TEPELNÁ KAPACITA: VZORCE, JEDNOTKY A MÍRY - FYZICKÝ - 2025

Tepelná kapacita tělesa nebo systému je podíl mezi tepelné energie přenášené do tohoto těla a změnou teploty se zkušenostmi v tomto procesu. Další přesnější definice je to, že se odkazuje na to, kolik tepla je nutné přenášet do těla nebo systému tak, aby se jeho teplota zvýšila o jeden stupeň kelvin.

Neustále se stává, že nejžhavější tělesa odevzdávají teplo chladnějším tělesům v procesu, který trvá tak dlouho, dokud je mezi oběma tělesy v kontaktu rozdíl teplot. Teplo je pak energie, která je přenášena z jednoho systému do druhého jednoduchým faktem, že mezi nimi existuje rozdíl v teplotě.

Obvykle je pozitivní teplo (Q) definováno jako teplo, které je absorbováno systémem, a jako záporné teplo, které je přenášeno systémem.

Z výše uvedeného vyplývá, že ne všechny předměty absorbují a udržují teplo se stejnou lehkostí; proto se některé materiály zahřívají snadněji než jiné.

Je třeba vzít v úvahu, že v konečném důsledku tepelná kapacita těla závisí na jeho povaze a složení.

Vzorce, jednotky a míry

Tepelná kapacita může být stanovena od následujícího výrazu:

C = dQ / dT

Pokud je změna teploty dostatečně malá, lze předchozí výraz zjednodušit a nahradit následujícím:

C = Q / AT

Jednotkou měření tepelné kapacity v mezinárodním systému je tedy Joule na kelvin (J / K).

Tepelná kapacita může být měřena při konstantním tlaku C _p nebo při konstantním objemu C _v.

Měrné teplo

Tepelná kapacita systému často závisí na jeho množství látky nebo hmotnosti. V tomto případě, je-li systém tvořen jedinou látkou s homogenními charakteristikami, je vyžadováno specifické teplo, také nazývané měrná tepelná kapacita (c).

Specifické hmotnostní teplo je tedy množství tepla, které musí být dodáno jednotkové hmotnosti látky, aby se zvýšila její teplota o jeden stupeň kelvin, a může být stanoveno počínaje následujícím výrazem:

c = Q / m ΔT

V této rovnici m je hmotnost látky. Proto je měrnou jednotkou pro měrné teplo v tomto případě Joule na kilogram na kelvin (J / kg K), nebo také Joule na gram na kelvin (J / g K).

Podobně molární měrné teplo je množství tepla, které musí být dodáno k molu látky, aby se jeho teplota zvýšila o jeden stupeň kelvin. A to lze zjistit z následujícího výrazu:

V tomto výrazu n je počet molů látky. To znamená, že měrnou jednotkou pro měrné teplo je v tomto případě Joule na mol na kelvin (J / mol K).

Měrné teplo vody

Konkrétní rozpětí mnoha látek jsou vypočteny a snadno dostupné v tabulkách. Hodnota měrného tepla vody v kapalném stavu je 1000 kalorií / kg K = 4186 J / kg K. Naopak měrné teplo vody v plynném stavu je 2080 J / kg K a v pevném stavu 2050 J / kg K.

Přenos tepla

Tímto způsobem a vzhledem k tomu, že již byly vypočteny specifické hodnoty drtivé většiny látek, je možné stanovit přenos tepla mezi dvěma tělesy nebo systémy s následujícími výrazy:

Q = cm ΔT

Nebo pokud se používá molární měrné teplo:

Q = cn ΔT

Mělo by být vzato v úvahu, že tyto výrazy umožňují určit tepelné toky za předpokladu, že nedojde ke změně stavu.

V procesech změny stavu se hovoří o latentním teplu (L), které je definováno jako energie vyžadovaná množstvím látky ke změně fáze nebo stavu, buď z pevné látky na kapalinu (teplo fúze, L _f) nebo od kapaliny k plynnému (teplo odpařování, L _v).

Je třeba vzít v úvahu, že taková energie ve formě tepla je při fázové změně zcela spotřebována a nezmění změnu teploty. V takových případech jsou výrazy pro výpočet tepelného toku v procesu odpařování následující:

Q = _Lv m

Pokud se použije molární měrné teplo: Q = L _v n

Ve fúzním procesu: Q = L _f m

Pokud se použije molární měrné teplo: Q = L _f n

Obecně, stejně jako u specifického tepla, se latentní zahřívání většiny látek již počítá a jsou snadno dostupné v tabulkách. Například v případě vody musíte:

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

Příklad

V případě vody, pokud se 1 kg hmoty zmrzlé vody (ledu) zahřeje z teploty -25 ° C na teplotu 125 ° C (vodní pára), teplo spotřebované v procesu by se vypočítalo takto:

Fáze 1

Led od -25 ° C do 0 ° C.

Q = cm AT = 2050 1 25 = 51250 J

Fáze 2

Změna stavu z ledu na tekutou vodu.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Fáze 3

Kapalná voda od 0 ° C do 100 ° C.

Q = cm AT = 4186 1 100 = 418600 J

Fáze 4

Změna stavu z kapalné vody na vodní páru.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fáze 5

Vodní pára od 100 ° C do 125 ° C.

Q = cm AT = 2080 1 25 = 52000 J

Celkový tepelný tok v procesu je tedy součtem toku vyrobeného v každém z pěti stupňů a má za následek 31112850 J.

Reference

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fyzika svazek 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svět fyzikální chemie.Tepelná kapacita. (nd). Na Wikipedii. Citováno z 20. března 2018, z en.wikipedia.org.
3. Latentní teplo. (nd). Na Wikipedii. Citováno z 20. března 2018, z en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Základní slovník vědy. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (první vydání 1978), deváté vydání 2010, Oxford University Press, Oxford UK.