Căldura specifică

Căldura specifică a unei substanțe este definită ca fiind capacitatea de căldură pe unitate de masă a unei cantități fixe de substanță. Corespunde cantității de căldură necesară pentru creșterea sau scăderea temperaturii unei cantități fixe de substanță cu o valoare dată.

În funcție de cantitatea fizică utilizată pentru a defini cantitatea fixă, există mai multe cantități care cuantifică căldura specifică.

În forma cea mai de bază, căldura specifică este exprimată pe unitate de cantitate de substanță și corespunde unui număr adimensional . În acest caz, este adecvat să vorbim despre capacitatea termică unitară.

Uniunea internațională de fizică pură și aplicată și Uniunea internațională de chimie pură și aplicată folosesc termenul de capacitate de căldură specifică sau unitară, mai degrabă decât căldură specifică și căldură unitară .

Capacitatea de căldură a unității și căldura molară

Cantitatea de bază, cea mai elementară în fizică , este capacitatea de căldură unitară, înțeleasă ca elementară (unitară). În acest caz, cantitatea este cantitatea de substanță propriu-zisă, măsurată în număr de particule sau în moli (conversia este pur și simplu numărul lui Avogadro ).

Capacitatea de căldură unitară este de fapt direct legată de teorema echipartiției energetice și, prin urmare, valoarea acesteia poate fi ipotezată doar prin cunoașterea tipului de molecule care alcătuiesc substanța.

Pentru a converti de la capacitatea unitară la căldură molară, trebuie doar să utilizați constanta de gaz și numărul lui Avogadro (sau constanta lui Boltzmann și numărul lui Avogadro).

De exemplu, un gaz monatomic are o capacitate izocorică corespunzătoare la jumătate din gradele sale de libertate prin teorema echipației de energie :

 $c=f/2$  $c$   $=$   $f$   $/$   $2$   ${\ displaystyle c = f / 2}$   ${\ displaystyle c = f / 2}$

aceasta este cea mai simplă formă de exprimare a capacității termice a unui material. Pentru a trece la căldura molară, în schimb, trebuie să înmulțim această valoare simplă cu constanta de gaz R. În cazul gazului monoatomic, de exemplu, în care $f=3$ ${\ displaystyle f = 3}$ ${\ displaystyle f = 3}$ :

$c=3/2*R=3/2*8.31J/molK=12.47{\frac {J}{molK}}$ ${\ displaystyle c = 3/2 * R = 3/2 * 8.31J / molK = 12.47 {\ frac {J} {molK}}}$ ${\ displaystyle c = 3/2 * R = 3/2 * 8.31J / molK = 12.47 {\ frac {J} {molK}}}$

sau, pentru a se referi la căldura medie a unei singure molecule, împărțiți la numărul Avogadro:

$c={\frac {12.47J/molK}{6.022e23/mol}}=2.07*10^{-23}{\frac {J}{K}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {12.47J / molK} {6.022e23 / mol}} = 2.07 * 10 ^ {- 23} {\ frac {J} {K}}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {12.47J / molK} {6.022e23 / mol}} = 2.07 * 10 ^ {- 23} {\ frac {J} {K}}}$

Rețineți că mărimea fizică este aceeași, am convertit doar unitatea sa de măsură .

Când avem o măsură experimentală a căldurii specifice, este convenabil pentru simplitate să o readucem la căldura elementară. În schimb, pentru a obține căldura specifică referită la unitatea de masă sau volum, trebuie să cunoaștem mai multe informații despre substanța noastră particulară, pe lângă gradele moleculare de libertate: respectiv masa moleculară sau volumul molar .

