Calorische capaciteit Formules, eenheden en maatregelen

de warmtecapaciteit van een lichaam of systeem is het quotiënt dat resulteert tussen de warmte-energie die aan dat lichaam wordt doorgegeven en de verandering in temperatuur die het in dat proces ervaart. Een andere, meer precieze definitie is dat het verwijst naar hoeveel warmte het nodig is om naar een lichaam of systeem te zenden, zodat de temperatuur ervan een graad Kelvin stijgt.

Het gebeurt voortdurend dat de heetste lichamen warmte geven aan de koudste lichamen in een proces dat duurt zolang er een temperatuurverschil is tussen de twee lichamen in contact. Dan is de warmte de energie die van het ene systeem naar het andere wordt overgedragen door het simpele feit dat er een temperatuurverschil tussen is.

Bij overeenkomst wordt dit gedefinieerd als warmte (Q) positief wat door een systeem wordt geabsorbeerd en als negatieve warmte die door een systeem wordt overgedragen.

Uit het bovenstaande wordt afgeleid dat niet alle objecten warmte absorberen en bewaren met hetzelfde gemak; zo worden bepaalde materialen gemakkelijker verwarmd dan andere.

Er moet rekening mee worden gehouden dat uiteindelijk de calorische capaciteit van een lichaam afhankelijk is van de aard en samenstelling van het lichaam.

index

• 1 Formules, eenheden en maatregelen 
• 2 Specifieke hitte
  • 2.1 Specifieke waterwarmte
  • 2.2 Warmtetransmissie
• 3 Voorbeeld
  • 3.1 Fase 1
  • 3.2 Fase 2
  • 3.3 Fase 3
  • 3.4 Fase 4
  • 3.5 Fase 5
• 4 Referenties

Formules, eenheden en maatregelen

De warmtecapaciteit kan worden bepaald uitgaande van de volgende uitdrukking:

C = dQ / dT

Als de verandering in temperatuur voldoende klein is, kan de bovenstaande uitdrukking worden vereenvoudigd en vervangen door het volgende:

C = Q / ΔT

De meeteenheid van de warmtecapaciteit in het internationale systeem is dan de juli per kelvin (J / K).

De warmtecapaciteit kan worden gemeten bij constante druk C_p of bij constant volume C_v.

Specifieke warmte

Vaak hangt de warmtecapaciteit van een systeem af van de hoeveelheid substantie of de massa. In dit geval, wanneer een systeem uit één enkele stof met homogene kenmerken bestaat, is specifieke warmte vereist, ook wel specifieke warmtecapaciteit genoemd (c).

De massaspecifieke warmte is dus de hoeveelheid warmte die aan de massa-eenheid van een stof moet worden geleverd om de temperatuur met een graad Kelvin te verhogen, en kan worden bepaald aan de hand van de volgende uitdrukking:

c = Q / m ΔT

In deze vergelijking is m de massa van de substantie. Daarom is de meeteenheid van de specifieke warmte in dit geval juli per kilogram per Kelvin (J / kg K), of ook de juli per gram per Kelvin (J / g K).

Evenzo is molaire specifieke warmte de hoeveelheid warmte die aan een mol van een stof moet worden geleverd om de temperatuur met een Kelvin te verhogen. En het kan worden bepaald aan de hand van de volgende uitdrukking:

c = Q / n ΔT

In die uitdrukking is n het aantal mollen van de substantie. Dit houdt in dat de meeteenheid van de specifieke warmte in dit geval juli per mol per Kelvin is (J / mol K).

Specifieke warmte van water

De specifieke hitte van veel stoffen wordt berekend en gemakkelijk toegankelijk in tabellen. De specifieke warmtewaarde van water in de vloeibare toestand is 1000 calorieën / kg K = 4186 J / kg K. Anderzijds is de soortelijke warmte van water in de gasvormige toestand 2080 J / kg K en in vaste toestand 2050 J / kg K.

Warmteoverdracht

Op deze manier en gezien het feit dat de specifieke waarden van de overgrote meerderheid van de stoffen al zijn berekend, is het mogelijk om de warmteoverdracht tussen twee lichamen of systemen te bepalen met de volgende uitdrukkingen:

Q = c m ΔT

Of als molaire specifieke hitte wordt gebruikt:

Q = c n ΔT

Er moet rekening worden gehouden met het feit dat deze uitdrukkingen het mogelijk maken om de warmtefluxen te bepalen zolang er geen verandering in de toestand is.

In de processen van verandering van toestand spreken we van latente warmte (L), die wordt gedefinieerd als de energie die wordt vereist door een hoeveelheid substantie om fase of toestand te veranderen, hetzij van vast naar vloeibaar (smeltwarmte, L_F) of van vloeistof naar gasvormig (hitte van verdamping, L_v).

Er moet rekening mee worden gehouden dat dergelijke energie in de vorm van warmte volledig wordt verbruikt tijdens de faseverandering en geen variatie van de temperatuur omkeert. In dergelijke gevallen zijn de uitdrukkingen voor het berekenen van de warmtestroom in een verdampingsproces de volgende:

Q = L_v m

Als de specifieke molaire hitte wordt gebruikt: Q = L_v n

In een fusieproces: Q = L_F  m

Als de specifieke molaire hitte wordt gebruikt: Q = L_F n

Over het algemeen zijn, zoals bij specifieke warmte, de latente warmte van de meeste stoffen al berekend en gemakkelijk toegankelijk in tabellen. Dus in het geval van water moet je bijvoorbeeld:

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

voorbeeld

In het geval van water, als een massa bevroren water (ijs) van 1 kg wordt verwarmd van een temperatuur van -25 ° C tot een temperatuur van 125 ° C (waterdamp), wordt de warmte die tijdens het proces wordt verbruikt als volgt berekend :

Fase 1

IJs van -25 ºC tot 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Verandering van de staat van ijs naar vloeibaar water.

Q = L_F  m = 334000 1 = 334000 J

Fase 3

Vloeibaar water van 0 ºC tot 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Verandering van toestand van vloeibaar water naar waterdamp.

Q = L_v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fase 5

Waterdamp van 100 ºC tot 125 ºC.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

De totale warmtestroom in het proces is dus de som van de totale warmtestroom in elk van de vijf fasen en resulteert in 31112850 J.

referenties

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Natuurkunde Volume 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. De wereld van de fysische chemie. Warmtecapaciteit. (N.D.). In Wikipedia. Opgehaald op 20 maart 2018, via en.wikipedia.org.
3. Latente warmte (N.D.). In Wikipedia. Opgehaald op 20 maart 2018, via en.wikipedia.org.
4. Clark, John, O.E. (2004). Het essentiële woordenboek van de wetenschap. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (eerste druk 1978), negende editie 2010, Oxford University Press, Oxford UK.