Formuły, jednostki i miary kaloryczności



The pojemność cieplna ciała lub układu jest ilorazem wynikającym z energii cieplnej przekazywanej do tego ciała i zmiany temperatury, której doświadcza w tym procesie. Inną bardziej precyzyjną definicją jest to, że odnosi się do tego, ile ciepła jest konieczne do przesłania do ciała lub układu, aby jego temperatura wzrosła o stopień Kelvina.

Zdarza się nieustannie, że najgorętsze ciała oddają ciepło najzimniejszym ciałom w procesie, który trwa tak długo, jak długo istnieje różnica temperatur między dwoma ciałami, z którymi się stykają. Następnie ciepło jest energią przesyłaną z jednego systemu do drugiego przez prosty fakt, że istnieje między nimi różnica temperatur.

Zgodnie z umową jest to zdefiniowane jako ciepło (P) pozytywne, które jest pochłaniane przez system, oraz ujemne ciepło, które jest przenoszone przez system.

Z powyższego wynika, że ​​nie wszystkie przedmioty pochłaniają i oszczędzają ciepło z taką samą łatwością; dlatego niektóre materiały są ogrzewane łatwiej niż inne.

Należy wziąć pod uwagę, że ostatecznie kaloryczność ciała zależy od natury i składu ciała.

Indeks

  • 1 Wzory, jednostki i miary 
  • 2 Ciepło właściwe
    • 2.1 Specyficzne ciepło wody
    • 2.2 Przenoszenie ciepła
  • 3 Przykład
    • 3.1 Etap 1
    • 3.2 Etap 2
    • 3.3 Etap 3
    • 3.4 Etap 4
    • 3.5 Etap 5
  • 4 odniesienia

Wzory, jednostki i miary

Pojemność cieplną można określić na podstawie następującego wyrażenia:

C = dQ / dT

Jeśli zmiana temperatury jest wystarczająco mała, powyższe wyrażenie można uprościć i zastąpić następującym:

C = Q / ΔT

Następnie jednostką miary pojemności cieplnej w systemie międzynarodowym jest lipiec za kelwin (J / K).

Pojemność cieplną można zmierzyć przy stałym ciśnieniu Cstr lub w stałej objętości Cv.

Ciepło właściwe

Często pojemność cieplna systemu zależy od jego ilości substancji lub jej masy. W tym przypadku, gdy system składa się z pojedynczej substancji o jednorodnych charakterystykach, wymagane jest ciepło właściwe, zwane także pojemnością właściwą (c).

Tak więc ciepło właściwe dla masy to ilość ciepła, która musi być dostarczona do jednostki masy substancji w celu zwiększenia jej temperatury o stopień Kelvina i może być określona na podstawie następującego wyrażenia:

c = Q / m ΔT

W tym równaniu m jest masą substancji. Dlatego jednostką miary ciepła właściwego w tym przypadku jest lipiec na kilogram na kelwin (J / kg K) lub też lipiec na gram na kelwin (J / g K).

Podobnie, molowe ciepło właściwe to ilość ciepła, która musi być dostarczona do mola substancji, aby zwiększyć jego temperaturę o stopień Kelvina. I można to określić na podstawie następującego wyrażenia:

c = Q / n ΔT

We wspomnianym wyrażeniu n jest liczbą moli substancji. Oznacza to, że jednostką pomiaru ciepła właściwego w tym przypadku jest lipiec na mol na kelwin (J / mol K).

Ciepło właściwe wody

Specyficzne upały wielu substancji są obliczane i łatwo dostępne w tabelach. Wartość ciepła właściwego wody w stanie ciekłym wynosi 1000 kalorii / kg K = 4186 J / kg K. Z drugiej strony ciepło właściwe wody w stanie gazowym wynosi 2080 J / kg K i w stanie stałym 2050 J / kg K.

Transmisja ciepła

W ten sposób i biorąc pod uwagę, że określone wartości ogromnej większości substancji zostały już obliczone, możliwe jest określenie wymiany ciepła między dwoma ciałami lub systemami z następującymi wyrażeniami:

Q = c m ΔT

Lub jeśli stosuje się molowe ciepło właściwe:

Q = c n ΔT

Należy wziąć pod uwagę, że wyrażenia te pozwalają określić strumienie ciepła, o ile nie ma zmiany stanu.

W procesach zmiany stanu mówimy o utajonym cieple (L), które jest definiowane jako energia wymagana przez pewną ilość substancji do zmiany fazy lub stanu, albo z ciała stałego do cieczy (ciepło topnienia, Lf) lub od cieczy do gazu (ciepło parowania, Lv).

Należy wziąć pod uwagę, że taka energia w postaci ciepła jest całkowicie zużywana w przemianie fazowej i nie odwraca zmiany temperatury. W takich przypadkach wyrażenia do obliczenia przepływu ciepła w procesie parowania są następujące:

Q = Lv m

Jeśli stosuje się molowe ciepło właściwe: Q = Lv n

W procesie fuzji: Q = Lf  m

Jeśli stosuje się molowe ciepło właściwe: Q = Lf n

Ogólnie rzecz biorąc, podobnie jak w przypadku określonego ciepła, utajone temperatury większości substancji są już obliczone i łatwo dostępne w tabelach. Na przykład w przypadku wody musisz:

Lf  = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) w 0 ° C; Lv = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) w 100 ° C.

Przykład

W przypadku wody, jeśli masa zamrożonej wody (lodu) o masie 1 kg zostanie podgrzana z temperatury -25 ° C do temperatury 125 ° C (para wodna), ciepło zużyte w procesie zostanie obliczone w następujący sposób :

Etap 1

Lód od -25 ° C do 0 ° C.

Q = cm AT = 2050 1 25 = 51250 J

Etap 2

Zmiana stanu lodu na płynną wodę.

Q = Lf  m = 334000 1 = 334000 J

Etap 3

Woda płynna od 0 ° C do 100 ° C.

Q = cm AT = 4186 1 100 = 418600 J

Etap 4

Zmiana stanu z ciekłej wody na parę wodną.

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

Etap 5

Para wodna od 100 ° C do 125 ° C.

Q = c m AT = 2080 1 25 = 52000 J

Tak więc całkowity przepływ ciepła w procesie jest sumą przepływu wytworzonego w każdym z pięciu etapów i daje wynik 31112850 J.

Referencje

  1. Resnik, Halliday i Krane (2002). Tom fizyki 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, wyd. Świat chemii fizycznej. Pojemność cieplna. (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 20 marca 2018 r. Z en.wikipedia.org.
  3. Utajone ciepło (n.d.). W Wikipedii. Pobrane 20 marca 2018 r. Z en.wikipedia.org.
  4. Clark, John, O.E. (2004). Podstawowy słownik nauki. Barnes & Noble Books.
  5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (pierwsze wydanie 1978), dziewiąta edycja 2010, Oxford University Press, Oxford UK.