Toplotna zmogljivost

Kakšna je toplotna zmogljivost?

The toplotna zmogljivost telesa ali sistema je količnik, ki ima za posledico toplotno energijo, ki se prenaša na to telo, in spremembami temperature, ki jo doživlja v tem procesu. Druga natančnejša definicija je, da se nanaša na to, koliko toplote je potrebno za prenos telesa ali sistema, tako da njegova temperatura poveča stopnjo Kelvina.

Neprestano se zgodi, da najbolj vroči telesi dajejo toploto najhladnejšim telesom v procesu, ki se razteza, medtem ko je med obema telesom v stiku temperaturna razlika. Torej, toplota je energija, ki se prenaša iz enega sistema v drugega s preprostim dejstvom, da je med njimi temperaturna razlika.

Po dogovoru je opredeljen kot toplota (Q) pozitiven, ki ga absorbira sistem, in kot negativna toplota, ki jo dodeli sistem.

Iz zgoraj navedenega izhaja, da vsi predmeti ne absorbirajo in zadržujejo toplote z enako lahkoto; Tako se določeni materiali segrevajo lažje kot drugi.

Upoštevati je treba, da je na koncu toplotna sposobnost telesa odvisna od narave in sestave istega.

Formule, enote in ukrepi

Toplotna zmogljivost je mogoče določiti na podlagi naslednjega izraza:

C = dq/dt

SI je sprememba temperature dovolj majhna, prejšnji izraz je mogoče poenostaviti in nadomestiti z naslednjim:

C = Q/ΔT

Nato je enota merjenja toplotne zmogljivosti v mednarodnem sistemu julij Kelvin (J/K).

Toplotna zmogljivost lahko merimo pri konstantnem tlaku c_str ali pri konstantni prostornini c_v.

Specifična toplota

Pogosto je toplotna zmogljivost sistema odvisna od njegove količine snovi ali njegove mase. V tem primeru, ko je sistem sestavljen iz ene same snovi s homogenimi lastnostmi, je potrebna specifična toplota, imenovana tudi specifična toplotna zmogljivost (c).

Tako je specifična masna toplota količina toplote, ki jo je treba dostaviti na enoto mase snovi, da se poveča njena temperatura do Kelvinove stopnje in jo je mogoče določiti na podlagi naslednjega izraza:

C = q/ m ΔT

V tej enačbi je m masa snovi. Zato je enota specifičnega merjenja toplote v tem primeru julij na kilogram Kelvina (J/kg K) ali tudi julij na gram Kelvina (J/G K K).

Podobno je specifična molarna toplota količina toplote, ki jo je treba dobaviti molu snovi, da se poveča njena temperatura do stopnje Kelvina. In ga je mogoče določiti iz naslednjega izraza:

C = q/ n ΔT

V tem izrazu je n število molov snovi. To pomeni, da posebna toplotna enota toplote.

Specifična toplota vode

Specifične toplote številnih snovi so izračunane in lahko dostopne v tabelah. Specifična toplotna vrednost vode v tekočem stanju je 1000 kalorij/kg k = 4186 J/kg kg. Nasprotno, specifična toplota vode v plinastem stanju je 2080 J/kg K in v trdnem stanju 2050 J/kg kg.

Prenos toplote

Na ta način in ker so posebne vrednosti velike večine snovi že izračunane, je mogoče določiti prenos toplote med dvema telesom ali sistemi z naslednjimi izrazi:

Q = C M ΔT

Ali če se uporablja specifična molarna toplota:

Q = c n Δt

Upoštevati je treba, da ti izrazi omogočajo določitev toplotnih tokov, pod pogojem, da se sprememba stanja ne zgodi.

V procesih spremembe statusa govori o latentni vročini (L), ki je opredeljena kot energija, potrebna za količino snovi, da spremeni fazo ali stanje, bodisi iz trdne do tekočine (toplota taljenja, L_F) ali od tekočine do plinaste (toplota uparjanja, l_v).

Upoštevati je treba, da se takšna energija v obliki toplote v celoti porabi pri spreminjanju faze in ne povrne sprememb temperature. V takih primerih so izrazi za izračun toplotnega toka v postopku uparjanja naslednji:

Q = l_v m

Če se uporablja specifična molarna toplota: q = l_v n

V postopku združitve: q = l_F  m

Če se uporablja specifična molarna toplota: q = l_F n

Na splošno so, tako kot pri specifični vročini, latentne toplote večine snovi že izračunane in so lahko dostopne v tabelah. Tako morate na primer v primeru vode:

L_F  = 334 kJ/kg (79,7 apno/g) pri 0 ° C; L_v = 2257 kJ/kg (539,4 apno/g) pri 100 ° C.

Primer

V primeru vode, če se zamrzovalna (led) masa 1 kg segreva od temperature -25 ° C na temperaturo 125 ° C (vodna para), bi bila toplota, porabljena v postopku, izračunana na naslednji način:

1. faza

Led od -25 ° C do 0 ° C.

Q = C M ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. faza

Ledena država se spremeni v tekočo vodo.

Q = l_F  M = 334000 1 = 334000 J

3. faza

Tekoča voda od 0 ° C do 100 ° C.

Q = C M ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Stopnja 4

Sprememba vodne tekoče vodne države.

Q = l_v M = 2257000 1 = 2257000 J

5. faza

Vodna para od 100 ° C do 125 ° C.

Q = C M ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Tako je skupni toplotni tok v postopku vsota proizvedenih v vsaki od petih stopenj in ima za posledico 31112850 J.