สูตรความจุความร้อนหน่วยและมาตรการ

ความจุความร้อน ของร่างกายหรือระบบคือความฉลาดทางที่เกิดขึ้นระหว่างพลังงานความร้อนที่ส่งไปยังร่างกายนั้นและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในกระบวนการนั้น อีกคำจำกัดความที่แม่นยำยิ่งขึ้นก็คือมันหมายถึงความร้อนที่จำเป็นในการส่งผ่านไปยังร่างกายหรือระบบเพื่อให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นในระดับที่เคลวิน.

มันเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องว่าวัตถุที่ร้อนที่สุดให้ความร้อนแก่ร่างกายที่เย็นที่สุดในกระบวนการที่คงอยู่ตราบใดที่อุณหภูมิของร่างกายทั้งสองสัมผัสกัน จากนั้นความร้อนคือพลังงานที่ถูกส่งจากระบบหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งโดยข้อเท็จจริงง่ายๆว่ามีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างพวกเขา.

โดยข้อตกลงมันถูกกำหนดเป็นความร้อน (Q) บวกสิ่งที่ถูกดูดซึมโดยระบบและเป็นความร้อนเชิงลบที่ถูกถ่ายโอนโดยระบบ.

จากด้านบนมันอนุมานได้ว่าวัตถุทั้งหมดไม่ดูดซับและอนุรักษ์ความร้อนได้อย่างง่ายดายเดียวกัน; ดังนั้นวัสดุบางอย่างจะถูกทำให้ร้อนได้ง่ายกว่าวัสดุอื่น.

จะต้องคำนึงถึงว่าในที่สุดความสามารถในการรับความร้อนของร่างกายขึ้นอยู่กับลักษณะและองค์ประกอบของร่างกาย.

ดัชนี

• 1 สูตรหน่วยและการวัด 
• 2 ความร้อนจำเพาะ
  • 2.1 ความร้อนจำเพาะของน้ำ
  • 2.2 การส่งผ่านความร้อน
• 3 ตัวอย่าง
  • 3.1 ด่าน 1
  • 3.2 ด่าน 2
  • 3.3 ด่าน 3
  • 3.4 ด่านที่ 4
  • 3.5 ด่าน 5
• 4 อ้างอิง

สูตรหน่วยและการวัด

ความจุความร้อนสามารถกำหนดได้จากนิพจน์ต่อไปนี้:

C = dQ / dT

หากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิมีขนาดเล็กเพียงพอการแสดงออกด้านบนสามารถทำให้ง่ายขึ้นและแทนที่ด้วยสิ่งต่อไปนี้:

C = Q / ΔT

จากนั้นหน่วยการวัดความจุความร้อนในระบบระหว่างประเทศคือกรกฎาคมต่อเคลวิน (J / K).

สามารถวัดความจุความร้อนได้ที่ความดันคงที่ C_พี หรือที่ปริมาตรคงที่ C_{โวลต์}.

ความร้อนที่เฉพาะเจาะจง

บ่อยครั้งที่ความจุความร้อนของระบบขึ้นอยู่กับปริมาณของสารหรือมวลของมัน ในกรณีนี้เมื่อระบบประกอบด้วยสารเดี่ยวที่มีคุณสมบัติเป็นเนื้อเดียวกันต้องใช้ความร้อนจำเพาะหรือที่เรียกว่าความจุความร้อนจำเพาะ (c).

ดังนั้นความร้อนจำเพาะของมวลคือปริมาณของความร้อนที่จะต้องจ่ายให้กับหน่วยมวลของสารเพื่อเพิ่มอุณหภูมิโดยองศาเคลวินและสามารถกำหนดได้จากนิพจน์ต่อไปนี้:

c = Q / m ΔT

ในสมการนี้ m คือมวลของสาร ดังนั้นหน่วยวัดความร้อนจำเพาะในกรณีนี้คือกรกฎาคมต่อกิโลกรัมต่อเคลวิน (J / kg K) หรือกรกฎาคมต่อกรัมต่อเคลวิน (J / g K).

ในทำนองเดียวกันความร้อนเฉพาะฟันกรามคือปริมาณของความร้อนที่จะต้องจ่ายให้กับโมลของสารเพื่อเพิ่มอุณหภูมิโดยองศาเคลวิน และสามารถหาได้จากนิพจน์ต่อไปนี้:

c = Q / n ΔT

ในการแสดงออกดังกล่าว n คือจำนวนโมลของสาร นี่ก็หมายความว่าหน่วยวัดความร้อนจำเพาะในกรณีนี้คือกรกฎาคมต่อโมลต่อเคลวิน (J / mol K).

