WÄRMEKAPAZITÄT: FORMELN, EINHEITEN UND MASSE - KÖRPERLICH - 2025

Die Wärmekapazität eines Körpers oder Systems ist der Quotient zwischen der auf diesen Körper übertragenen Wärmeenergie und der Temperaturänderung, die er in diesem Prozess erfährt. Eine andere genauere Definition ist, dass sie sich darauf bezieht, wie viel Wärme an einen Körper oder ein System übertragen werden muss, damit seine Temperatur um ein Grad Kelvin steigt.

Es kommt kontinuierlich vor, dass die heißesten Körper in einem Prozess, der so lange dauert, wie zwischen den beiden in Kontakt stehenden Körpern ein Temperaturunterschied besteht, Wärme an die kälteren Körper abgeben. Dann ist Wärme die Energie, die von einem System zu einem anderen übertragen wird, indem einfach ein Temperaturunterschied zwischen beiden besteht.

Konventionell wird positive Wärme (Q) als diejenige definiert, die von einem System absorbiert wird, und als negative Wärme diejenige, die von einem System übertragen wird.

Aus dem Obigen folgt, dass nicht alle Objekte Wärme mit der gleichen Leichtigkeit absorbieren und speichern; Daher erwärmen sich bestimmte Materialien leichter als andere.

Es sollte berücksichtigt werden, dass letztendlich die Wärmekapazität eines Körpers von seiner Art und Zusammensetzung abhängt.

Formeln, Einheiten und Maße

Die Wärmekapazität kann ausgehend von folgendem Ausdruck bestimmt werden:

C = dQ / dT

Wenn die Temperaturänderung klein genug ist, kann der vorherige Ausdruck vereinfacht und durch Folgendes ersetzt werden:

C = Q / ΔT

Die Maßeinheit für die Wärmekapazität im internationalen System ist also das Joule pro Kelvin (J / K).

Die Wärmekapazität kann bei konstantem Druck C _p oder konstantem Volumen C _v gemessen werden .

Spezifische Wärme

Oft hängt die Wärmekapazität eines Systems von seiner Substanzmenge oder seiner Masse ab. In diesem Fall ist, wenn ein System aus einer einzelnen Substanz mit homogenen Eigenschaften besteht, spezifische Wärme erforderlich, die auch als spezifische Wärmekapazität bezeichnet wird (c).

Die massenspezifische Wärme ist somit die Wärmemenge, die der Masseeinheit eines Stoffes zugeführt werden muss, um seine Temperatur um ein Grad Kelvin zu erhöhen, und kann ausgehend von dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

c = Q / m & Dgr; T.

In dieser Gleichung ist m die Masse der Substanz. Daher ist die Maßeinheit für die spezifische Wärme in diesem Fall das Joule pro Kilogramm pro Kelvin (J / kg K) oder auch das Joule pro Gramm pro Kelvin (J / g K).

In ähnlicher Weise ist molare spezifische Wärme die Wärmemenge, die einem Mol einer Substanz zugeführt werden muss, um ihre Temperatur um ein Grad Kelvin zu erhöhen. Und es kann aus dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

In diesem Ausdruck ist n die Anzahl der Mol der Substanz. Dies impliziert, dass die Maßeinheit für die spezifische Wärme in diesem Fall das Joule pro Mol pro Kelvin (J / Mol K) ist.

Spezifische Wärme von Wasser

Die spezifischen Temperaturen vieler Substanzen werden berechnet und sind in Tabellen leicht zugänglich. Der Wert der spezifischen Wärme von Wasser im flüssigen Zustand beträgt 1000 Kalorien / kg K = 4186 J / kg K. Im Gegensatz dazu beträgt die spezifische Wärme von Wasser im gasförmigen Zustand 2080 J / kg K und im festen Zustand 2050 J / kg K.

Wärmeübertragung

Auf diese Weise und da die spezifischen Werte der überwiegenden Mehrheit der Substanzen bereits berechnet wurden, ist es möglich, den Wärmeübergang zwischen zwei Körpern oder Systemen mit den folgenden Ausdrücken zu bestimmen:

Q = cm & Dgr; T.

Oder wenn molare spezifische Wärme verwendet wird:

Q = cn & Dgr; T.

Es sollte berücksichtigt werden, dass diese Ausdrücke die Bestimmung der Wärmeflüsse ermöglichen, sofern keine Zustandsänderung vorliegt.

In Zustandsänderungsprozessen sprechen wir von latenter Wärme (L), die als die Energie definiert ist, die eine Substanzmenge benötigt, um die Phase oder den Zustand von fest nach flüssig zu ändern (Schmelzwärme, L _f ). oder von flüssig zu gasförmig (Verdampfungswärme, L _v ).

Es muss berücksichtigt werden, dass diese Energie in Form von Wärme beim Phasenwechsel vollständig verbraucht wird und eine Temperaturschwankung nicht umkehrt. In solchen Fällen lauten die Ausdrücke zur Berechnung des Wärmeflusses in einem Verdampfungsprozess wie folgt:

Q = L _v m

Wenn molare spezifische Wärme verwendet wird: Q = L _v n

In einem Fusionsprozess: Q = L _f m

Wenn molare spezifische Wärme verwendet wird: Q = L _f n

Im Allgemeinen sind wie bei der spezifischen Wärme die latenten Wärmeen der meisten Substanzen bereits berechnet und in Tabellen leicht zugänglich. So müssen Sie beispielsweise bei Wasser:

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

Beispiel

Wenn im Fall von Wasser eine 1 kg schwere Masse gefrorenes Wasser (Eis) von einer Temperatur von -25 ºC auf eine Temperatur von 125 ºC (Wasserdampf) erhitzt wird, würde die dabei verbrauchte Wärme wie folgt berechnet ::

Stufe 1

Eis von -25 ºC bis 0 ºC.

Q = cm & Dgr; T = 2050 1 25 = 51250 J.

Stufe 2

Zustandsänderung von Eis zu flüssigem Wasser.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J.

Stufe 3

Flüssiges Wasser von 0 ° C bis 100 ° C.

Q = cm & Dgr; T = 4186 1 100 = 418600 J.

Stufe 4

Zustandsänderung von flüssigem Wasser zu Wasserdampf.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J.

Stufe 5

Wasserdampf von 100 ° C bis 125 ° C.

Q = cm & Dgr; T = 2080 1 25 = 52000 J.

Somit ist der gesamte Wärmefluss in dem Prozess die Summe des in jeder der fünf Stufen erzeugten und ergibt 31112850 J.

Verweise

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Physik Band 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, hrsg. Die Welt der physikalischen Chemie.Wärmekapazität. (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 20. März 2018 von en.wikipedia.org.
3. Latente Hitze. (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 20. März 2018 von en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Das wesentliche Wörterbuch der Wissenschaft. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physikalische Chemie, (erste Ausgabe 1978), neunte Ausgabe 2010, Oxford University Press, Oxford UK.