A hőkapacitás
(hőkapacitás, hőkapacitás)
A test hőmérsékletének növelése érdekében meg kell növelni a belső energiáját. A különböző szöveteket különböző fokozatú melegítéssel lehet melegíteni. Annak érdekében, hogy a különböző anyagokat összehasonlíthassuk "hőállóságuk" szempontjából, 1 kg anyagot vizsgálunk meg
1 kg anyag 1 ° C-os melegítéséhez szükséges energiamennyiséget nevezzük fajlagos hőkapacitás c az anyag
Egység [c] = J/(kg.K)
| anyag | fajlagos hőkapacitás [kJ/(kg.K) | |
| alumínium | 0,90 | |
| Vas | 0,46 | |
| higany | 0,14 | alacsony hőelnyelés! Ezért alkalmas hőmérőkhöz |
| Kvarc, ablaküveg | 0,80 | |
| levegő | 1.01 | |
| Agyagos talaj | 0,89-1,55 | a víztartalomtól függően |
| Faipari | 2.30 | |
| víz | 4.18 | jó hőtárolás! A víz ezért az optimális hűtőfolyadék, mivel jó hővezető képességgel és nagy hőkapacitással rendelkezik. |
A test C hőkapacitását C = m.c adja meg
m. A test tömege, c. fajlagos hőkapacitás
Példák
Példa: Az alumínium fajlagos hőteljesítménye körülbelül kétszer akkora, mint az acélé. Éppen ezért a hőellátást körülbelül kétszer olyan hosszú ideig kell fenntartani, hogy azonos hőmérséklet-emelkedést érjünk el (azonos tömeggel).
1 kg víz 1 ° C-os melegítéséhez (14,5 ° C-tól 15,5 ° C-ig) 4187 J szükséges.
A 4187 J energiamennyiséget korábban külön egységként és as néven vezették be Kilokalória kijelölt (1978.1.1. óta jogilag megengedhetetlen). A mindennapi életben leginkább a "kalória" elnevezést használták. A "kalóriatáblázatok" emlékeztetnek erre.
A víz fajhője különösen nagy
1. példa: Milyen sebességgel gyorsíthatja fel 1 kg vizet?
mv 2/2 = 4187 J -> sebesség v = 91,5 m/s =329km/h.
2. példa: Milyen magasra lehetne emelni 1 kg vizet 4187 J energiával?
m.g.h = 4187J -> h = 4187/9,81 =426m
A hőmérsékletváltozáshoz szükséges Q hőmennyiség D T = TE - TA: Q = c m D T = c m (TE - TA) .
Itt m jelöli az anyag tömegét kg-ban, valamint TE és TA a végső vagy kezdeti hőmérsékletet K-ban (vagy ° C-ban, ez csak a hőmérséklet-különbségektől függ)
Példa szobabiciklire
A szobabicikli elektromos generátort hajt; az elektromos áramot a víz melegítésére használják. Mennyi ideig kellene lépnie az embernek, hogy 1 kg vizet forraljon 14 ° C-on, ha 100 W teljesítményt képes előállítani, amikor megterheli magát?
A víz melegítéséhez a Q = cWater .m (T - T0) hő
Ezt a hőt a keresett t idő alatt a merülő fűtőberendezés alkalmazza P teljesítményével: Q = P t .
Tehát t = m cwater (T - T0)/P = 1,4200. (100-14)/100 körülbelül 3600s = 1h
1 órát kellene kerékpároznia!
- A testek (különösen a víz) felmelegedésekor nagyon nagy mennyiségű energia alakul át. Alábecsüljük ezt az energiát a többi energiához képest.
- Környezetünk testeiben a belső energia óriási és messze felülmúlja "külső energiájukat" (kinetikus, potenciális energia)
Gázok esetén megkülönböztetünk cP hőkapacitást, amely állandó nyomáson történő fűtésre érvényes, és cV hőkapacitást, amely állandó térfogatú fűtésre érvényes.
Erre a megkülönböztetésre azért van szükség, mert az a test, amely felmelegedve tágul, ha állandó térfogaton tartják, akkor az összes leadott energiát belső energiává alakíthatja, azaz. H. cP nagyobb, mint cV.
Szilárd anyagok esetén a térfogat-tágulás általában viszonylag kicsinek bizonyul, így a két fajlagos hőkapacitás közötti különbség gyakran elhanyagolható.
Ez a megkülönböztetés felesleges a vízzel, mert szinte mindig feltételezhető, hogy a víz akadálytalanul tágulni fog.
A hőteljesítmény hőmérséklet-függése:
A mérések azt mutatták, hogy a fajlagos hőkapacitás is csökken, amikor a hőmérséklet csökken, és egyre jobban megközelíti a 0 értéket. A c hőmérsékletfüggése nem magyarázható a klasszikus fizika törvényeivel. Csak a kvantumfizikában lehet megjósolni a hőteljesítmény viselkedését minden hőmérsékleti tartományban.
Példák
P = 1100 wattos energiafogyasztású merülő fűtőtestet használnak a kávévíz melegítésére. Hány perc kell a V = 0,500 l víz felmelegítéséhez szobahőmérsékletről (20 ° C) T = 92 ° C-ra?
A víz felmelegítésére a hő
Ezt a hőt a keresett t idő alatt a P teljesítményű merülő fűtőberendezés alkalmazza:
Tehát t = V r vízvíz (T - T0)/P = 0,5,1,4200,72/1100 = 137s = 2,29 perc
példa
Alufóliába csomagolt burgonyát szeretne levenni a rácsról. Hol valószínű, hogy megégeti az ujjait?
a) a fólián, mert az közvetlenül érintkezett a forró parázzal, és gyorsan elnyeli a hőt.
b) magán a burgonyán, mert nagyobb a hőkapacitása.
példa Éjszakai tároló fűtés: Ez olcsó elektromos energiát használ fel, amelyet éjszaka kínálnak különlegesnek
A kövek spórolják a nap hőjét. Ezek a magnezit téglák magas fajlagos hőteljesítménnyel rendelkeznek (1090J/(kg.K))
azaz ennek megfelelően nagy tömeg- és hőmérséklet-különbséggel sok hőt képesek elraktározni.