Căldură specifică pe unitate de masă

Când capacitatea este exprimată pe unitate de masă sau volum, este convenabil să vorbim despre căldură specifică . Căldura specifică pe unitate de masă este legată de căldura specifică pe unitate prin relația:

$c_{m}=c/m$ ${\ displaystyle c_ {m} = c / m}$ ${\ displaystyle c_ {m} = c / m}$

unde este $m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ este masa moleculară medie a substanței. În sistemul internațional, unitatea de măsură a căldurii în masă este $\left[\mathrm {J\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}} \right]$ ${\ displaystyle \ left [\ mathrm {J \ cdot kg ^ {- 1} \ cdot K ^ {- 1}} \ right]}$ ${\ displaystyle \ left [\ mathrm {J \ cdot kg ^ {- 1} \ cdot K ^ {- 1}} \ right]}$ .

Termodinamica

În termodinamică, pe de altă parte, căldura specifică este definită ca fiind coeficientul dintre creșterile de temperatură și căldură:

$\delta Q=Nc_{x}\ \mathrm {d} T$ ${\ displaystyle \ delta Q = Nc_ {x} \ \ mathrm {d} T}$ ${\ displaystyle \ delta Q = Nc_ {x} \ \ mathrm {d} T}$

care depinde de tipul de transformare în curs. Cu scrisoarea $Nu.$ ${\ displaystyle N}$ $Nu.$ este indicată cantitatea de substanță . În cazul transformării izocorice, căldura schimbată coincide cu variația energiei interne specifice (pe unitate de substanță):

$\mathrm {d} U=Nc\ \mathrm {d} T$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} U = Nc \ \ mathrm {d} T}$ ${\ displaystyle \ mathrm {d} U = Nc \ \ mathrm {d} T}$

sau, mai pe scurt:

$c={\frac {\partial u}{\partial T}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {\ partial u} {\ partial T}}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {\ partial u} {\ partial T}}}$

Există diferite moduri de a exprima căldura specifică a unei substanțe, în funcție de transformare și în special (notație) de cantitatea fizică $X$ ${\ displaystyle x}$ $X$ conservat în transformare:

c_{x}=T\left({\frac {\partial s}{\partial T}}\right)_{x}

{\ displaystyle c_ {x} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {x}}

{\ displaystyle c_ {x} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {x}}

Înmulțind căldurile specifice cu masa $m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ obținem capacitățile termice $C_{x}$ ${\ displaystyle C_ {x}}$ ${\ displaystyle C_ {x}}$ . În general, se utilizează două valori, referitoare la o transformare cu coordonate generalizate constante și forță generalizată constantă:

{\begin{aligned}&c_{q}=T\left({\frac {\partial s}{\partial T}}\right)_{q}\\[4pt]&c_{F}=T\left({\frac {\partial s}{\partial T}}\right)_{F}\\[4pt]\end{aligned}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & c_ {q} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {q} \\ [4pt] & c_ {F} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {F} \\ [4pt] \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & c_ {q} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {q} \\ [4pt] & c_ {F} = T \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {F} \\ [4pt] \ end {align}}}

Căldură izobarică și izocorică specifică

Cele mai utilizate călduri specifice se referă la volumul de lucru : căldura specifică la volum constant , indicată cu simbolul $c_{v}$ ${\ displaystyle c_ {v}}$ $CV}$ , și căldura specifică la presiune constantă , $c_{p}$ ${\ displaystyle c_ {p}}$ $c_ {p}$ valabil pentru transformarea izocorică și izobarică . Dacă în sistem lucrările generalizate sunt transmise exclusiv de căldură și volum, atunci prima lege a termodinamicii poate fi exprimată în energie internă și entalpie , deoarece există o echivalență între ele conform Legendre :

{\begin{aligned}&\mathrm {d} U+p\mathrm {d} V-T\mathrm {d} S=0\\[4pt]&\mathrm {d} H-V\mathrm {d} p-T\mathrm {d} S=0\\[4pt]\end{aligned}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & \ mathrm {d} U + p \ mathrm {d} VT \ mathrm {d} S = 0 \\ [4pt] & \ mathrm {d} HV \ mathrm {d} pT \ mathrm {d} S = 0 \\ [4pt] \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & \ mathrm {d} U + p \ mathrm {d} VT \ mathrm {d} S = 0 \\ [4pt] & \ mathrm {d} HV \ mathrm {d} pT \ mathrm {d} S = 0 \\ [4pt] \ end {align}}}

asa de:

c={\frac {\partial U}{\partial T}}\qquad c_{p}={\frac {\partial H}{\partial T}}

{\ displaystyle c = {\ frac {\ partial U} {\ partial T}} \ qquad c_ {p} = {\ frac {\ partial H} {\ partial T}}}

