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wärmekapazität

Wärme ist die innere Energie der Moleküle, aus denen der Körper besteht. Es fließt von einem heißen Körper zu einem kalten Körper, wenn sie in Kontakt bleiben. Die Messung der Wärmemenge nennt man Kalorimetrie . Aus unserer Alltagserfahrung wissen wir, dass unterschiedliche Körper für den gleichen Anstieg ihrer Temperatur unterschiedlich viel Wärmeenergie benötigen. Diese Eigenschaft des Körpers wird in Form seiner Wärme- oder Wärmekapazität ausgedrückt. Die Wärmekapazität des Körpers ist die Menge an Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur um 1 °C oder 1 K zu erhöhen, und wird mit dem Symbol C' bezeichnet. Wenn beispielsweise die Wärmekapazität eines Körpers 60 JK ^-1 beträgt, bedeutet dies, dass 60 J Wärmeenergie erforderlich sind, um die Temperatur dieses Körpers um 1 K oder 1 °C zu erhöhen.

Einheiten der Wärmekapazität
Die SI-Einheit der Wärmekapazität ist Joule pro Kelvin oder Joule pro Grad C. Die anderen gebräuchlichen Einheiten der Wärmekapazität sind cal °C ^-1 und kcal °C ^-1 .
1 kcal °C ^-1 = 1000 cal °C ^-1

1 Kal. K ^-1 = 4,2 JK ^-1

SPEZIFISCHE WÄRMEKAPAZITÄT

Die Wärmekapazität des Körpers, ausgedrückt in Masseneinheiten, wird als spezifische Wärmekapazität der Substanz dieses Körpers bezeichnet. Es ist mit dem Symbol c bezeichnet. Die spezifische Wärmekapazität ist die charakteristische Eigenschaft des Stoffes und ist für verschiedene Körper unterschiedlich. Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist definiert als die Wärmekapazität pro Masseneinheit eines Körpers dieses Stoffes.

Die Menge an Wärmeenergie, die absorbiert wird, um die Temperatur eines Körpers zu erhöhen, hängt von drei Faktoren ab:

• Masse des Körpers, Q ∝ m.
• Erhöhung der Körpertemperatur, Q ∝ ∆t
• Das Material oder die Substanz des Körpers, Q ∝ c

Einheit der spezifischen Wärmekapazität

Die SI-Einheit der spezifischen Wärmekapazität ist Joule pro Kilogramm pro Kelvin (J kg ^-1 K ^-1 ) oder Joule pro Kilogramm pro Grad Celsius (J kg ^-1 °C ^-1 ).
Die anderen Einheiten der spezifischen Wärmekapazität sind cal g ^-1 °C ^-1 und kcal kg ^-1 °C ^-1 .

1 cal g ^-1 °C ^-1 = 4,2 × 10 ³ J kg ^-1 K ^-1

Wenn beispielsweise die spezifische Wärmekapazität von Eisen 0,48 J∕g °C beträgt, bedeutet dies, dass die Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 g Eisen um 1 °C zu erhöhen, 0,48 J beträgt.

