Formule, jedinice i mjere kalorijskih kapaciteta



toplinski kapacitet tijela ili sustava je kvocijent koji rezultira između toplinske energije koja se prenosi do tog tijela i promjene temperature koju ona doživljava u tom procesu. Druga preciznija definicija je da se odnosi na to koliko je topline potrebno da se prenese na tijelo ili sustav tako da njegova temperatura poveća stupanj Kelvina.

Neprestano se događa da najtoplija tijela daju toplinu najhladnijim tijelima u procesu koji traje sve dok postoji razlika u temperaturi između dvaju tijela u kontaktu. Zatim, toplina je energija koja se prenosi iz jednog sustava u drugi jednostavnom činjenicom da među njima postoji temperaturna razlika.

Po dogovoru se definira kao toplina (P) pozitivno ono što sustav apsorbira i kao negativna toplina koja se prenosi sustavom.

Iz navedenog se zaključuje da svi objekti ne apsorbiraju i čuvaju toplinu s istom lakoćom; stoga se određeni materijali lakše zagrijavaju od drugih.

Mora se uzeti u obzir da, u konačnici, kalorični kapacitet tijela ovisi o prirodi i sastavu tijela.

indeks

  • 1 Formule, jedinice i mjere 
  • 2 Specifična toplina
    • 2.1 Specifična toplina vode
    • 2.2 Prijenos topline
  • 3 Primjer
    • 3.1 Faza 1
    • 3.2 Faza 2
    • 3.3 Faza 3
    • 3.4 Faza 4
    • 3.5 Faza 5
  • 4 Reference

Formule, jedinice i mjere

Kapacitet topline može se odrediti polazeći od sljedećeg izraza:

C = dQ / dT

Ako je promjena temperature dovoljno mala, gornji izraz može se pojednostaviti i zamijeniti sljedećim:

C = Q / ΔT

Tada je mjerna jedinica toplinskog kapaciteta u međunarodnom sustavu srpanj po kelvinu (J / K).

Kapacitet topline može se mjeriti pri konstantnom tlaku Cp ili pri konstantnom volumenu Cv.

Specifična toplina

Često toplinski kapacitet sustava ovisi o njegovoj količini tvari ili njezinoj masi. U tom slučaju, kada je sustav sastavljen od jedne tvari s homogenim karakteristikama, potrebna je specifična toplina, koja se naziva i specifični toplinski kapacitet (c).

Prema tome, specifična toplinska masa je količina topline koja se mora dostaviti jedinici mase tvari da bi se povećala njezina temperatura za stupanj Kelvina i može se odrediti iz sljedećeg izraza:

c = Q / m ΔT

U ovoj jednadžbi m je masa tvari. Prema tome, mjerna jedinica specifične topline u ovom slučaju je srpanj po kilogramu po kelvinu (J / kg K) ili u srpnju po gramu po kelvinu (J / g K).

Slično tome, molarna specifična toplina je količina topline koja se mora dati krtici tvari kako bi se povećala njezina temperatura za stupanj Kelvina. I to se može odrediti iz sljedećeg izraza:

c = Q / n T

U navedenom izrazu n je broj molova tvari. To znači da je mjerna jedinica specifične topline u ovom slučaju srpanj po molu po kelvinu (J / mol K).

Specifična toplina vode

Specifične topline mnogih tvari izračunate su i lako dostupne u tablicama. Specifična toplinska vrijednost vode u tekućem stanju je 1000 kalorija / kg K = 4186 J / kg K. S druge strane, specifična toplina vode u plinovitom stanju je 2080 J / kg K, au čvrstom stanju 2050 J / kg K.

Prijenos topline

Na taj način i s obzirom da su već izračunate specifične vrijednosti većine tvari, moguće je odrediti prijenos topline između dvaju tijela ili sustava sa sljedećim izrazima:

Q = c m ΔT

Ili ako se koristi specifična molarna toplina:

Q = c n T

Treba uzeti u obzir da ti izrazi omogućuju određivanje toplinskih tokova sve dok ne dođe do promjene stanja.

U procesima promjene stanja govorimo o latentnoj toplini (L), koja se definira kao energija potrebna količini tvari da promijeni fazu ili stanje, bilo od krute do tekuće (toplina fuzije, LFili iz tekućeg u plinovito (toplina isparavanja, Lv).

Mora se uzeti u obzir da se takva energija u obliku topline troši u cijelosti u fazi promjene i ne mijenja varijaciju temperature. U takvim slučajevima izrazi za izračunavanje toplinskog toka u procesu isparavanja su sljedeći:

Q = Lv m

Ako se koristi molarna specifična toplina: Q = Lv n

U procesu fuzije: Q = LF  m

Ako se koristi molarna specifična toplina: Q = LF n

Općenito, kao i kod specifične topline, latentne topline većine tvari već su izračunate i lako dostupne u tablicama. Tako, na primjer, u slučaju vode morate:

LF  = 334 kJ / kg (79,7 kal / g) na 0 ° C; Lv = 2257 kJ / kg (539,4 kal / g) na 100 ° C.

primjer

U slučaju vode, ako se masa zamrznute vode (leda) od 1 kg zagrijava od temperature od -25 ° C do temperature od 125 ° C (vodena para), toplina potrošena u procesu bi se izračunala kako slijedi :

Faza 1

Led od -25 ° C do 0 ° C.

Q = c m T = 2050 1 25 = 51250 J

Faza 2

Promjena stanja leda u tekuću vodu.

Q = LF  m = 334000 1 = 334000 J

Faza 3

Tekuća voda od 0 ° C do 100 ° C.

Q = c m T = 4186 1 100 = 418600 J

Faza 4

Promjena stanja iz tekuće vode u vodenu paru.

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

Faza 5

Para od 100 ° C do 125 ° C.

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

Dakle, ukupni toplinski tok u procesu je zbroj proizvedenog u svakom od pet stupnjeva i rezultata u 31112850 J.

reference

  1. Resnik, Halliday i Krane (2002). Volumen fizike 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, izd. Svijet fizičke kemije. Kapacitet grijanja. (N. D.). U Wikipediji. Preuzeto 20. ožujka 2018. s en.wikipedia.org.
  3. Latentna toplina (N. D.). U Wikipediji. Preuzeto 20. ožujka 2018. s en.wikipedia.org.
  4. Clark, John, O.E. (2004). Osnovni rječnik znanosti. Barnes & Noble Books.
  5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (prvo izdanje 1978.), deveto izdanje 2010., Oxford University Press, Oxford UK.