{\ displaystyle c = {\ frac {\ partial U} {\ partial T}} \ qquad c_ {p} = {\ frac {\ partial H} {\ partial T}}}

altfel, dacă admitem alte forme de lucru în sistem, sau alte coordonate înțelese fiecare ca o funcție de stat ,

{\begin{aligned}&\mathrm {d} U+p\mathrm {d} V-T\mathrm {d} S+F\ \delta q=0\\[4pt]&\mathrm {d} H-V\mathrm {d} p-T\mathrm {d} S+F\ \delta q=0\\[4pt]\end{aligned}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & \ mathrm {d} U + p \ mathrm {d} VT \ mathrm {d} S + F \ \ delta q = 0 \\ [4pt] & \ mathrm {d} HV \ mathrm {d} pT \ mathrm {d} S + F \ \ delta q = 0 \\ [4pt] \ end {align}}}

{\ displaystyle {\ begin {align} & \ mathrm {d} U + p \ mathrm {d} VT \ mathrm {d} S + F \ \ delta q = 0 \\ [4pt] & \ mathrm {d} HV \ mathrm {d} pT \ mathrm {d} S + F \ \ delta q = 0 \\ [4pt] \ end {align}}}

influența lor asupra căldurilor specifice va trebui luată în considerare:

c={\frac {\partial U}{\partial T}}+F\left({\frac {\partial q}{\partial T}}\right)_{V}\qquad c_{p}={\frac {\partial H}{\partial T}}+F\left({\frac {\partial q}{\partial T}}\right)_{p}

{\ displaystyle c = {\ frac {\ partial U} {\ partial T}} + F \ left ({\ frac {\ partial q} {\ partial T}} \ right) _ {V} \ qquad c_ {p } = {\ frac {\ partial H} {\ partial T}} + F \ left ({\ frac {\ partial q} {\ partial T}} \ right) _ {p}}

{\ displaystyle c = {\ frac {\ partial U} {\ partial T}} + F \ left ({\ frac {\ partial q} {\ partial T}} \ right) _ {V} \ qquad c_ {p } = {\ frac {\ partial H} {\ partial T}} + F \ left ({\ frac {\ partial q} {\ partial T}} \ right) _ {p}}

Deși solidele și lichidele nu sunt foarte extensibile, diferența dintre $c_{p}$ ${\ displaystyle c_ {p}}$ $c_ {p}$ Și $c$ ${\ displaystyle c}$ $c$ nu este neglijabil: de fapt, pentru solide este $c_{p}/c\approx 1,05$ ${\ displaystyle c_ {p} / c \ approx 1.05}$ ${\ displaystyle c_ {p} / c \ approx 1.05}$ în timp ce pentru lichide în multe cazuri este $c_{p}/c\approx 1,2$ ${\ displaystyle c_ {p} / c \ approx 1,2}$ ${\ displaystyle c_ {p} / c \ approx 1,2}$ dar ai și lichide cu $c_{p}/c>1,5$ ${\ displaystyle c_ {p} / c> 1,5}$ ${\ displaystyle c_ {p} / c> 1,5}$ . Pentru un aeriform, căldura specifică la presiune constantă diferă de cea la volum constant pentru lucrările de expansiune . ^[1]