UNTERSCHIED ZWISCHEN WÄRMEKAPAZITÄT UND SPEZIFISCHER WÄRMEKAPAZITÄT

SPEZIFISCHE WÄRMEKAPAZITÄT EINIGER GÄNGIGER SUBSTANZEN

Die spezifische Wärmekapazität ist für verschiedene Substanzen unterschiedlich. Normalerweise hat ein guter Leiter eine niedrige spezifische Wärmekapazität, während ein schlechter Leiter eine hohe spezifische Wärmekapazität hat. Wenn wir die gleiche Masse zweier verschiedener Substanzen auf demselben Brenner erhitzen, um eine gleiche Wärmezufuhr zu erreichen, werden wir feststellen, dass nach demselben Zeitintervall der Temperaturanstieg für zwei verschiedene Substanzen unterschiedlich ist. Dies liegt an ihrer unterschiedlichen spezifischen Wärmekapazität. Der Stoff mit geringer spezifischer Wärmekapazität zeigt einen schnellen und hohen Temperaturanstieg und ist somit ein besserer Wärmeleiter als der Stoff mit hoher spezifischer Wärmekapazität, der einen langsamen und geringen Temperaturanstieg zeigt.
Wasser hat eine hohe spezifische Wärmekapazität (=4200 J Kg ^–1 K ^–1 ). Die spezifische Wärmekapazität ist für eine Substanz in ihren verschiedenen Phasen unterschiedlich, wie für Wasser beträgt die spezifische Wärmekapazität 4200 J Kg ^-1 K ^-1 , für Eis 2100 J Kg ^-1 K ^-1 und für Dampf 460 J Kg ^-1 K ^-1 .

Temperatur und spezifische Wärme: Das folgende Diagramm zeigt, um wie viel Grad Celsius ein Gramm eines bestimmten Materials durch eine Kalorie Wärme erhitzt wird.

Anwendung

• Wasser wird als Kühlmittel verwendet: Kühler in Autos und Generatoren verwenden Wasser zur Kühlung. Indem Wasser in Rohren um die erhitzten Teile einer Maschine fließen gelassen wird, wird Wärmeenergie von solchen Teilen entfernt. Wasser in Rohren kann aufgrund seiner hohen spezifischen Wärmekapazität der Umgebung ohne großen Temperaturanstieg mehr Wärme entziehen.
• Landwirte füllen ihre Felder mit Wasser auf, um die Ernte vor Frost zu schützen: Wenn in kalten Winternächten die Lufttemperatur unter 0 °C sinkt, gefriert das Wasser in den feinen Kapillaren der Pflanzen, sodass die Adern durch Volumenvergrößerung und die Pflanze platzen wird sterben. Um in kalten Nächten Ernten zu sparen, füllen die Landwirte ihre Felder mit Wasser, da Wasser eine hohe spezifische Wärmekapazität hat und die Umgebungstemperatur nicht auf 0 °C sinken lässt.
• Der Boden einer Kochpfanne ist dick gemacht: Indem der Boden der Kochpfanne dick gemacht wird, erhöht sich seine Wärmekapazität, wodurch er langsam erhitzt wird und langsam Wärmeenergie an die Speisen für das richtige Garen und nach dem Garen abgibt hält die Speisen länger warm.

Frage 1: Ein Metallstück mit einer Masse von 50 g bei 30 °C benötigte 2400 J Wärmeenergie, um seine Temperatur auf 330 °C zu erhöhen. Berechnen Sie die spezifische Wärmekapazität des Metalls.
Lösung: Gegeben, m = 50 g, Wärmeenergie = 2400 J, Temperaturanstieg = 330 − 30 = 300 °C = 300 K.
Spezifische Wärmekapazität \(c = \frac{2400}{50 \times 300} = .16 \) J g ^-1 K ^-1

Frage 2: Welche Masse einer Flüssigkeit A mit einer spezifischen Wärmekapazität von 0,84 J g ^-1 K ^-1 bei einer Temperatur von 40 °C muss mit 100 g einer Flüssigkeit B mit einer spezifischen Wärmekapazität von 2,1 J g ^-1 K ^-1 vermischt werden? 20 °C, sodass die Endtemperatur der Mischung 32 °C beträgt?
Lösung: Temperaturabfall von Flüssigkeit A = 40−32 = 8 °C, Temperaturanstieg von Flüssigkeit B = 32 − 20 = 12 °C
Die Wärmeenergie ist gegeben durch m Gramm Flüssigkeit A = m × 0,84 × 8 J
Von 100 Gramm Flüssigkeit B = 100 × 2,1 × 12 J aufgenommene Wärmeenergie
Unter der Annahme, dass es keinen Wärmeverlust gibt, ist die von A abgegebene Wärmeenergie = von B aufgenommene Wärmeenergie
m×0,84× 8 = 100×2,1×12 ⇒ m = 375 Gramm