ความร้อนเฉพาะของน้ำ

ความร้อนจำเพาะของสารหลายอย่างถูกคำนวณและเข้าถึงได้ง่ายในตาราง ค่าความร้อนจำเพาะของน้ำในสถานะของเหลวคือ 1,000 แคลอรี่ / กิโลกรัม K = 4186 J / kg K ในทางกลับกันความร้อนเฉพาะของน้ำในสถานะก๊าซคือ 2080 J / kg K และในสถานะของแข็ง 2050 J / กก. เค.

การส่งผ่านความร้อน

ด้วยวิธีนี้และระบุว่าค่าเฉพาะของสารส่วนใหญ่ได้ถูกคำนวณไปแล้วมันเป็นไปได้ที่จะตรวจสอบการถ่ายเทความร้อนระหว่างสองวัตถุหรือระบบด้วยการแสดงออกดังนี้

Q = c m ΔT

หรือถ้าใช้ความร้อนจำเพาะของโมลาร์:

Q = c n ΔT

ควรพิจารณาว่าการแสดงออกเหล่านี้อนุญาตให้กำหนดฟลักซ์ความร้อนตราบใดที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสถานะ.

ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงสถานะเราพูดถึงความร้อนแฝง (L) ซึ่งถูกกำหนดให้เป็นพลังงานที่ต้องการโดยปริมาณของสารเพื่อเปลี่ยนเฟสหรือสถานะไม่ว่าจะเป็นของแข็งหรือของเหลว (ความร้อนของฟิวชั่น L_F) หรือจากของเหลวเป็นแก๊ส (ความร้อนจากการระเหยกลายเป็นไอ, แอล_{โวลต์}).

จะต้องคำนึงถึงว่าพลังงานดังกล่าวในรูปของความร้อนจะถูกบริโภคอย่างสมบูรณ์ในการเปลี่ยนเฟสและไม่ย้อนกลับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ในกรณีเช่นนี้นิพจน์เพื่อคำนวณการไหลของความร้อนในกระบวนการกลายเป็นไอมีดังต่อไปนี้:

Q = L_{โวลต์} ม.

หากใช้ความร้อนจำเพาะของโมลาร์: Q = L_{โวลต์} n

ในกระบวนการฟิวชั่น: Q = L_F  ม.

หากใช้ความร้อนจำเพาะของโมลาร์: Q = L_F n

โดยทั่วไปเช่นเดียวกับความร้อนเฉพาะความร้อนแฝงของสารส่วนใหญ่จะถูกคำนวณและเข้าถึงได้ง่ายในตาราง ตัวอย่างเช่นในกรณีของน้ำคุณต้อง:

L_F  = 334 kJ / kg (79.7 cal / g) ที่ 0 ° C; L_{โวลต์} = 2257 kJ / kg (539.4 cal / g) ที่ 100 ° C.

ตัวอย่าง

ในกรณีของน้ำถ้ามวลของน้ำแช่แข็ง (น้ำแข็ง) 1 กิโลกรัมถูกทำให้ร้อนจากอุณหภูมิ -25 ° C ถึงอุณหภูมิ 125 ° C (ไอน้ำ) ความร้อนที่ใช้ในกระบวนการจะถูกคำนวณดังนี้ :

ด่าน 1

น้ำแข็งตั้งแต่ -25 toC ถึง 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

ด่าน 2

การเปลี่ยนสถานะของน้ำแข็งเป็นน้ำของเหลว.

Q = L_F  m = 334000 1 = 334000 J

ด่าน 3

น้ำของเหลวจาก 0 ºCถึง 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

ด่านที่ 4

เปลี่ยนสถานะจากน้ำของเหลวเป็นไอน้ำ.

Q = L_{โวลต์} m = 2257000 1 = 2257000 J

ด่านที่ 5

ไอน้ำจาก 100 ºCถึง 125 ºC.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

ดังนั้นการไหลของความร้อนทั้งหมดในกระบวนการคือผลรวมของการไหลของความร้อนที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอนทั้งห้าและผลลัพธ์ใน 31112850 J.

การอ้างอิง

1. Resnik, Halliday & Krane (2002) ปริมาณฟิสิกส์ 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดเอ็ด โลกของเคมีเชิงฟิสิกส์. ความจุความร้อน ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 20 มีนาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. ความร้อนแฝง ( N.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 20 มีนาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
4. Clark, John, O.E. (2004) พจนานุกรมสำคัญทางวิทยาศาสตร์ หนังสือ Barnes & Noble.
5. Atkins, P. , de Paula, J. (1978/2010) เคมีเชิงฟิสิกส์ (ฉบับพิมพ์ครั้งแรก 2521) ฉบับที่เก้า 2553 สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด.