The топлинен капацитет на тялото или системата е коефициентът, който се получава между топлинната енергия, предавана на това тяло, и промяната в температурата, която то изпитва в този процес. Друго по-точно определение е, че се отнася до това колко топлина е необходимо да се предаде на тялото или системата, така че температурата му да се повиши с един градус келвин.

Непрекъснато се случва по-горещите тела да отдават топлината на по-хладните тела в процес, който продължава, докато има разлика в температурата между двете тела в контакт. Тогава топлината е енергията, която се предава от една система в друга чрез простия факт, че има температурна разлика между двете.

единици

По принцип положителната топлина (Q) се определя като тази, която се абсорбира от системата, и като отрицателна топлина тази, която се пренася от системата.

От горното се извежда, че не всички предмети абсорбират и задържат топлина с еднаква лекота; по този начин определени материали се загряват по-лесно от други.

Трябва да се вземе предвид, че в крайна сметка топлинният капацитет на дадено тяло зависи от неговата природа и състав.

Формули, единици и мерки

Топлинният капацитет може да се определи, като се започне от следния израз:

САко температурната промяна е достатъчно малка, предишният израз може да бъде опростен и заменен със следното:

И така, единицата за измерване на топлинния капацитет в международната система е джаула на келвин (J/K).

Топлинният капацитет може да бъде измерен при постоянно налягане Cp или постоянен обем Cv.

Специфична топлина

Често топлинният капацитет на системата зависи от нейното количество вещество или нейната маса. В този случай, когато системата се състои от едно вещество с хомогенни характеристики, се изисква специфична топлина, наричана още специфичен топлинен капацитет (c).

По този начин, специфичната за масата топлина е количеството топлина, което трябва да се подаде към единица маса на веществото, за да се повиши температурата му с един градус келвин, и може да се определи, като се започне от следния израз:

В това уравнение m е масата на веществото. Следователно мерната единица на специфична топлина в този случай е джаул на килограм на келвин (J/kg K), или също джаул на грам на келвин (J/g K).

По същия начин, моларната специфична топлина е количеството топлина, което трябва да бъде подадено към мол вещество, за да може температурата му да се повиши с един градус келвин. И може да се определи от следния израз:

В този израз n е броят на бенките на веществото. Това предполага, че в този случай мерната единица за специфична топлина е Джоул на мол на келвин (J/mol K).

Специфична топлина на водата

Специфичните топлини на много вещества се изчисляват и са лесно достъпни в таблици. Стойността на специфичната топлина на водата в течно състояние е 1000 калории/кг K = 4186 J/kg K. Напротив, специфичната топлина на водата в газообразно състояние е 2080 J/kg K, а в твърдо състояние 2050 J/kg K.

Топлообмен

По този начин и като се има предвид, че специфичните стойности на по-голямата част от веществата вече са изчислени, е възможно да се определи преносът на топлина между две тела или системи със следните изрази:

Или ако се използва моларна специфична топлина:

Трябва да се има предвид, че тези изрази позволяват да се определят топлинните потоци, докато няма промяна в състоянието.

В процесите на промяна на състоянието говорим за латентна топлина (L), която се определя като енергията, необходима на дадено количество вещество за промяна на фазата или състоянието, било от твърдо към течно (топлина на топене, Lf) или от течно към газообразно (топлина на изпаряване, Lv).

Трябва да се вземе предвид, че такава енергия под формата на топлина се изразходва изцяло при фазовата промяна и не обръща промяна в температурата. В такива случаи изразите за изчисляване на топлинния поток в процеса на изпаряване са следните:

Ако се използва моларна специфична топлина: Q = Lv n

В процеса на синтез: Q = Lf m

Ако се използва моларна специфична топлина: Q = Lf n

Като цяло, както при специфичната топлина, латентните топлини на повечето вещества вече са изчислени и са лесно достъпни в таблици. Така например, в случай на вода трябва да:

Lf = 334 kJ/kg (79,7 кал/g) при 0 ° C; Lv = 2257 kJ/kg (539,4 кал/g) при 100 ° C.

Пример

В случай на вода, ако 1 кг маса замръзнала вода (лед) се нагрява от температура от -25 ºC до температура от 125 ºC (водна пара), консумираната в процеса топлина ще се изчисли, както следва:

Етап 1

Лед от -25 ºC до 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Етап 2

Промяна на състоянието от лед към течна вода.

Q = Lf m = 334000 1 = 334000 J

Етап 3

Течна вода от 0 ºC до 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Етап 4

Промяна на състоянието от течна вода към водна пара.

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

Етап 5

Водни пари от 100 ° C до 125 ° C.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

По този начин общият топлинен поток в процеса е сумата от този, произведен във всеки от петте етапа и води до 31112850 J.