Dependența de temperatură

Graficul căldurilor specifice gazelor perfecte la volum constant al unor gaze

Căldura specifică este o cantitate care este în general dependentă de temperatură. Corelațiile semiempirice sunt de obicei dezvoltate în seria Taylor până la ordinul al patrulea: ^[2]

c^{0}=a+bT+cT^{2}+dT^{3}

{\ displaystyle c ^ {0} = a + bT + cT ^ {2} + dT ^ {3}}

{\ displaystyle c ^ {0} = a + bT + cT ^ {2} + dT ^ {3}}

cu $c^{0}$ ${\ displaystyle c ^ {0}}$ ${\ displaystyle c ^ {0}}$ exprimat în $\left[\mathrm {kcal/lb\cdot ^{o}F^{-1}} \right]$ ${\ displaystyle \ left [\ mathrm {kcal / lb \ cdot ^ {o} F ^ {- 1}} \ right]}$ ${\ displaystyle \ left [\ mathrm {kcal / lb \ cdot ^ {o} F ^ {- 1}} \ right]}$ unde este $a,\;b,\;c,$ ${\ displaystyle a, \; b, \; c,}$ ${\ displaystyle a, \; b, \; c,}$ Și $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ sunt tabelate după substanță, e $T.$ ${\ displaystyle T}$ $T.$ este temperatura absolută . ^[3]

După cum se poate observa din figura laterală, pentru anumite gaze, în anumite intervale de temperatură, căldura specifică poate fi considerată constantă, și acest lucru este valabil mai ales pentru gazele monatomice, cum ar fi gazele nobile . ^[3]

Legile lui Mayer

Conform relației Maxwell în entropie și temperatură, căldurile specifice sau molare sau capacitățile termice, respectiv, cu coordonate constante și forță conjugată constantă sunt legate:

{\begin{aligned}x_{i}\neq s,&\quad F_{i}\neq T\\[4pt]\left({\frac {\partial s}{\partial x_{i}}}\right)_{T}&=\left({\frac {\partial F_{i}}{\partial T}}\right)_{x_{i}}\\[4pt]\end{aligned}}

{\ displaystyle {\ begin {align} x_ {i} \ neq s, & \ quad F_ {i} \ neq T \\ [4pt] \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial x_ {i} }} \ right) _ {T} & = \ left ({\ frac {\ partial F_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {x_ {i}} \\ [4pt] \ end {align }}}

{\ displaystyle {\ begin {align} x_ {i} \ neq s, & \ quad F_ {i} \ neq T \\ [4pt] \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial x_ {i} }} \ right) _ {T} & = \ left ({\ frac {\ partial F_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {x_ {i}} \\ [4pt] \ end {align }}}

care a înlocuit în identitate:

\left({\frac {\partial s}{\partial T}}\right)_{F_{i}}=\left({\frac {\partial s}{\partial T}}\right)_{x_{i}}+\left({\frac {\partial s}{\partial x_{i}}}\right)_{T}\left({\frac {\partial x_{i}}{\partial T}}\right)_{F_{i}}

{\ displaystyle \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {F_ {i}} = \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right ) _ {x_ {i}} + \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial x_ {i}}} \ right) _ {T} \ left ({\ frac {\ partial x_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {F_ {i}}}

\ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {{F_ {i}}} = \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial T}} \ right) _ {{x_ {i}}} + \ left ({\ frac {\ partial s} {\ partial x_ {i}}} \ right) _ {{T}} \ left ({\ frac {\ partial x_ { i}} {\ partial T}} \ right) _ {{F_ {i}}}

ținând cont de definiția termodinamică a căldurii specifice, aceasta duce în cele din urmă la legile lui Mayer ^[4] :

c_{F_{i}}-c_{x_{i}}=T\left({\frac {\partial F_{i}}{\partial T}}\right)_{x_{i}}\left({\frac {\partial x_{i}}{\partial T}}\right)_{F_{i}}

{\ displaystyle c_ {F_ {i}} - c_ {x_ {i}} = T \ left ({\ frac {\ partial F_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {x_ {i}} \ left ({\ frac {\ partial x_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {F_ {i}}}

{\ displaystyle c_ {F_ {i}} - c_ {x_ {i}} = T \ left ({\ frac {\ partial F_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {x_ {i}} \ left ({\ frac {\ partial x_ {i}} {\ partial T}} \ right) _ {F_ {i}}}

