Capacitatea de căldură
(capacitate termică, capacitate termică)
Pentru a crește temperatura unui corp, energia sa internă trebuie mărită. Diferite țesături pot fi încălzite cu diferite grade de ușurință. Pentru a putea compara diferite substanțe în ceea ce privește „încălzirea” lor, se examinează 1 kg dintr-o substanță
Se numește cantitatea de energie necesară pentru a încălzi 1 kg dintr-o substanță cu 1 ° C capacitate termică specifică c a substanței
Unitate [c] = J/(kg.K)
| material | capacitate termică specifică [kJ/(kg.K) | |
| aluminiu | 0,90 | |
| fier | 0,46 | |
| Mercur | 0,14 | absorbție redusă de căldură! Prin urmare, este potrivit pentru termometre |
| Cuarț, sticlă de fereastră | 0,80 | |
| aer | 1,01 | |
| Sol argilos | 0,89-1,55 | în funcție de conținutul de apă |
| Lemn | 2.30 | |
| apă | 4.18 | stocare buna a caldurii! Prin urmare, apa este agentul de răcire optim, deoarece are o conductivitate termică bună, precum și o capacitate termică ridicată. |
Capacitatea de căldură C a unui corp este dată de C = m.c
m. Masa corpului, c. capacitate termică specifică
Exemple
Exemplu: Capacitatea termică specifică a aluminiului este de aproximativ două ori mai mare decât cea a oțelului. De aceea, alimentarea cu căldură trebuie menținută de aproximativ două ori mai mult pentru a se obține aceeași creștere a temperaturii (cu aceeași masă).
Pentru a încălzi 1 kg de apă cu 1 ° C (de la 14,5 ° C la 15,5 ° C), sunt necesari 4187 J.
Cantitatea de energie 4187 J a fost introdusă anterior ca o unitate separată și ca Kilocalorie (nepermis de lege de la 1.1.1978). Numele „calorie” a fost folosit în cea mai mare parte în viața de zi cu zi. „Mesele cu calorii” vă amintesc de acest lucru.
Căldura specifică a apei este deosebit de mare
exemplul 1: Cu ce viteză puteți accelera 1 kg de apă?
mv 2/2 = 4187 J -> viteza v = 91,5 m/s =329km/h.
Exemplul 2: Cât de mare se poate ridica 1 kg de apă cu o energie de 4187 J?
m.g.h = 4187J -> h = 4187/9,81 =426m
Cantitatea de căldură Q necesară pentru o schimbare de temperatură D T = TE - TA: Q = c m D T = c m (TE - TA) .
Aici, m reprezintă masa substanței în kg, precum și TE și TA indică temperatura finală sau inițială în K (sau ° C, depinde doar de diferențele de temperatură)
Exemplu de bicicletă de cameră
O bicicletă de cameră acționează un generator electric; curentul electric este utilizat pentru încălzirea apei. Cât de mult ar trebui să facă o persoană pentru a fierbe 1 kg de apă la 14 ° C dacă poate produce 100 W de putere atunci când se exercită?
Pentru a încălzi apa, căldura Q = cApă .m. (T - T0)
Această căldură este aplicată în timpul căutat t de către încălzitorul cu imersiune cu puterea P: Q = P t .
Deci t = m cwater (T - T0)/P = 1.4200. (100-14)/100 în jur de 3600s = 1h
Ar trebui să pedalezi 1 oră!
- Când corpurile (în special apa) sunt încălzite, se transformă energii foarte mari. Subestimăm această energie în comparație cu alte energii.
- Energia internă conținută în corpurile mediului nostru este enormă și depășește cu mult „energia externă” a acestora (energie cinetică, potențială)
În cazul gazelor, se face distincția între capacitatea de căldură cP, care este valabilă pentru încălzirea la presiune constantă, și capacitatea de căldură cV, care este valabilă pentru încălzirea la volum constant.
Această distincție este necesară deoarece un corp care se extinde atunci când este încălzit poate, dacă este menținut la un volum constant, să transfere toată energia furnizată în energia internă, adică H. cP este mai mare decât cV.
În cazul solidelor, expansiunea în volum este de obicei relativ mică, astfel încât diferența dintre cele două capacități specifice de căldură poate fi adesea neglijată.
Această distincție este de prisos cu apa, deoarece aproape întotdeauna se poate presupune că apa se va extinde nestingherită.
Dependența de temperatură a capacității de căldură:
Măsurătorile au arătat că capacitatea specifică de căldură c scade și atunci când temperatura scade și se apropie de valoarea 0 din ce în ce mai mult. Dependența de temperatură a lui c nu poate fi explicată cu legile fizicii clasice. Doar în fizica cuantică poate fi prezis comportamentul capacității de căldură pentru toate intervalele de temperatură.
Exemple
Un încălzitor cu imersiune cu un consum de energie de P = 1100 wați este utilizat pentru încălzirea apei din cafea. Câte minute trebuie să se încălzească V = 0,500 l apă de la temperatura camerei (20 ° C) până la T = 92 ° C?
A încălzi apa este căldura
Această căldură este aplicată în timpul căutat t de către încălzitorul cu imersiune cu puterea P:
Deci t = V r apă cwater (T - T0)/P = 0.5.1.4200.72/1100 = 137s = 2.29 min
exemplu
Vrei să scoți un cartof înfășurat în folie de aluminiu de pe grătar. Unde ești cel mai probabil să îți arzi degetele?
a) pe folie, deoarece era în contact direct cu jarurile fierbinți și absoarbe rapid căldura.
b) pe cartof în sine, deoarece are o capacitate termică mai mare.
exemplu Încălzitor de depozitare de noapte: Aceasta folosește energie electrică ieftină, care este oferită specială pe timp de noapte
Pietrele economisesc căldură pentru ziua respectivă. Aceste cărămizi de magnezită au o capacitate termică specifică ridicată (1090J/(kg.K))
adică Cu o diferență de temperatură și masă corespunzătoare, pot stoca multă căldură.