ТЕПЛОЄМНІСТЬ: ФОРМУЛИ, ОДИНИЦІ ТА ЗАХОДИ - ФІЗИЧНІ - 2025

Теплоємність тіла або системи є фактором між тепловою енергією , переданої в цей орган і зміною температури вона відчуває в цьому процесі. Ще одне більш точне визначення полягає в тому, що воно стосується того, скільки тепла потрібно передавати тілу або системі, щоб його температура зросла на один градус кельвіна.

Безперервно трапляється, що найгарячіші тіла віддають тепло холоднішим тілам у процесі, який триває до тих пір, поки між двома контактуючими тілами є різниця температур. Тоді тепло - це енергія, яка передається від однієї системи до іншої простим фактом, що між ними є різниця температур.

За умовою, позитивне тепло (Q) визначається як те, яке поглинається системою, і як негативне тепло, яке передається системою.

З вищесказаного випливає, що не всі предмети поглинають і утримують тепло з однаковою легкістю; таким чином певні матеріали нагріваються легше, ніж інші.

Слід враховувати, що, зрештою, теплоємність тіла залежить від його характеру та складу.

Формули, одиниці та заходи

Теплоємність можна визначити, виходячи з наступного виразу:

C = dQ / dT

Якщо зміна температури досить мала, попередній вираз можна спростити і замінити наступним:

C = Q / ΔT

Отже, одиницею виміру теплоємності в міжнародній системі є джоуль на кельвін (Дж / К).

Теплоємність можна виміряти при постійному тиску C _p або постійному об'ємі C _v .

Питома теплота

Часто теплоємність системи залежить від її кількості речовини або її маси. У цьому випадку, коли система складається з однієї речовини з однорідними характеристиками, необхідна питома теплоємність, яка також називається питомою теплоємністю (c).

Таким чином, питома маса тепла - це кількість тепла, яке необхідно подати до одиничної маси речовини для підвищення її температури на один градус кельвіна, і може бути визначена, виходячи з наступного виразу:

c = Q / m ΔT

У цьому рівнянні m - маса речовини. Тому одиницею вимірювання питомої теплоти в цьому випадку є джоуль на кілограм на кельвін (Дж / кг К), або також джоуль на грам на кельвін (Дж / г К).

Аналогічно, молярне питоме тепло - це кількість тепла, яке необхідно подати на моль речовини, щоб його температура зросла на один градус кельвіна. І це можна визначити з наступного виразу:

У цьому виразі n - кількість молей речовини. Це означає, що одиницею вимірювання питомої теплоти в цьому випадку є джоуль на моль на кельвін (Дж / моль K).

Питома теплота води

Питомі нагрівання багатьох речовин розраховуються та легко доступні в таблицях. Значення питомої теплоти води в рідкому стані становить 1000 ккал / кг К = 4186 Дж / кг К. Навпаки, питома теплота води в газоподібному стані становить 2080 Дж / кг К і в твердому стані 2050 Дж / кг К.

Теплопередача

Таким чином та враховуючи, що питомі значення переважної більшості речовин уже обчислені, можна визначити передачу тепла між двома тілами або системами з такими виразами:

Q = см ΔT

Або якщо використовується молярне тепло:

Q = cn ΔT

Слід враховувати, що ці вирази дозволяють визначати теплові потоки за умови відсутності зміни стану.

У процесах зміни стану ми говоримо про приховану теплоту (L), яка визначається як енергія, необхідна кількості речовини для зміни фази або стану, або від твердого до рідкого (теплота плавлення, L _f ) або від рідкої до газоподібної (теплота випаровування, L _v ).

Потрібно враховувати, що така енергія у вигляді тепла повністю витрачається на зміну фаз і не обертає зміни температури. У таких випадках вираженнями для обчислення теплового потоку в процесі випаровування є такі:

Q = L _v m

Якщо використовується молярне питоме тепло: Q = L _v n

У процесі плавлення: Q = L _f m

Якщо використовується молярне питоме тепло: Q = L _f n

В цілому, як і при питомому нагріванні, приховані нагрівання більшості речовин вже розраховані і легко доступні в таблицях. Так, наприклад, у випадку з водою ви повинні:

L _f = 334 кДж / кг (79,7 кал / г) при 0 ° С; L _v = 2257 кДж / кг (539,4 кал / г) при 100 ° С.

Приклад

У випадку з водою, якщо 1 кг маси замерзлої води (льоду) нагрівається від температури -25 ºC до температури 125 ºC (водяна пара), тепло, споживане в процесі, розраховується наступним чином :

1 етап

Ожеледиця від -25 ºC до 0 ºC.

Q = см ΔT = 2050 1 25 = 51250 Дж

2 етап

Зміна стану з льоду на рідку воду.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 Дж

3 етап

Рідка вода від 0ºC до 100ºC.

Q = см ΔT = 4186 1 100 = 418600 Дж

Етап 4

Зміна стану від рідкої води до водяної пари.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 Дж

5 етап

Водяна пара від 100ºC до 125ºC.

Q = см ΔT = 2080 1 25 = 52000 Дж

Таким чином, загальний тепловий потік у процесі - це сума виробленої на кожній з п'яти стадій і приводить до 31112850 Дж.

Список літератури

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Фізика Том 1. Цесса.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ред. Світ фізичної хімії.Теплоємність. (другий). У Вікіпедії. Отримано 20 березня 2018 року з en.wikipedia.org.
3. Приховане тепло. (другий). У Вікіпедії. Отримано 20 березня 2018 року з en.wikipedia.org.
4. Кларк, Джон, ОЕ (2004). Основний словник науки. Барнс і благородні книги.
5. Аткінс, П., де Паула, Дж. (1978/2010). Фізична хімія, (перше видання 1978), дев'яте видання 2010, Oxford University Press, Оксфорд, Великобританія.