Pentru un sistem simplu în sens termodinamic avem de fapt o singură lege (capacitatea izocorică este indicată de c):

c_{p}-c=T\left({\frac {\partial p}{\partial T}}\right)_{V}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{p}

{\ displaystyle c_ {p} -c = T \ left ({\ frac {\ partial p} {\ partial T}} \ right) _ {V} \ left ({\ frac {\ partial V} {\ partial T }} \ dreapta) _ {p}}

{\ displaystyle c_ {p} -c = T \ left ({\ frac {\ partial p} {\ partial T}} \ right) _ {V} \ left ({\ frac {\ partial V} {\ partial T }} \ dreapta) _ {p}}

Gaz perfect

Pentru un gaz ideal , care aparține sistemelor termodinamice simple, legea lui Mayer ia forma în special:

 $c_{p}-c=1$  $c$   $p$   $-$   $c$   $=$   $1$   ${\ displaystyle c_ {p} -c = 1}$   ${\ displaystyle c_ {p} -c = 1}$

unde este $c$ ${\ displaystyle c}$ $c$ Și $c_{p}$ ${\ displaystyle c_ {p}}$ $c_ {p}$ sunt capacitățile termice unitare, respectiv la volum constant și presiune. Împărțind prin căldura izocorică însăși, obținem expresia legii lui Mayer pentru coeficientul izentropic pentru gazele ideale:

 $\gamma =1+{\frac {1}{c}}=1+{\frac {2}{f}}$  $γ$   $=$   $1$   $+$   $1$   $c$   $=$   $1$   $+$   $2$   $f$   ${\ displaystyle \ gamma = 1 + {\ frac {1} {c}} = 1 + {\ frac {2} {f}}}$   ${\ displaystyle \ gamma = 1 + {\ frac {1} {c}} = 1 + {\ frac {2} {f}}}$

unde f indică ca de obicei numărul de grade active de libertate ale sistemului: pentru ultima echivalență a fost utilizată teorema echipației. Ca corolar, coeficientul izentropic este deci întotdeauna mai mare decât unul, deoarece numărul de grade de libertate este un număr natural (care este definit ca pozitiv). Constrângerea dintre valorile specifice stabilite de legea lui Mayer permite calcularea, de asemenea, a căldurii izobare elementare și a coeficientului izentropic pornind de la numărul de grade termodinamice de libertate ale sistemului.

De exemplu, pentru un gaz monatomic pe care îl are $N=3$ ${\ displaystyle N = 3}$ ${\ displaystyle N = 3}$ grade de libertate, conform teoremei echipației, căldura izocorică elementară este $c={\frac {3}{2}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {3} {2}}}$ ${\ displaystyle c = {\ frac {3} {2}}}$ ; cel izobaric este:

$c_{p}={\frac {5}{2}}$ ${\ displaystyle c_ {p} = {\ frac {5} {2}}}$ ${\ displaystyle c_ {p} = {\ frac {5} {2}}}$

în timp ce coeficientul izentropic este:

$\gamma =1+{\frac {2}{f}}=1+{\frac {2}{3}}={\frac {5}{3}}=1.666...$ ${\ displaystyle \ gamma = 1 + {\ frac {2} {f}} = 1 + {\ frac {2} {3}} = {\ frac {5} {3}} = 1.666 ...}$ ${\ displaystyle \ gamma = 1 + {\ frac {2} {f}} = 1 + {\ frac {2} {3}} = {\ frac {5} {3}} = 1.666 ...}$ .

