CAPACITATE DE CĂLDURĂ: FORMULE, UNITĂȚI ȘI MĂSURI - FIZIC - 2025

Capacitatea termică a unui corp sau sistem este coeficientul dintre energia termică transmisă organismului respectiv și schimbarea temperaturii experimentează în acest proces. O altă definiție mai precisă este aceea că se referă la câtă căldură este necesară pentru a transmite unui corp sau sistem, astfel încât temperatura acestuia să crească cu un grad de kelvin.

Se întâmplă continuu ca cele mai tari corpuri să renunțe la căldură corpurilor mai reci într-un proces care durează atât timp cât există o diferență de temperatură între cele două corpuri aflate în contact. Apoi, căldura este energia care este transmisă de la un sistem la altul prin simplul fapt că există o diferență de temperatură între cele două.

Prin convenție, căldura pozitivă (Q) este definită ca cea care este absorbită de un sistem și ca căldură negativă, care este transferată de un sistem.

Din cele de mai sus rezultă că nu toate obiectele absorb și păstrează căldura cu aceeași ușurință; astfel anumite materiale se încălzesc mai ușor decât altele.

Trebuie avut în vedere că, în cele din urmă, capacitatea de căldură a unui corp depinde de natura și compoziția acestuia.

Formule, unități și măsuri

Capacitatea de căldură poate fi determinată pornind de la următoarea expresie:

C = dQ / dT

Dacă modificarea temperaturii este suficient de mică, expresia anterioară poate fi simplificată și înlocuită cu următoarele:

C = Q / ΔT

Deci, unitatea de măsură pentru capacitatea de căldură în sistemul internațional este Joule per kelvin (J / K).

Capacitatea de căldură poate fi măsurată la presiune constantă C _p sau volum constant C _v .

Căldura specifică

Adesea, capacitatea de căldură a unui sistem depinde de cantitatea de substanță sau de masa sa. În acest caz, atunci când un sistem este format dintr-o singură substanță cu caracteristici omogene, este necesară o căldură specifică, denumită și capacitate de căldură specifică (c).

Astfel, căldura specifică masei este cantitatea de căldură care trebuie furnizată masei unitare a unei substanțe pentru a-și crește temperatura cu un grad de kelvin și poate fi determinată pornind de la următoarea expresie:

c = Q / m ΔT

În această ecuație m este masa substanței. Prin urmare, în acest caz, unitatea de măsură pentru căldură specifică este Joule per kilogram per kelvin (J / kg K), sau de asemenea Joule per gram per kelvin (J / g K).

În mod similar, căldura specifică molară este cantitatea de căldură care trebuie furnizată unei alunițe a unei substanțe pentru a-și crește temperatura cu un grad de kelvin. Și poate fi determinată din următoarea expresie:

În această expresie n este numărul de alunițe ale substanței. Acest lucru implică faptul că unitatea de măsură pentru căldură specifică în acest caz este Joule per mol pentru kelvin (J / mol K).

Căldură specifică de apă

Căldurile specifice ale multor substanțe sunt calculate și ușor accesibile în tabele. Valoarea căldurii specifice apei în stare lichidă este de 1000 de calorii / kg K = 4186 J / kg K. Dimpotrivă, căldura specifică a apei în stare gazoasă este 2080 J / kg K, iar în stare solidă 2050 J / kg K

Transfer de căldură

În acest fel, având în vedere că valorile specifice ale majorității substanțelor au fost deja calculate, este posibil să se determine transferul de căldură între două corpuri sau sisteme cu următoarele expresii:

Q = cm ΔT

Sau dacă se utilizează căldură specifică molară:

Q = cn ΔT

Trebuie avut în vedere faptul că aceste expresii permit determinarea fluxurilor de căldură atâta timp cât nu există nicio schimbare de stare.

În procesele de schimbare a stării vorbim de căldură latentă (L), care este definită ca energia necesară unei cantități de substanță pentru a schimba faza sau starea, fie de la solid la lichid (căldură de fuziune, L _f ) sau de la lichid la gazos (căldură de vaporizare, L _v ).

Trebuie avut în vedere că o astfel de energie sub formă de căldură este consumată în întregime în schimbarea fazelor și nu inversează o variație a temperaturii. În astfel de cazuri, expresiile pentru a calcula fluxul de căldură într-un proces de vaporizare sunt următoarele:

Q = L _v m

Dacă se utilizează căldură specifică molară: Q = L _v n

Într-un proces de fuziune: Q = L _f m

Dacă se utilizează căldură specifică molară: Q = L _f n

În general, ca și în cazul căldurii specifice, căldurile latente ale majorității substanțelor sunt deja calculate și sunt ușor accesibile în tabele. Astfel, de exemplu, în cazul apei, trebuie să:

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

Exemplu

În cazul apei, dacă o masă de 1 kg de apă congelată (gheață) este încălzită de la o temperatură de -25 ºC la o temperatură de 125 ºC (vapori de apă), căldura consumată în proces ar fi calculată după cum urmează :

Etapa 1

Gheață de la -25 ºC până la 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Etapa 2

Schimbarea stării de la gheață la apă lichidă.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Etapa 3

Apa lichidă de la 0ºC la 100ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Etapa 4

Schimbarea stării de la apa lichidă la vaporii de apă.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

Etapa 5

Vaporii de apă de la 100ºC la 125ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Astfel, fluxul total de căldură în proces este suma produsă în fiecare din cele cinci etape și rezultă în 31112850 J.

Referințe

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Volumul fizicii 1. CECSA.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Lumea chimiei fizice.Capacitate de căldură. (Nd). În Wikipedia. Preluat pe 20 martie 2018, de pe en.wikipedia.org.
3. Căldură latentă. (Nd). În Wikipedia. Preluat pe 20 martie 2018, de pe en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). Dicționarul esențial al științei. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (prima ediție 1978), a noua ediție 2010, Oxford University Press, Oxford Marea Britanie.