ

Στην εξίσωση αυτή m είναι η μάζα της ουσίας. Επομένως, η μονάδα μέτρησης της συγκεκριμένης θερμότητας στην περίπτωση αυτή είναι ο Ιούλιος ανά χιλιόγραμμο ανά κελβίνο (J / kg K) ή επίσης ο Ιούλιος ανά γραμμάριο ανά κιλόν (J / g K).

Ομοίως, η ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που πρέπει να τροφοδοτηθεί σε ένα γραμμομόριο μιας ουσίας για να αυξηθεί η θερμοκρασία της κατά ένα βαθμό Kelvin. Και μπορεί να προσδιοριστεί από την ακόλουθη έκφραση:

c = Q / n ΔT

Στην εν λόγω έκφραση η είναι ο αριθμός των γραμμομορίων της ουσίας. Αυτό σημαίνει ότι η μονάδα μέτρησης της συγκεκριμένης θερμότητας σε αυτή την περίπτωση είναι ο Ιούλιος ανά γραμμομόριο ανά κιλόν (J / mol K).

Ειδική θερμότητα νερού

Οι συγκεκριμένες θερμότητες πολλών ουσιών υπολογίζονται και είναι εύκολα προσβάσιμες σε πίνακες. Η ειδική θερμική τιμή του νερού σε υγρή κατάσταση είναι 1000 θερμίδες / kg K = 4186 J / kg Κ. Από την άλλη πλευρά, η ειδική θερμότητα νερού στην αέρια κατάσταση είναι 2080 J / kg K και σε στερεή κατάσταση 2050 J / kg Κ.

Μεταφορά θερμότητας

Με αυτό τον τρόπο και δεδομένου ότι οι συγκεκριμένες τιμές της συντριπτικής πλειοψηφίας των ουσιών έχουν ήδη υπολογιστεί, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η μεταφορά θερμότητας μεταξύ δύο συστημάτων ή συστημάτων με τις ακόλουθες εκφράσεις:

Q = c m ΔT

Ή εάν χρησιμοποιείται γραμμομοριακή θερμότητα:

Q = c n ΔT

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι αυτές οι εκφράσεις επιτρέπουν τον προσδιορισμό των ροών θερμότητας εφ 'όσον δεν υπάρχει μεταβολή της κατάστασης.

Στις διαδικασίες αλλαγής της κατάστασης, μιλάμε για λανθάνουσα θερμότητα (L), η οποία ορίζεται ως η ενέργεια που απαιτείται από μια ποσότητα ουσίας για να αλλάξει φάση ή κατάσταση, είτε από στερεό σε υγρό (θερμότητα σύντηξης, L_στ) ή από υγρό σε αέριο (θερμότητα εξάτμισης, L_v).

Πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η ενέργεια αυτή υπό μορφή θερμότητας καταναλώνεται εξ ολοκλήρου στην αλλαγή φάσης και δεν αντιστρέφει μια μεταβολή της θερμοκρασίας. Σε τέτοιες περιπτώσεις οι εκφράσεις για τον υπολογισμό της ροής θερμότητας σε μια διαδικασία εξάτμισης είναι οι ακόλουθες:

Q = L_v m

Εάν χρησιμοποιείται η μοριακή ειδική θερμότητα: Q = L_v n

Σε μια διαδικασία σύντηξης: Q = L_στ  m

Εάν χρησιμοποιείται η μοριακή ειδική θερμότητα: Q = L_στ n

Γενικά, όπως και με τη συγκεκριμένη θερμότητα, οι λανθάνοντες θερμότητες των περισσότερων ουσιών έχουν ήδη υπολογιστεί και είναι εύκολα προσβάσιμες σε πίνακες. Έτσι, για παράδειγμα, στην περίπτωση του νερού πρέπει να:

L_στ  = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) στους 0 ° C. L_v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) στους 100 ° C.

Παράδειγμα

Στην περίπτωση νερού, αν μια μάζα παγωμένου νερού (πάγος) 1 kg θερμαίνεται από θερμοκρασία -25 ° C σε θερμοκρασία 125 ° C (υδρατμός), η θερμότητα που καταναλώνεται κατά τη διαδικασία θα υπολογίζεται ως εξής :

Στάδιο 1

Πάγος από -25 ºC έως 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Στάδιο 2

Αλλαγή της κατάστασης του πάγου σε υγρό νερό.

Q = L_στ  m = 334000 1 = 334000 J

Στάδιο 3

Υγρό νερό από 0 ºC έως 100 ºC.

Q = c m ΔΤ = 4186 1 100 = 418600 J

Στάδιο 4

Αλλαγή της κατάστασης από το υγρό νερό στους υδρατμούς.

Q = L_v m = 2257000 1 = 2257000 J

Στάδιο 5

Ατμός νερού από 100 ºC έως 125 ºC.

Q = c m ΔΤ = 2080 1 25 = 52000 J

Έτσι, η συνολική ροή θερμότητας στη διαδικασία είναι το άθροισμα της παραγωγής που παράγεται σε κάθε μία από τις πέντε φάσεις και οδηγεί σε 31112850 J.

Αναφορές

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Φυσική τόμος 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Ο κόσμος της φυσικής χημείας. Θερμοκρασία. (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 20 Μαρτίου 2018, από το en.wikipedia.org.
3. Λανθάνουσα θερμότητα (n.d.). Στη Βικιπαίδεια. Ανακτήθηκε στις 20 Μαρτίου 2018, από το en.wikipedia.org.
4. Clark, John, Ο.Ε. (2004). Το βασικό λεξικό της επιστήμης. Barnes & Noble Βιβλία.
5. Atkins, Ρ., De Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (πρώτη έκδοση 1978), ένατη έκδοση 2010, Oxford University Press, Oxford UK.