ISI KAPASITESI: FORMÜLLER, BIRIMLER VE ÖLÇÜLER - FIZIKSEL - 2025

Isı kapasitesi, bir gövde ya da sistemin bu gövdesine aktarılan ısı enerjisi ve bu işlemde karşılaşır sıcaklık değişikliği arasındaki kesridir. Daha kesin bir başka tanım ise, bir vücut veya sisteme ne kadar ısı iletilmesi gerektiğine değinmesidir, böylece sıcaklığı bir derece kelvin artar.

Temas halindeki iki cisim arasında sıcaklık farkı olduğu sürece en sıcak cisimlerin ısıyı daha soğuk cisimlere bırakması sürekli olarak gerçekleşir. O zaman ısı, ikisi arasında sıcaklık farkı olduğu gerçeğiyle bir sistemden diğerine aktarılan enerjidir.

Geleneksel olarak, pozitif ısı (Q) bir sistem tarafından emilen ısı ve bir sistem tarafından aktarılan negatif ısı olarak tanımlanır.

Yukarıdakilerden, tüm nesnelerin ısıyı aynı kolaylıkla emmediği ve tutmadığı anlaşılmaktadır; dolayısıyla bazı malzemeler diğerlerinden daha kolay ısınır.

Nihayetinde, bir vücudun ısı kapasitesinin doğasına ve bileşimine bağlı olduğu dikkate alınmalıdır.

Formüller, birimler ve ölçüler

Isı kapasitesi aşağıdaki ifadeden hareketle belirlenebilir:

C = dQ / dT

Sıcaklık değişikliği yeterince küçükse, önceki ifade basitleştirilebilir ve aşağıdakilerle değiştirilebilir:

C = Q / ΔT

Dolayısıyla, uluslararası sistemdeki ısı kapasitesi ölçüm birimi, kelvin başına Joule (J / K) 'dir.

Isı kapasitesi sabit basınçta C _p veya sabit hacimde C _v ölçülebilir .

Özısı

Genellikle bir sistemin ısı kapasitesi, madde miktarına veya kütlesine bağlıdır. Bu durumda, bir sistem homojen özelliklere sahip tek bir maddeden oluştuğunda, özgül ısıya ihtiyaç duyulur, buna özgül ısı kapasitesi (c) de denir.

Böylece kütle özgül ısı, bir maddenin birim kütlesine, sıcaklığını bir derece kelvin arttırması için verilmesi gereken ısı miktarıdır ve aşağıdaki ifadeden başlayarak belirlenebilir:

c = Q / m ΔT

Bu denklemde m, maddenin kütlesidir. Bu nedenle, bu durumda özgül ısı için ölçüm birimi, kelvin başına kilogram başına Joule (J / kg K) veya kelvin başına gram başına Joule'dir (J / g K).

Benzer şekilde, molar özgül ısı, sıcaklığını bir derece Kelvin artırmak için bir maddenin bir molüne verilmesi gereken ısı miktarıdır. Ve aşağıdaki ifadeden belirlenebilir:

Bu ifadede n, maddenin mol sayısıdır. Bu, bu durumda özgül ısı için ölçüm biriminin kelvin başına mol başına Joule (J / mol K) olduğu anlamına gelir.

Özgül su ısısı

Birçok maddenin özel ısısı hesaplanır ve tablolarda kolayca erişilebilir. Sıvı haldeki suyun özgül ısısının değeri 1000 kalori / kg K = 4186 J / kg K'dir.Aksine, gaz halindeki suyun özgül ısısı 2080 J / kg K ve katı haldeki 2050 J / kg K.

Isı transferi

Bu şekilde ve maddelerin büyük çoğunluğunun spesifik değerlerinin önceden hesaplandığı göz önüne alındığında, iki gövde veya sistem arasındaki ısı transferini aşağıdaki ifadelerle belirlemek mümkündür:

Q = cm ΔT

Veya molar özgül ısı kullanılıyorsa:

Q = cn ΔT

Bu ifadelerin, durum değişikliği olmaması koşuluyla ısı akılarının belirlenmesine izin verdiği dikkate alınmalıdır.

Durum değişim süreçlerinde, katıdan sıvıya (füzyon ısısı, L _f ) fazı veya durumu değiştirmek için bir miktar maddenin ihtiyaç duyduğu enerji olarak tanımlanan gizli ısıdan (L) bahsediyoruz. veya sıvıdan gaza (buharlaşma ısısı, L _v ).

Isı şeklindeki bu tür enerjinin tamamen faz değişiminde tüketildiği ve sıcaklıktaki bir değişimi tersine çevirmediği dikkate alınmalıdır. Bu gibi durumlarda, bir buharlaştırma işleminde ısı akışını hesaplamak için kullanılan ifadeler şunlardır:

S = L _v m

Molar özgül ısı kullanılıyorsa: Q = L _v n

Bir füzyon sürecinde: Q = L _f m

Molar özgül ısı kullanılıyorsa: Q = L _f n

Genel olarak, özgül ısıda olduğu gibi, çoğu maddenin gizli ısıları zaten hesaplanmıştır ve tablolarda kolayca erişilebilir. Dolayısıyla, örneğin su durumunda yapmanız gerekenler:

L _f = 334 kJ / kg (79,7 kal / g) 0 ° C'de ilave edilmesi; 100 ° C'de L _v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g)

Misal

Su olması durumunda, 1 kg donmuş su kütlesi (buz) -25ºC'den 125ºC'ye (su buharı) ısıtılırsa, işlemde tüketilen ısı aşağıdaki gibi hesaplanacaktır. :

1. Aşama

-25ºC'den 0ºC'ye kadar buz.

Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

2. aşama

Durumun buzdan sıvı suya dönüşmesi.

Q = L _f m = 334000 1 = 334000 J

Sahne 3

0ºC'den 100ºC'ye kadar sıvı su.

Q = cm ΔT = 4186 1100 = 418600 J

4. aşama

Sıvı sudan su buharına hal değişimi.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

5. Aşama

100ºC'den 125ºC'ye kadar su buharı.

Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Bu nedenle, işlemdeki toplam ısı akışı, beş aşamanın her birinde üretilenin toplamıdır ve 31112850 J ile sonuçlanır.

Referanslar

1. Resnik, Halliday ve Krane (2002). Fizik Cilt 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. Fiziksel Kimya Dünyası.Isı kapasitesi. (Nd). Wikipedia'da. 20 Mart 2018'de en.wikipedia.org adresinden alındı.
3. Gizli ısı. (Nd). Wikipedia'da. 20 Mart 2018'de en.wikipedia.org adresinden alındı.
4. Clark, John, OE (2004). Temel Bilim Sözlüğü. Barnes ve Noble Kitapları.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (ilk baskı 1978), dokuzuncu baskı 2010, Oxford University Press, Oxford UK.