Fizica specifică fără limite a căldurii
Capacitatea de căldură măsoară cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unui obiect sau sistem cu un grad Celsius.
obiective de invatare
Explicați entalpia într-un sistem cu volum și presiune constante
Chei de luat masa
Puncte cheie
- Capacitatea de căldură este cantitatea fizică măsurabilă care caracterizează cantitatea de căldură necesară pentru a modifica temperatura unei substanțe cu o cantitate dată. Se măsoară în jouli per Kelvin și este dat de.
- Capacitatea de căldură este o proprietate extinsă, în funcție de dimensiunea sistemului.
- Capacitatea de căldură a majorității sistemelor nu este constantă (deși poate fi adesea tratată ca atare). Depinde de temperatura, presiunea și volumul sistemului luat în considerare.
Termeni cheie
- capacitate termică: Cantitatea de energie termică necesară pentru a crește temperatura unui obiect sau unitate de materie cu un grad Celsius; în unități de jouli pe kelvin (J/K).
- entalpia: cantitatea totală de energie dintr-un sistem, incluzând atât energia internă, cât și energia necesară pentru a-și deplasa mediul
Capacitate de căldură
Capacitatea de căldură (de obicei notată cu un C capital, adesea cu indicii), sau capacitatea termică, este cantitatea fizică măsurabilă care caracterizează cantitatea de căldură necesară pentru a schimba temperatura unei substanțe cu o cantitate dată. În unități SI, capacitatea de căldură este exprimată în unități de jouli pe kelvin (J/K).
Capacitatea termică a unui obiect (simbolul C) este definită ca raportul dintre cantitatea de energie termică transferată unui obiect și creșterea rezultată a temperaturii obiectului.
Capacitatea de căldură este o proprietate extinsă, deci se adaptează la dimensiunea sistemului. O probă care conține cantitatea de substanță de două ori mai mare decât o altă probă necesită transferul de două ori mai multă căldură (Q) pentru a obține aceeași schimbare de temperatură (ΔT). De exemplu, dacă este nevoie de 1.000 J pentru a încălzi un bloc de fier, ar fi nevoie de 2.000 J pentru a încălzi un al doilea bloc de fier cu masa de două ori mai mare decât primul.
Măsurarea capacității de căldură
Capacitatea de căldură a majorității sistemelor nu este o constantă. Mai degrabă, depinde de variabilele de stare ale sistemului termodinamic în studiu. În special, depinde de temperatura însăși, precum și de presiunea și volumul sistemului și de modalitățile prin care presiunile și volumele au fost permise să se schimbe în timp ce sistemul a trecut de la o temperatură la alta. Motivul pentru aceasta este că lucrarea de presiune-volum realizată sistemului crește temperatura acestuia printr-un alt mecanism decât încălzirea, în timp ce lucrarea de presiune-volum realizată de sistem absoarbe căldura fără a crește temperatura sistemului. (Dependența de temperatură este motivul pentru care definiția caloriilor este în mod formal energia necesară pentru a încălzi 1 g de apă de la 14,5 la 15,5 ° C în loc de în general cu 1 ° C.)
Prin urmare, pot fi efectuate diferite măsurători ale capacității de căldură, cel mai frecvent la presiune constantă și volum constant. Valorile astfel măsurate sunt de obicei subscrise (de p și respectiv V) pentru a indica definiția. Gazele și lichidele sunt de obicei măsurate la volum constant. Măsurătorile sub presiune constantă produc valori mai mari decât cele la volum constant, deoarece valorile presiunii constante includ, de asemenea, energia termică care este utilizată pentru a munci substanța împotriva presiunii constante pe măsură ce temperatura acesteia crește. Această diferență este deosebit de notabilă în gazele în care valorile sub presiune constantă sunt de obicei cu 30% până la 66,7% mai mari decât cele cu volum constant.
Relații termodinamice și definiția capacității de căldură
Energia internă a unui sistem închis se modifică fie prin adăugarea de căldură la sistem, fie prin efectuarea lucrărilor de către sistem. Reamintind prima lege a termodinamicii,
[latex] \ text = \ delta \ text- \ delta \ text [/ latex].
Pentru lucrări ca urmare a creșterii volumului sistemului, putem scrie,
Dacă căldura este adăugată la volum constant, atunci al doilea termen al acestei relații dispare și se obține cu ușurință
Aceasta definește capacitatea de căldură la volum constant, CV. O altă cantitate utilă este capacitatea de căldură la presiune constantă, CP. Cu entalpia sistemului dată de
ecuația noastră pentru dU se schimbă în
și, prin urmare, la o presiune constantă, avem