קיבולת החום של גוף או מערכת היא המנה בין אנרגית החום מועברת כי גוף ואת השינוי בטמפרטורה שהיא חווה בתהליך זה. הגדרה מדויקת נוספת היא שהיא מתייחסת לכמה חום יש צורך להעביר לגוף או מערכת כך שטמפרטורתו עולה בקלווין מדרגה אחת.
זה קורה ברציפות שהגופים החמים ביותר מוותרים על החום לגופים הקרים יותר בתהליך שנמשך כל עוד יש הבדל בטמפרטורה בין שני הגופים במגע. לאחר מכן, החום הוא האנרגיה המועברת ממערכת אחת לאחרת על ידי העובדה הפשוטה שיש הבדל בטמפרטורה בין השניים.
על פי המוסכמה, חום חיובי (Q) מוגדר כנספג על ידי מערכת, וכחום שלילי זה שמועבר על ידי מערכת.
מהאמור לעיל יוצא שלא כל החפצים סופגים ושומרים על חום באותה קלות; וכך חומרים מסוימים מתחממים ביתר קלות מאחרים.
יש לקחת בחשבון שבסופו של דבר יכולת החום של גוף תלויה באופיו ובהרכבו.
נוסחאות, יחידות ומידות
ניתן לקבוע את יכולת החום החל מהביטוי הבא:
C = dQ / dT
אם שינוי הטמפרטורה קטן מספיק, ניתן לפשט את הביטוי הקודם ולהחליף אותו הבא:
C = Q / ΔT
אז, יחידת המדידה של קיבולת החום במערכת הבינלאומית היא Joule per kelvin (J / K).
ניתן למדוד את יכולת החום בלחץ קבוע Cp או בנפח קבוע C v .
חום ספציפי
לעתים קרובות יכולת החום של מערכת תלויה בכמות החומר שלה או במסה שלה. במקרה זה, כאשר מערכת מורכבת מחומר יחיד בעל מאפיינים הומוגניים, יש צורך בחום ספציפי, הנקרא גם יכולת חום ספציפית (ג).
לפיכך, החום הספציפי למסה הוא כמות החום שיש לספק למסת היחידה של חומר כדי להגדיל את הטמפרטורה שלו בקלווין מדרגה אחת, וניתן לקבוע אותו החל מהביטוי הבא:
c = Q / m ΔT
במשוואה זו m הוא מסה של החומר. לפיכך, יחידת המדידה לחום ספציפי במקרה זה היא ג'אול לקילוגרם לקלווין (J / kg K), או גם הג'ואל לכל גרם לקלווין (J / g K).
באופן דומה, חום ספציפי טוחני הוא כמות החום שיש לספק לשומה של חומר כדי להעלות את הטמפרטורה שלו בקלווין מדרגה אחת. וניתן לקבוע מתוך הביטוי הבא:
בביטוי זה n הוא מספר השומות של החומר. משמעות הדבר היא שיחידת המדידה לחום ספציפי במקרה זה היא ג'אול לשומה לכל קלווין (J / mol K).
חום ספציפי של מים
החימום הספציפי של חומרים רבים מחושב ונגיש בקלות בטבלאות. ערך החום הספציפי של המים במצב הנוזל הוא 1000 קלוריות / ק"ג K = 4186 J / kg. להפך, החום הספציפי של המים במצב הגזי הוא 2080 J / kg K ובמצב המוצק 2050 J / ק"ג ק.
העברת חום
בדרך זו ובהינתן שהערכים הספציפיים של הרוב המכריע של החומרים כבר חושבו, ניתן לקבוע את העברת החום בין שני גופים או מערכות עם הביטויים הבאים:
Q = ס"מ ΔT
או אם משתמשים בחום ספציפי טוחן:
Q = cn ΔT
יש לקחת בחשבון שביטויים אלה מאפשרים לקבוע את שטפי החום בתנאי שלא יהיה שינוי במצב.
בתהליכי שינוי מצב אנו מדברים על חום סמוי (L), המוגדר כאנרגיה הנדרשת מכמות חומר לשינוי שלב או מצב, בין מוצק לנוזל (חום איחוי, L f ) או מנוזל לגזי (חום אידוי, L v ).
יש לקחת בחשבון כי אנרגיה כזו בצורת חום נצרכת כולה בשינוי שלב ואינה הופכת שונות בטמפרטורה. במקרים כאלה הביטויים לחישוב שטף החום בתהליך אידוי הם הבאים:
Q = L v m
אם משתמשים בחום ספציפי טוחני: Q = L v n
בתהליך היתוך: Q = L f m
אם משתמשים בחום ספציפי טוחני: Q = L f n
באופן כללי, כמו בחום ספציפי, החימום הגלוי של רוב החומרים כבר מחושב ונגיש בקלות בטבלאות. כך, למשל, במקרה של מים עליכם:
L f = 334 ק"ג / ק"ג (79.7 קל"ג / גרם) ב 0 מעלות צלזיוס; L v = 2257 kJ / kg (539.4 קל"ג / גרם) בטמפרטורה של 100 מעלות צלזיוס.
דוגמא
במקרה של מים, אם מסה של 1 ק"ג של מים קפואים (קרח) מחוממת מטמפרטורה של -25 ºC לטמפרטורה של 125 ºC (אדי מים), החום הנצרך בתהליך יחושב כדלקמן :
שלב 1
קרח מ -25 מעלות צלזיוס ל -0 מעלות צלזיוס.
Q = ס"מ ΔT = 2050 1 25 = 51250 J
שלב 2
שינוי מצב מקרח למים נוזליים.
Q = L f m = 334000 1 = 334000 J
שלב 3
מים נוזליים מ -0ºC ל- 100C.
Q = ס"מ ΔT = 4186 1 100 = 418600 J
שלב 4
שינוי מצב מים נוזלים לאדי מים.
Q = L v m = 2257000 1 = 2257000 J
שלב 5
אדי מים מ- 100 מעלות צלזיוס עד 125 מעלות צלזיוס.
Q = ס"מ ΔT = 2080 1 25 = 52000 J
לפיכך, שטף החום הכולל בתהליך הוא סכום זה המיוצר בכל אחד מחמשת השלבים והתוצאות ב- 31112850 J.
הפניות
- Resnik, Halliday & Krane (2002). פיסיקה כרך א '. סקסה.
- ליידר, קית ', ג'יי (1993). הוצאת אוניברסיטת אוקספורד, עורכת. עולם הכימיה הפיזית.קיבולת חום. (ד '). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 20 במרץ 2018 מ- en.wikipedia.org.
- חום סמוי. (ד '). בוויקיפדיה. הוחזר ב- 20 במרץ 2018 מ- en.wikipedia.org.
- קלארק, ג'ון, OE (2004). המילון החיוני למדע. בארנס וספרי נובל.
- אטקינס, פ., דה פאולה, ג '(1978/2010). כימיה פיזיקלית, (המהדורה הראשונה 1978), המהדורה התשיעית 2010, אוניברסיטת אוקספורד, אוקספורד בריטניה.