Kalkulatoriske kapasitetsformler, enheter og tiltak



den varmekapasitet av en kropp eller et system er kvoten som resulterer mellom varmeenergien overført til den kroppen og temperaturendringen som den opplever i den prosessen. En annen mer presis definisjon er at den refererer til hvor mye varme det er nødvendig å overføre til en kropp eller et system slik at temperaturen øker graden Kelvin.

Det skjer kontinuerlig at de heteste kroppene gir varme til de kaldeste kroppene i en prosess som varer så lenge det er en temperaturforskjell mellom de to kroppene i kontakt. Deretter er varmen energien som overføres fra ett system til et annet ved det enkle faktum at det er en temperaturforskjell mellom dem.

Ved avtale er det definert som varme (Q) positiv det som absorberes av et system, og som negativ varme som overføres av et system.

Fra det ovennevnte er det utledet at ikke alle objekter absorberer og sparer varme med samme letthet; slik at visse materialer oppvarmes lettere enn andre.

Det må tas med i betraktning at en kropps kaloriekapasitet i siste instans avhenger av kroppens natur og sammensetning.

index

  • 1 Formler, enheter og tiltak 
  • 2 Spesiell varme
    • 2.1 Spesifikk vannvarme
    • 2.2 Varmeoverføring
  • 3 Eksempel
    • 3.1 trinn 1
    • 3,2 trinn 2
    • 3.3 trinn 3
    • 3,4 trinn 4
    • 3.5 trinn 5
  • 4 referanser

Formler, enheter og tiltak

Varmekapasiteten kan bestemmes ut fra følgende uttrykk:

C = dQ / dT

Hvis temperaturendringen er tilstrekkelig liten, kan uttrykket ovenfor forenkles og erstattes av følgende:

C = Q / ΔT

Deretter er måleenheten for varmekapasiteten i det internasjonale systemet juli per kelvin (J / K).

Varmekapasiteten kan måles ved konstant trykk Cp eller ved konstant volum Cv.

Spesifikk varme

Ofte avhenger varmekapasiteten til et system av mengden stoff eller masse. I dette tilfellet, når et system består av et enkelt stoff med homogene egenskaper, er det nødvendig med spesiell varme, også kalt bestemt varmekapasitet (c).

Således er massespesifikk varmen mengden varme som må leveres til massenheten av et stoff for å øke temperaturen med en grad Kelvin, og kan bestemmes ut fra følgende uttrykk:

c = Q / m ΔT

I denne ligningen er m stoffets masse. Derfor er måleenheten for den spesifikke varmen i dette tilfellet juli per kilo per kelvin (J / kg K), eller også juli per gram per kelvin (J / g K).

Tilsvarende er molar spesifikk varme mengden varme som må tilføres en mol av et stoff for å øke temperaturen med en grad Kelvin. Og det kan bestemmes av følgende uttrykk:

c = Q / n ΔT

I nevnte uttrykk er n antallet mol av stoffet. Dette innebærer at måleenheten for den spesifikke varmen i dette tilfelle er juli per mol per kelvin (J / mol K).

Spesifikk vannvarme

De spesifikke varmer av mange stoffer er beregnet og lett tilgjengelig i tabeller. Den spesifikke varmeeffekten av vann i flytende tilstand er 1000 kalorier / kg K = 4186 J / kg K. På den annen side er den spesifikke varmen av vann i gassform 2080 J / kg K og i fast tilstand 2050 J / kg K.

Varmeoverføring

På denne måten og gitt at de spesifikke verdiene for det store flertallet av stoffene allerede er beregnet, er det mulig å bestemme varmeoverføringen mellom to legemer eller systemer med følgende uttrykk:

Q = c m ΔT

Eller hvis molar spesifikk varme brukes:

Q = c nΔT

Det bør tas hensyn til at disse uttrykkene tillater å bestemme varmeflussene så lenge det ikke er noen tilstandsendring.

I prosessene med tilstandsendring snakker vi om latent varme (L), som er definert som energien som kreves av en mengde substans for å endre fase eller tilstand, enten fra fast til flytende (fusjonsvarme, LF) eller fra væske til gassformig (fordampningsvarme, Lv).

Det må tas hensyn til at slik energi i form av varme forbrukes helt i faseendringen og ikke reverserer en variasjon av temperaturen. I slike tilfeller er uttrykkene for å beregne varmen i en fordampingsprosess følgende:

Q = Lv m

Hvis den molar-spesifikke varmen brukes: Q = Lv n

I en fusjonsprosess: Q = LF  m

Hvis den molar-spesifikke varmen brukes: Q = LF n

Generelt, som med spesiell varme, er de latente varmer av de fleste stoffer allerede beregnet og lett tilgjengelig i tabeller. Så, for eksempel i tilfelle av vann må du:

LF  = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) ved 0 ° C; Lv = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) ved 100 ° C.

eksempel

I tilfelle av vann, hvis en masse frosset vann (is) på 1 kg oppvarmes fra en temperatur på -25 ° C til en temperatur på 125 ° C (vanndamp), vil varmen som forbrukes i prosessen beregnes som følger :

Fase 1

Is fra -25 ºC til 0 ºC.

Q = c mΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Forandring av isstatus til flytende vann.

Q = LF  m = 334000 1 = 334000 J

Fase 3

Flytende vann fra 0 ºC til 100 ºC.

Q = c mΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Bytting av tilstand fra flytende vann til vanndamp.

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

Trinn 5

Vannstamp fra 100 ºC til 125 ºC.

Q = c mΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Således er den totale varmestrømmen i prosessen summen av den som produseres i hvert av de fem trinn og resulterer i 31112850 J.

referanser

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fysikkvolum 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry. Varmekapasitet. (N.d.). På Wikipedia. Hentet 20. mars 2018, fra en.wikipedia.org.
  3. Latent varme (N.d.). På Wikipedia. Hentet 20. mars 2018, fra en.wikipedia.org.
  4. Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books.
  5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Fysisk kjemi, (første utgave 1978), niende utgave 2010, Oxford University Press, Oxford UK.