Deducerea termodinamică a legii lui Mayer

Pe de altă parte, prima lege a termodinamicii pune ca o constrângere:

\delta Q_{p}=\mathrm {d} U+\delta W

{\ displaystyle \ delta Q_ {p} = \ mathrm {d} U + \ delta W}

{\ displaystyle \ delta Q_ {p} = \ mathrm {d} U + \ delta W}

de la care:

nc_{p}\ \mathrm {d} T=nc\ \mathrm {d} T+p\ \mathrm {d} V

{\ displaystyle nc_ {p} \ \ mathrm {d} T = nc \ \ mathrm {d} T + p \ \ mathrm {d} V}

{\ displaystyle nc_ {p} \ \ mathrm {d} T = nc \ \ mathrm {d} T + p \ \ mathrm {d} V}

pentru ecuația stării gazelor ideale, ultimul termen poate fi scris:

p\ \mathrm {d} V=n\ \mathrm {d} T

{\ displaystyle p \ \ mathrm {d} V = n \ \ mathrm {d} T}

{\ displaystyle p \ \ mathrm {d} V = n \ \ mathrm {d} T}

deci avem:

nc_{p}\ \mathrm {d} T=nc\ \mathrm {d} T+n\ \mathrm {d} T=n(c+1)\ \mathrm {d} T

{\ displaystyle nc_ {p} \ \ mathrm {d} T = nc \ \ mathrm {d} T + n \ \ mathrm {d} T = n (c + 1) \ \ mathrm {d} T}

{\ displaystyle nc_ {p} \ \ mathrm {d} T = nc \ \ mathrm {d} T + n \ \ mathrm {d} T = n (c + 1) \ \ mathrm {d} T}

simplificând, obținem legea lui Mayer pentru unitățile de căldură ale unui gaz ideal. ^[5]

Măsurare

Teorema echipației de energie permite calcularea cu ușurință a căldurii specifice a unui gaz cu comportament ideal , pe baza mecanicii clasice .

Legea Dulong-Petit stabilește, pe o bază clasică, că capacitatea termică unitară a tuturor solidelor cristaline este aceeași, indiferent de temperatură: $3NK$ ${\ displaystyle 3NK}$ ${\ displaystyle 3NK}$ .

Capacitatea de căldură depinde de natura chimică a substanței luate în considerare și de temperatură. Poate fi considerat constant numai pentru variații mici de temperatură și departe de temperaturile de tranziție de fază . Variațiile bruște ale căldurii specifice sunt, de fapt, luate ca un indice al unei tranziții de fază solid-lichid, lichid-vapori și, de asemenea, tranziții cristaline sau tranziții structurale ale unei molecule .

Deși, în scopuri practice, această definiție este suficient de precisă, din punct de vedere teoretic, aceasta este doar o aproximare, deoarece, în realitate, căldura specifică depinde de temperatura însăși. Pentru un tratament mai riguros, ne putem baza pe capacitatea de căldură și putem defini căldura specifică ca fiind capacitatea de căldură pe unitate de masă .

Apa a $15^{\circ }C$ ${\ displaystyle 15 ^ {\ circ} C}$ ${\ displaystyle 15 ^ {\ circ} C}$ are o căldură specifică de $1{\frac {cal}{g\cdot \;^{\circ }C}}$ ${\ displaystyle 1 {\ frac {cal} {g \ cdot \; ^ {\ circ} C}}}$ ${\ displaystyle 1 {\ frac {cal} {g \ cdot \; ^ {\ circ} C}}}$ în timp ce cea a alcoolului etilic este $0,581{\frac {cal}{g\cdot \;^{\circ }C}}$ ${\ displaystyle 0.581 {\ frac {cal} {g \ cdot \; ^ {\ circ} C}}}$ ${\ displaystyle 0.581 {\ frac {cal} {g \ cdot \; ^ {\ circ} C}}}$ .

Căldura specifică la presiune constantă și volum sunt definite respectiv pornind de la entalpie și de la energia internă . Din aceste definiții derivăm două relații valabile pentru orice fluid:

Pentru energie internă:

\Delta U=mc\Delta T

{\ displaystyle \ Delta U = mc \ Delta T}

{\ displaystyle \ Delta U = mc \ Delta T}

,

unde este:

m

{\ displaystyle m}

m

: este masa ( kg ) de fluid implicată

\Delta T=(T_{2}-T_{1})

{\ displaystyle \ Delta T = (T_ {2} -T_ {1})}

\ Delta T = (T_ {2} -T_ {1})

: este variația temperaturii ( K ).

c

{\ displaystyle c}

c

: este căldura specifică la volum constant.

