Capacità termica

Qual è la capacità termica?

IL capacità termica di un corpo o un sistema è il quoziente che risulta tra l'energia termica trasmessa a quel corpo e il cambiamento di temperatura che sperimenta in quel processo. Un'altra definizione più precisa è che si riferisce a quanto calore è necessario trasmettere a un corpo o sistema in modo che la sua temperatura aumenti.

Succede continuamente che i corpi più caldi danno calore ai corpi più freddi in un processo che si estende mentre c'è una differenza di temperatura tra i due corpi a contatto. Quindi, il calore è l'energia che viene trasmessa da un sistema all'altro dal semplice fatto che esiste una differenza di temperatura tra loro.

Per accordo è definito come calore (Q) positivo che viene assorbito da un sistema e come calore negativo assegnato da un sistema.

Da quanto sopra, ne consegue che non tutti gli oggetti assorbono e trattengono il calore con la stessa facilità; Pertanto, alcuni materiali vengono riscaldati più facilmente di altri.

Si dovrebbe prendere in considerazione che, in definitiva, la capacità termica di un corpo dipende dalla natura e dalla composizione della stessa.

Formule, unità e misure

La capacità termica può essere determinata in base alla seguente espressione:

C = dq/dt

SI Il cambiamento di temperatura è sufficientemente piccolo, l'espressione precedente può essere semplificata e sostituita da quanto segue:

C = q/Δt

Quindi, l'unità di misura della capacità termica nel sistema internazionale è luglio di Kelvin (J/K).

La capacità termica può essere misurata a pressione costante C_P o al volume costante C_v.

Calore specifico

Spesso la capacità termica di un sistema dipende dalla sua quantità di sostanza o dalla sua massa. In tal caso, quando un sistema è costituito da una singola sostanza con caratteristiche omogenee, è richiesto il calore specifico, chiamato anche capacità termica specifica (C).

Pertanto, il calore di massa specifico è la quantità di calore che deve essere fornita all'unità di massa di una sostanza per aumentare la sua temperatura a un diploma di kelvin e può essere determinato in base alla seguente espressione:

C = q/ m Δt

In questa equazione m è la massa della sostanza. Pertanto, l'unità di misurazione di calore specifica in questo caso è luglio per chilogrammo di Kelvin (J/kg K), o anche luglio per grammo di Kelvin (J/G K K).

Allo stesso modo, il calore molare specifico è la quantità di calore che deve essere fornita a una moli di sostanza per aumentare la sua temperatura a un grado Kelvin. E può essere determinato dalla seguente espressione:

C = q/ n Δt

In questa espressione n è il numero di moli della sostanza. Ciò implica che l'unità di calore specifica di calore.

Calore dell'acqua specifico

I calcoli specifici di molte sostanze sono calcolati e facilmente accessibili nelle tabelle. Il valore di calore specifico dell'acqua in stato liquido è di 1000 calorie/kg K = 4186 J/kg kg. Al contrario, il calore specifico dell'acqua in stato gassoso è 2080 J/kg K e in stato solido 2050 J/kg kg.

Trasmissione di calore

In questo modo e poiché i valori specifici della stragrande maggioranza delle sostanze sono già calcolati, è possibile determinare la trasmissione del calore tra due corpi o sistemi con le seguenti espressioni:

Q = C M ΔT

O se viene utilizzato il calore molare specifico:

Q = C N ΔT

Va tenuto presente che queste espressioni consentono di determinare i flussi di calore a condizione che non si verifichi un cambio di stato.

Nei processi di cambiamento di stato si parla di calore latente (L), che è definita come l'energia necessaria per una quantità di sostanza per cambiare la fase o lo stato, dal solido al liquido (calore che scioglie, l_F) o dal liquido a gassoso (calore di vaporizzazione, l_v).

Si dovrebbe prendere in considerazione che tale energia sotto forma di calore viene consumata interamente nel cambiamento di fase e non restituisce una variazione della temperatura. In tali casi le espressioni per calcolare il flusso di calore in un processo di vaporizzazione sono le seguenti:

Q = l_v M

Se viene utilizzato il calore molare specifico: Q = L_v N

In un processo di fusione: Q = l_F  M

Se viene utilizzato il calore molare specifico: Q = L_F N

In generale, come con il calore specifico, le calore latenti della maggior parte delle sostanze sono già calcolate e sono facilmente accessibili nelle tabelle. Quindi, ad esempio, nel caso dell'acqua devi:

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

Esempio

Nel caso dell'acqua, se una massa di congelamento (ghiaccio) di 1 kg viene riscaldata da una temperatura di -25 ºC a una temperatura di 125 ºC (vapore acqueo), il calore consumato nel processo verrebbe calcolato come segue:

Fase 1

Ghiaccio da -25 ºC a 0 ºC.

Q = C M ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Lo stato di ghiaccio cambia in acqua liquida.

Q = l_F  M = 334000 1 = 334000 J

Fase 3

Acqua liquida da 0 ºC a 100 ºC.

Q = C M ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Cambio di acqua liquida sullo stato dell'acqua.

Q = l_v M = 2257000 1 = 2257000 J

Fase 5

Vapore acqueo da 100 ºC a 125 ° C.

Q = C M ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Pertanto, il flusso di calore totale nel processo è la somma della prodotta in ciascuna delle cinque fasi e provoca 31112850 J.