Kalorične zmogljivosti, enote in ukrepi



The toplotne zmogljivosti telesa ali sistema je količnik, ki nastane med toplotno energijo, ki se prenaša v telo, in spremembo temperature, ki jo doživlja v tem procesu. Druga natančnejša opredelitev je, da se nanaša na to, koliko toplote je potrebno prenesti na telo ali sistem, tako da njegova temperatura poveča stopnjo Kelvina..

Neprestano se dogaja, da najbolj vroča telesa oddajajo toploto najhladnejšim telesom v procesu, ki traja tako dolgo, dokler obstaja razlika v temperaturi med dvema telesoma v stiku. Potem je toplota energija, ki se prenaša iz enega sistema v drugega s preprostim dejstvom, da med njima obstaja temperaturna razlika.

Po dogovoru je opredeljena kot toplota (Q) pozitivno, ki ga absorbira sistem, in kot negativna toplota, ki se prenaša s sistemom.

Iz zgoraj navedenega je mogoče sklepati, da vsi objekti ne absorbirajo in ohranjajo toplote z enako lahkoto; zato se nekateri materiali lažje segrejejo od drugih.

Upoštevati je treba, da je kalorična zmogljivost telesa na koncu odvisna od narave in sestave telesa.

Indeks

  • 1 Formule, enote in ukrepi 
  • 2 Specifična toplota
    • 2.1 Specifična toplota vode
    • 2.2 Prenos toplote
  • 3 Primer
    • 3.1 Faza 1
    • 3.2 Faza 2
    • 3.3 Faza 3
    • 3.4 Stopnja 4
    • 3.5 Stopnja 5
  • 4 Reference

Formule, enote in ukrepi

Toplotno zmogljivost lahko določimo z naslednjim izrazom:

C = dQ / dT

Če je sprememba temperature dovolj majhna, se zgornji izraz lahko poenostavi in ​​nadomesti z naslednjim:

C = Q / ΔT

Nato je merska enota toplotne zmogljivosti v mednarodnem sistemu julij na kelvin (J / K).

Toplotno zmogljivost lahko izmerimo pri konstantnem tlaku Cstr ali pri konstantni prostornini Cv.

Specifična toplota

Pogosto je toplotna zmogljivost sistema odvisna od količine snovi ali njene mase. V tem primeru, kadar je sistem sestavljen iz ene same snovi s homogeno lastnostjo, se zahteva specifična toplota, imenovana tudi specifična toplotna moč (c)..

Tako je specifična toplotna masa količina toplote, ki jo je treba zagotoviti enoti mase snovi, da se poveča njena temperatura za stopnjo Kelvin, in se lahko določi iz naslednjega izraza:

c = Q / m ΔT

V tej enačbi je m masa snovi. Zato je merska enota specifične toplote v tem primeru julij na kilogram na kelvin (J / kg K) ali pa julij na gram na kelvin (J / g K)..

Podobno je molarna specifična toplota količina toplote, ki jo je treba dati molu snovi, da se poveča njegova temperatura za stopnjo Kelvin. In to je mogoče določiti iz naslednjega izraza:

c = Q / n ΔT

V omenjenem izrazu n je število molov snovi. To pomeni, da je merska enota specifične toplote v tem primeru julija na mol na kelvin (J / mol K)..

Specifična toplota vode

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

Prenos toplote

Na ta način in glede na to, da so specifične vrednosti velike večine snovi že izračunane, je mogoče določiti prenos toplote med dvema telesoma ali sistemi z naslednjimi izrazi:

Q = c m ΔT

Ali če se uporabi specifična toplotna moč:

Q = c n ΔT

Upoštevati je treba, da ti izrazi omogočajo določitev toplotnih tokov, dokler se stanje ne spremeni.

V procesih spremembe stanja govorimo o latentni toploti (L), ki je definirana kot energija, ki jo zahteva količina snovi za spremembo faze ali stanja, bodisi iz trdne v tekočino (toplota fuzije, L \ tf) ali iz tekočine v plinasto (toplota izhlapevanja, Lv).

Upoštevati je treba, da se taka energija v obliki toplote v celoti porabi v fazni spremembi in ne spremeni spremembe temperature. V takih primerih so izrazi za izračun toplotnega toka v postopku uparjanja naslednji:

Q = Lv m

Če uporabimo molsko specifično toploto: Q = Lv n

V postopku fuzije: Q = Lf  m

Če uporabimo molsko specifično toploto: Q = Lf n

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

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

Primer

V primeru vode, če se masa zamrznjene vode (ledu) 1 kg segreje od temperature -25 ° C do temperature 125 ° C (vodna para), se toplota, porabljena v postopku, izračuna na naslednji način: :

1. faza

Led od -25 ° C do 0 ° C.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. faza

Sprememba stanja ledu v tekočo vodo.

Q = Lf  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 stanja iz tekoče vode v vodno paro.

Q = Lv m = 2257000 1 = 2257000 J

5. faza

Para voda od 100 ° C do 125 ° C.

Q = c m T = 2080 1 25 = 52000 J

Tako je celotni toplotni tok v procesu vsota tistega, ki je proizveden v vsakem od petih stopenj in rezultatov v 31112850 J.

Reference

  1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Fizika Volume 1. Cecsa.
  2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Svet fizikalne kemije. Toplotna zmogljivost. (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 20. marca 2018, z en.wikipedia.org.
  3. Latentna toplota (n.d.). V Wikipediji. Pridobljeno 20. marca 2018, z en.wikipedia.org.
  4. Clark, John, O.E. (2004). Bistveni znanstveni slovar. Barnes & Noble Books.
  5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (prva izdaja 1978), deveta izdaja 2010, Oxford University Press, Oxford UK.