Și pentru entalpia:

\Delta H=mc_{p}\Delta T

{\ displaystyle \ Delta H = mc_ {p} \ Delta T}

{\ displaystyle \ Delta H = mc_ {p} \ Delta T}

^[6] .

În modelul teoretic al gazului perfect, valoarea căldurii unitare este:

În cazul gazelor monoatomice ${3 \over 2}$ ${\ displaystyle {3 \ over 2}}$ ${\ displaystyle {3 \ over 2}}$ (la volum constant) e ${5 \over 2}$ ${\ displaystyle {5 \ over 2}}$ ${\ displaystyle {5 \ over 2}}$ (la presiune constantă).
În cazul gazelor diatomice sau poliatomice cu moleculă aliniată ${5 \over 2}$ ${\ displaystyle {5 \ over 2}}$ ${\ displaystyle {5 \ over 2}}$ (la volum constant) e ${7 \over 2}$ ${\ displaystyle {7 \ over 2}}$ ${\ displaystyle {7 \ over 2}}$ (la presiune constantă).
În cazul gazelor poliatomice cu o moleculă nealiniată ${3}$ ${\ displaystyle {3}}$ ${\ displaystyle {3}}$ (la volum constant) e ${4}$ ${\ displaystyle {4}}$ ${\ displaystyle {4}}$ (la presiune constantă).

Adesea, gazul monoatomic perfect este considerat ca un pseudo- hidrogen , cu o greutate moleculară egală cu $1$ ${\ displaystyle 1}$ $1$ .

Valorile numerice

Substanţă	Stat	$c_{p}/m$ ${\ displaystyle c_ {p} / m}$ ${\ displaystyle c_ {p} / m}$ (J / (kg K)) ^[8]
Aluminiu	solid	880
Oțel inoxidabil	solid	502
Cascadă	lichid	4186
Apă ( Gheață )	solid (0 ° C)	2090
Dioxid de carbon	gazos	838
Aer (uscat)	gazos	1005
Aer (umiditate relativă 100%)	gazos	~ 1030
Azot	gazos	1042
Beriliu	solid	1824
Diamant	solid	502
heliu	gazos	5190
Etanol	lichid	2460
Fier	solid	460
Glicerină	lichid	2260
Grafit	solid	720
Hidrogen	gazos	14435
Litiu	solid	3582
Mercur	lichid	139
Ulei	lichid	~ 2000
Oxigen	gazos	920
Aur	solid	129
Alamă	solid	377
Conduce	solid	130
Polistiren	solid	1450
Cupru	solid	385
Silice (topit)	lichid	703
Silice	solid	2020
Iazul	solid	228
Zinc	solid	388
Condiții standard (dacă nu se specifică altfel). Pentru solide valoarea căldurii specifice la presiune constantă coincide cu căldura specifică la volum constant

Căldură specifică negativă

Conceptul de „căldură specifică negativă”, introdus implicit în astrofizică de la lucrările lui Chandrasekhar din anii 1930, apare marginal în textul clasic al Fizicii statistice de LDLandau și EM Lifshitz și a fost diseminat în comunitatea fizicii de Walter Thirring în 1970 . ^[9] S-a realizat recent că orice sistem cu interacțiuni pe distanțe lungi (cum ar fi sistemele cu auto-gravitare, plasmele cu o singură componentă) poate avea căldură specifică negativă ^[10] . Cerința cea mai de bază pentru ca un sistem să aibă căldură specifică negativă este ca acest sistem să nu fie aditiv. Cu excepția observațiilor astrofizice, verificarea experimentală a acestei posibilități nu este încă clară.

Într-un alt context, în cadrul mecanicii statistice a non-echilibrului, căldura specifică negativă a fost observată în unele sisteme ^[11] (în special în reacțiile nucleare de multifragmentare, în grupuri atomice și în obiecte stelare auto-gravitante ^[12] ).

