The tepelná kapacita těla nebo systému je kvocient, který vzniká mezi tepelnou energií přenášenou do tohoto těla a změnou teploty, kterou v tomto procesu prožívá. Další přesnější definice spočívá v tom, že se odkazuje na to, kolik tepla je nutné předat tělu nebo systému, aby se jeho teplota zvýšila o jeden stupeň kelvin.
Neustále se stává, že nejteplejší tělesa se vzdávají tepla chladnějším tělesům v procesu, který trvá tak dlouho, dokud existuje rozdíl teplot mezi dvěma tělesy, která jsou v kontaktu. Teplo je tedy energie, která se přenáší z jednoho systému do druhého prostým faktem, že mezi nimi existuje rozdíl v teplotách..
Podle konvence je definována jako teplo (Q) pozitivní to, co je absorbováno systémem, a jako negativní teplo to, které je přenášeno systémem.
Z výše uvedeného vyplývá, že ne všechny objekty absorbují a udržují teplo se stejnou lehkostí; určité materiály se tak zahřívají snadněji než jiné.
Je třeba vzít v úvahu, že v konečném důsledku tepelná kapacita těla závisí na jeho povaze a složení..
Rejstřík článků
Tepelnou kapacitu lze určit na základě následujícího výrazu:
C = dQ / dT
SPokud je změna teploty dostatečně malá, lze předchozí výraz zjednodušit a nahradit následujícím:
C = Q / ΔT
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 stálém objemu C.proti.
Tepelná kapacita systému často závisí na jeho množství látky nebo jeho hmotnosti. V tomto případě, když je systém tvořen jedinou látkou s homogenními vlastnostmi, je vyžadováno specifické teplo, nazývané také měrná tepelná kapacita (c).
Hmotově specifické teplo je tedy množství tepla, které musí být dodáno do jednotkové hmotnosti látky, aby se zvýšila její teplota o jeden stupeň kelvin, a lze ji určit z následujícího výrazu:
c = Q / m ΔT
V této rovnici m je hmotnost látky. Proto je v tomto případě jednotka měření měrného tepla Joule na kilogram na kelvin (J / kg K), nebo také Joule na gram na kelvin (J / g K).
Podobně molární specifické teplo je množství tepla, které musí být dodáno molu látky, aby se zvýšila její teplota o jeden stupeň kelvinu. A to lze určit z následujícího výrazu:
c = Q / n ΔT
V tomto výrazu n je počet molů látky. To znamená, že měrná jednotka pro specifické teplo je v tomto případě Joule na mol na kelvin (J / mol K).
Specifické teploty mnoha látek jsou vypočítány 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.
Tímto způsobem a vzhledem k tomu, že specifické hodnoty velké většiny látek již byly vypočítány, je možné určit přenos tepla mezi dvěma tělesy nebo systémy pomocí následujících výrazů:
Q = c m ΔT
Nebo pokud se používá molární specifické teplo:
Q = c n ΔT
Je třeba vzít v úvahu, že tyto výrazy umožňují určit tepelné toky, dokud nedojde ke změně stavu.
V procesech změny stavu hovoříme o latentním teple (L), které je definováno jako energie vyžadovaná množstvím látky ke změně fáze nebo stavu, buď z pevné látky na kapalinu (teplo fúze, LF) nebo z kapalného na plynné (odpařovací teplo, Lproti).
Je třeba vzít v úvahu, že taková energie ve formě tepla je zcela spotřebována při fázové změně a nevrací změnu teploty. V takových případech jsou výrazy pro výpočet tepelného toku v procesu odpařování následující:
Q = Lproti m
Pokud se používá molární měrné teplo: Q = Lproti n
V procesu fúze: Q = LF m
Pokud se používá molární měrné teplo: Q = LF n
Obecně, stejně jako u specifického tepla, jsou latentní tepla většiny látek již vypočítána a jsou snadno dostupná v tabulkách. Například v případě vody je třeba:
LF = 334 kJ / kg (79,7 kal / g) při 0 ° C; Lproti = 2257 kJ / kg (539,4 kcal / g) při 100 ° C.
V případě vody, pokud se 1 kg hmotnosti zmrzlé vody (ledu) ohřeje z teploty -25 ° C na teplotu 125 ° C (vodní pára), teplo spotřebované v procesu by se vypočítalo takto:
Led od -25 ° C do 0 ° C.
Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J
Změna stavu z ledu na kapalnou vodu.
Q = LF m = 334000 1 = 334000 J
Tekutá voda od 0 ° C do 100 ° C.
Q = c m ΔT = 4186 1100 = 418600 J
Změna stavu z kapalné vody na vodní páru.
Q = Lproti m = 2257000 1 = 2257000 J
Vodní pára od 100 ° C do 125 ° C.
Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J
Celkový tepelný tok v procesu je tedy součtem toku produkovaného v každém z pěti stupňů a jeho výsledkem je 311 128 850 J.
Zatím žádné komentáře