Back to the topics list

värmekapacitet

Värme är den inre energin hos molekyler som utgör kroppen. Det flyter från en varm kropp till en kall kropp när de hålls i kontakt. Mätningen av mängden värme kallas kalorimetri . Från vår vardagliga erfarenhet finner vi att olika kroppar kräver olika mängd värmeenergi för att deras temperatur ska stiga lika mycket. Denna egenskap hos kroppen uttrycks i termer av dess termiska eller värmekapacitet. Kroppens värmekapacitet är den mängd värmeenergi som krävs för att höja temperaturen med 1°C eller 1 K, och betecknas med symbolen C'. Till exempel, om värmekapaciteten för en kropp är 60 JK ^-1 , betyder detta att 60 J värmeenergi krävs för att höja temperaturen på den kroppen med 1K eller 1°C.

Enheter för värmekapacitet
SI-enheten för värmekapacitet är joule per kelvin eller joule per grad C. De andra vanliga enheterna för värmekapacitet är cal °C ^-1 och kcal °C ^-1 .
1 kcal °C ^-1 = 1000 cal °C ^-1

1 kal K ^-1 = 4,2 JK ^-1

SPECIFIK VÄRMEKAPACITET

Kroppens värmekapacitet när den uttrycks i massaenhet kallas den specifika värmekapaciteten hos ämnet i den kroppen. Det betecknas med symbolen c. Den specifika värmekapaciteten är ämnets karakteristiska egenskap och är olika för olika kroppar. Den specifika värmekapaciteten för ett ämne definieras som värmekapaciteten per massenhet för en kropp av det ämnet.

Mängden värmeenergi som absorberas för att öka temperaturen i en kropp beror på tre faktorer:

• Kroppens massa, Q ∝ m.
• Ökning av kroppens temperatur, Q ∝ ∆t
• Kroppens material eller substans, Q ∝ c

Enhet för specifik värmekapacitet

SI-enheten för specifik värmekapacitet är joule per kilogram per kelvin (J kg ^-1 K ^-1 ) eller joule per kilogram per grad celsius (J kg ^-1 °C ^-1 ).
Övriga enheter för specifik värmekapacitet är cal g ^-1 °C ^-1 och kcal kg ^-1 °C ^-1 .

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

Till exempel, om den specifika värmekapaciteten för järn är 0,48 J∕g °C, betyder det att värmeenergin som krävs för att höja temperaturen på 1 g järn med 1 °C är 0,48 J.

SKILLNAD MELLAN VÄRMEKAPACITET OCH SPECIFIK VÄRMEKAPACITET

SPECIFIK VÄRMEKAPACITET HOS NÅGRA VANLIGA ÄMNEN

Specifik värmekapacitet är olika för olika ämnen. Vanligtvis har en bra ledare en låg specifik värmekapacitet medan en dålig ledare har en hög specifik värmekapacitet. Om vi värmer lika mycket av två olika ämnen på samma brännare för att ge lika mycket värmetillförsel kommer vi att märka att efter samma tidsintervall är temperaturökningen för två olika ämnen olika. Detta beror på deras olika specifika värmekapacitet. Ämnet med låg specifik värmekapacitet uppvisar en snabb och hög temperaturökning, så det är en bättre värmeledare än ämnet med hög specifik värmekapacitet som visar en långsam och liten temperaturhöjning.
Vatten har en hög specifik värmekapacitet (=4200 J Kg ^-1 K ^-1 ). Den specifika värmekapaciteten är olika för ett ämne i dess olika faser som för vatten, specifik värmekapacitet är 4200 J Kg ^-1 K ^-1 , is är 2100 J Kg ^-1 K ^-1 och ånga är 460 J Kg ^-1 K ^-1 .

Temperatur och specifik värme: Grafen nedan visar hur många grader Celsius ett gram av ett specifikt material höjs med en kalori värme.

Ansökan

• Vatten används som kylvätska: Kylare i bilar och generatorer använder vatten för kylning. Genom att låta vatten rinna i rör runt de uppvärmda delarna av en maskin avlägsnas värmeenergi från sådana delar. Vatten i rör kan extrahera mer värme från omgivningen utan mycket temperaturhöjning på grund av dess höga specifika värmekapacitet.
• Bönder fyller sina åkrar med vatten för att skydda grödorna från frost: På kalla vinternätter om atmosfären sjunker under 0 °C, kommer vattnet i växternas fina kapillärer att frysa så att venerna spricker på grund av en ökning i volym, och växten kommer att dö. För att spara grödor under kalla nätter fyller bönder sina åkrar med vatten eftersom vattnet har en hög specifik värmekapacitet tillåter det inte att temperaturen i omgivningen sjunker upp till 0 °C.
• Botten på en kokkärl görs tjock: Genom att göra kokkärlets botten tjock ökar dess värmekapacitet, vilket gör att den långsamt värms upp och ger värmeenergi till maten i långsam takt för korrekt tillagning och efter tillagning håller maten varm under en längre tid.

Fråga 1: En metallbit med en massa på 50 g vid 30 °C krävde 2400 J värmeenergi för att höja dess temperatur till 330 °C. Beräkna metallens specifika värmekapacitet.
Lösning: Givet, m = 50 g, värmeenergi = 2400 J, temperaturstegring = 330 − 30 = 300 °C = 300 K.
Specifik värmekapacitet \(c = \frac{2400}{50 \times 300} = .16 \) J g ^-1 K ^-1

Fråga 2: Vilken massa av en vätska A med specifik värmekapacitet 0,84 J g ^-1 K ^-1 vid en temperatur på 40 °C måste blandas med 100 g av en vätska B med specifik värmekapacitet 2,1 J g ^-1 K ^-1 vid 20 °C så att blandningens sluttemperatur blir 32 °C?
Lösning: Fall i temperatur för vätska A = 40−32 = 8 °C, Ökning i temperatur för vätska B = 32 − 20 = 12 °C
Värmeenergi ges av m gram vätska A = m × 0,84 × 8 J
Värmeenergi som tas av 100 gram vätska B = 100 × 2,1 × 12 J
Om man antar att det inte finns någon värmeförlust, är värmeenergi som ges av A = värmeenergi som tas av B
m×0,84× 8 = 100×2,1×12 ⇒ m = 375 gram