Notă

^ Este obișnuit (dar nu întotdeauna adoptat) în termodinamică să scriem cantități specifice și molari cu litere mici, iar cantitățile totale cu majuscule.
^ Coulson și Richardson , p. 324 .
^ ^a ^b Yunus A. Çengel, Termodinamica și transmisia căldurii , Milano, Companiile McGraw-Hill, 2005, ISBN 88-386-6203-7 .
^ <Sycev, Sisteme termodinamice complexe, Editori Riuniti 1985, cap. 2, p.45
^ Silvestroni , p. 169 .
^ Unele texte de fizică, cu mai puțină rigoare, definesc energia internă și entalpia cu aceste relații, pornind de la căldurile specifice, care sunt definite în schimb de aceste două mărimi.
^ masa molară
^ căldură specifică izobarică pe unitate de masă
^ W. Thirring, Sisteme cu căldură specifică negativă , Z. Phys. 235, pp. 339-352 (1970).
^ A. Campa, S. Ruffo, T. Dauxois, Mecanica statistică și dinamica modelelor rezolvabile cu interacțiuni pe termen lung , Phys. Rep. 480, pp. 57-159 (2009).
^ http://siba.unipv.it/fisica/ScientificaActa/volume_2_1/Villain_ita.pdf
^ Microsoft PowerPoint - DOCTORAL TALK-1.ppt

Bibliografie

Paolo Silvestroni , Fundamentals of chemistry , ed. A X-a, Milano, CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8 .
Giorgio Mazzone, Note despre termodinamica solidelor, vol. 1 , prima ediție, Roma, ENEA, 2006, ISBN 88-8286-141-4 . , Cod poștal. 13 Căldura specifică a solidelor, pp. 103-108.
Sycev, Sisteme termodinamice complexe , Roma, Editori Riuniti, 1985, ISBN 88-359-2883-4 . , Cod poștal. 2, p. 45
( EN ) JM Coulson, JF Richardson, Inginerie chimică , vol. 6, ediția a treia, Butterworth-Heinemann, 1999, ISBN 0-7506-4142-8 .

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Heat specific , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Căldură specifică pentru unele tipuri de substanțe , pe interfred.it .
Călduri specifice unor substanțe , pe itchiavari.org .

Controlul autorității	Tesauro BNCF 31408 · LCCN (EN) sh85126389 · GND (DE) 4182218-3 · BNF (FR) cb12274423z (dată)

Portalul chimiei

Portalul Termodinamicii

[1] Este obișnuit (dar nu întotdeauna adoptat) în termodinamică să scriem cantități specifice și molari cu litere mici, iar cantitățile totale cu majuscule.

[2] Coulson și Richardson , p. 324 .

[Cengel-3] Yunus A. Çengel, Termodinamica și transmisia căldurii , Milano, Companiile McGraw-Hill, 2005, ISBN 88-386-6203-7 .

[4] <Sycev, Sisteme termodinamice complexe, Editori Riuniti 1985, cap. 2, p.45

[5] Silvestroni , p. 169 .

[6] Unele texte de fizică, cu mai puțină rigoare, definesc energia internă și entalpia cu aceste relații, pornind de la căldurile specifice, care sunt definite în schimb de aceste două mărimi.

[7] sa molară

[8] ăldură specifică izobarică pe unitate de masă

[9] W. Thirring, Sisteme cu căldură specifică negativă , Z. Phys. 235, pp. 339-352 (1970).

[10] A. Campa, S. Ruffo, T. Dauxois, Mecanica statistică și dinamica modelelor rezolvabile cu interacțiuni pe termen lung , Phys. Rep. 480, pp. 57-159 (2009).

[11] ttp://siba.unipv.it/fisica/ScientificaActa/volume_2_1/Villain_ita.pdf

[12] Microsoft PowerPoint - DOCTORAL TALK-1.ppt

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]