Kalorische Kapazität Formeln, Einheiten und Maße

Die Wärmekapazität eines Körpers oder Systems ist der Quotient, der sich zwischen der Wärmeenergie, die auf diesen Körper übertragen wird, und der Temperaturänderung ergibt, die er in diesem Prozess erfährt. Eine andere genauere Definition ist, dass es sich darauf bezieht, wie viel Wärme an einen Körper oder ein System übertragen werden muss, damit seine Temperatur um einen Kelvin-Grad steigt.

Es passiert ständig, dass die heißesten Körper den kältesten Körpern Wärme zuführen, solange es einen Temperaturunterschied zwischen den beiden Körpern gibt. Dann ist Wärme die Energie, die von einem System zum anderen durch die einfache Tatsache übertragen wird, dass es einen Temperaturunterschied zwischen ihnen gibt.

Nach Vereinbarung ist es definiert als Wärme (Q) Positiv, was von einem System absorbiert wird, und negative Wärme, die von einem System übertragen wird.

Aus dem Obigen wird abgeleitet, dass nicht alle Objekte Wärme mit der gleichen Leichtigkeit absorbieren und speichern; So werden bestimmte Materialien leichter erhitzt als andere.

Es muss berücksichtigt werden, dass die Wärmekapazität eines Körpers letztlich von seiner Natur und Zusammensetzung abhängt.

Index

• 1 Formeln, Einheiten und Maße
• 2 Spezifische Wärme
  • 2.1 Spezifische Wärme von Wasser
  • 2.2 Wärmeübertragung
• 3 Beispiel
  • 3.1 Stufe 1
  • 3.2 Phase 2
  • 3.3 Stufe 3
  • 3.4 Phase 4
  • 3.5 Stufe 5
• 4 Referenzen

Formeln, Einheiten und Maßnahmen 

Die Wärmekapazität kann ausgehend von dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

C = dQ / dT

SWenn die Temperaturänderung ausreichend klein ist, kann der obige Ausdruck vereinfacht und durch Folgendes ersetzt werden:

C = Q / ΔT

Dann ist die Maßeinheit der Wärmekapazität im internationalen System der Juli von Kelvin (J / K).

Die Wärmekapazität kann bei konstantem Druck C gemessen werden_p oder bei konstantem Volumen C_v.

Spezifische Wärme

Oft hängt die Wärmekapazität eines Systems von seiner Stoffmenge oder seiner Masse ab. In diesem Fall, wenn ein System aus einem einzigen Stoff mit homogenen Eigenschaften besteht, ist eine spezifische Wärme erforderlich, die auch als spezifische Wärmekapazität (c) bezeichnet wird.

Somit ist die massenspezifische Wärme die Wärmemenge, die der Masseneinheit einer Substanz zugeführt werden muss, um ihre Temperatur um einen Grad Kelvin zu erhöhen, und kann aus dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

c = Q / m & Delta; T

In dieser Gleichung ist m die Masse der Substanz. Daher ist die Maßeinheit der spezifischen Wärme in diesem Fall Juli pro Kilogramm pro Kelvin (J / kg K) oder auch der Juli pro Gramm pro Kelvin (J / g K).

Ähnlich ist molare spezifische Wärme die Wärmemenge, die einem Mol einer Substanz zugeführt werden muss, um seine Temperatur um einen Grad Kelvin zu erhöhen. Und es kann aus dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

c = Q / n & Delta; T

In diesem Ausdruck ist n die Anzahl der Mole der Substanz. Dies bedeutet, dass die Maßeinheit der spezifischen Wärme in diesem Fall Juli pro Mol pro Kelvin (J / Mol K) ist.

Spezifische Wärme von Wasser

Die spezifischen Wärmen vieler Stoffe sind berechnet und in Tabellen leicht zugänglich. Der spezifische Wärmewert von Wasser im flüssigen Zustand beträgt 1000 Kalorien / kg K = 4186 J / kg K. Andererseits beträgt die spezifische Wärme von Wasser im gasförmigen Zustand 2080 J / kg K und im festen Zustand 2050 J / kg K.

Wärmeübertragung

Auf diese Weise und angesichts der Tatsache, dass die spezifischen Werte der überwiegenden Mehrheit der Stoffe bereits berechnet sind, ist es möglich, den Wärmeübergang zwischen zwei Körpern oder Systemen mit den folgenden Ausdrücken zu bestimmen:

Q = cmΔT

Oder wenn die molare spezifische Wärme verwendet wird:

Q = cnΔT

Es sollte berücksichtigt werden, dass diese Ausdrücke erlauben, die Wärmeflüsse zu bestimmen, solange es keine Zustandsänderung gibt.

In den Prozessen der Zustandsänderung sprechen wir von latenter Wärme (L), die definiert ist als die Energie, die eine Stoffmenge braucht, um die Phase oder den Zustand zu verändern, entweder von fest zu flüssig (Schmelzwärme, L_f) oder von flüssig zu gasförmig (Verdampfungswärme, L_v).

Es muss berücksichtigt werden, dass solche Energie in Form von Wärme vollständig in der Phasenänderung verbraucht wird und eine Variation der Temperatur nicht umkehrt. In solchen Fällen sind die Ausdrücke zum Berechnen des Wärmestroms in einem Verdampfungsprozeß die folgenden:

Q = L_v m

Wenn die molare spezifische Wärme verwendet wird: Q = L_v n

In einem Fusionsprozess: Q = L_f m

Wenn die molare spezifische Wärme verwendet wird: Q = L_f n

Im Allgemeinen sind, wie bei der spezifischen Wärme, die latenten Wärme der meisten Stoffe bereits berechnet und in Tabellen leicht zugänglich. So müssen Sie zum Beispiel im Fall von Wasser:

L_f = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) bei 0ºC; L_v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) bei 100 ° C.

Beispiel

Im Fall von Wasser würde, wenn eine Masse von gefrorenem Wasser (Eis) von 1 kg von einer Temperatur von -25 ° C auf eine Temperatur von 125 ° C (Wasserdampf) erhitzt wird, die in dem Prozess verbrauchte Wärme wie folgt berechnet werden :

Stufe 1

Eis von -25 ºC bis 0 ºC.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Stufe 2

Zustandsänderung von Eis zu flüssigem Wasser.

Q = L_f m = 334000 1 = 334000 J

Stufe 3

Flüssiges Wasser von 0 ºC bis 100 ºC.

Q = cm ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Stufe 4

Zustandsänderung von flüssigem Wasser zu Wasserdampf.

Q = L_v m = 2257000 1 = 2257000 J

Stufe 5

Wasserdampf von 100 ºC bis 125 ºC.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Somit ist der Gesamtwärmestrom in dem Verfahren die Summe der in jeder der fünf Stufen erzeugten Wärme und führt zu 31112850 J.

Referenzen

1. Resnik, Halliday & Krane (2002).Physik Band 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, hrsg.Die Welt der Physikalischen Chemie. Wärmekapazität. (n. d.) In Wikipedia. Am 20. März 2018 von en.wikipedia.org abgerufen.
3. Latente Hitze (n. d.) In Wikipedia. Am 20. März 2018 von en.wikipedia.org abgerufen.
4. Clark, John, O.E. (2004).Das wesentliche Wörterbuch der Wissenschaft. Barnes & Edelbücher.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010).Physikalische Chemie, (erste Ausgabe 1978), neunte Ausgabe 2010, Oxford University Press, Oxford UK.