Formule, unità e misure di potere calorifico

il capacità di calore di un corpo o sistema è il quoziente che risulta tra l'energia termica trasmessa a quel corpo e il cambiamento di temperatura che sperimenta in quel processo. Un'altra definizione più precisa è che si riferisce a quanto calore è necessario trasmettere a un corpo o sistema in modo che la sua temperatura aumenti di un grado Kelvin.

Succede continuamente che i corpi più caldi danno calore ai corpi più freddi in un processo che dura finché c'è una differenza di temperatura tra i due corpi in contatto. Quindi, il calore è l'energia che viene trasmessa da un sistema all'altro dal semplice fatto che c'è una differenza di temperatura tra di loro.

Per accordo è definito come calore (Q) positivo a quello che viene assorbito da un sistema e al calore negativo che viene trasferito da un sistema.

Da quanto sopra si deduce che non tutti gli oggetti assorbono e conservano il calore con la stessa facilità; quindi certi materiali vengono riscaldati più facilmente di altri.

Si deve tenere conto del fatto che, in definitiva, la capacità termica di un corpo dipende dalla sua natura e dalla sua composizione.

indice

• 1 formule, unità e misure
• 2 calore specifico
  • 2.1 Calore specifico dell'acqua
  • 2.2 Trasmissione del calore
• 3 Esempio
  • 3.1 Stadio 1
  • 3.2 Fase 2
  • 3.3 Fase 3
  • 3.4 Fase 4
  • 3.5 Fase 5
• 4 riferimenti

Formule, unità e misure 

La capacità termica può essere determinata a partire dalla seguente espressione:

C = dQ / dT

SSe la variazione di temperatura è sufficientemente piccola, l'espressione sopra può essere semplificata e sostituita dalla seguente:

C = Q / ΔT

Quindi, l'unità di misura della capacità termica nel sistema internazionale è il luglio di Kelvin (J / K).

La capacità termica può essere misurata a pressione costante C_p o a volume costante C_v.

Calore specifico

Spesso la capacità termica di un sistema dipende dalla sua quantità di sostanza o dalla sua massa. In questo caso, quando un sistema è costituito da una singola sostanza con caratteristiche omogenee, è richiesto calore specifico, chiamato anche capacità termica specifica (c).

Pertanto, il calore specifico di massa è la quantità di calore che deve essere fornita all'unità di massa di una sostanza per aumentare la sua temperatura di un grado Kelvin, e può essere determinata dalla seguente espressione:

c = Q / m ΔT

In questa equazione m è la massa della sostanza. Pertanto, l'unità di misura del calore specifico in questo caso è luglio per chilogrammo per kelvin (J / kg K), o anche luglio per grammo per kelvin (J / g K).

Allo stesso modo, il calore specifico molare è la quantità di calore che deve essere fornita a una mole di una sostanza per aumentare la sua temperatura di un grado Kelvin. E può essere determinato dalla seguente espressione:

c = Q / n ΔT

In detta espressione n è il numero moli della sostanza. Ciò implica che l'unità di misura del calore specifico in questo caso è luglio per mole per kelvin (J / mol K).

Calore specifico dell'acqua

I calori specifici di molte sostanze sono calcolati e facilmente accessibili nelle tabelle. Il valore di calore specifico dell'acqua allo stato liquido è di 1000 calorie / kg K = 4186 J / kg K. D'altra parte, il calore specifico dell'acqua allo stato gassoso è di 2080 J / kg K e allo stato solido di 2050 J / kg K.

Trasmissione di calore

In questo modo e dato che i valori specifici della grande maggioranza delle sostanze sono già calcolati, è possibile determinare il trasferimento di calore tra due corpi o sistemi con le seguenti espressioni:

Q = c m ΔT

O se viene utilizzato il calore specifico molare:

Q = c n ΔT

Va tenuto presente che queste espressioni consentono di determinare i flussi di calore fino a quando non vi è alcun cambiamento di stato.

Nei processi di cambiamento di stato parliamo di calore latente (L), che è definito come l'energia richiesta da una quantità di sostanza per cambiare fase o stato, da solido a liquido (calore di fusione, L_F) o da liquido a gassoso (calore di vaporizzazione, L_v).

Si deve tenere conto del fatto che tale energia sotto forma di calore viene interamente consumata nel cambio di fase e non inverte una variazione della temperatura. In tali casi le espressioni per calcolare il flusso di calore in un processo di vaporizzazione sono le seguenti:

Q = L_v m

Se si utilizza il calore specifico del molare: Q = L_v n

In un processo di fusione: Q = L_F m

Se si utilizza il calore specifico del molare: Q = L_F n

In generale, come per il calore specifico, i calori latenti della maggior parte delle sostanze sono già calcolati e facilmente accessibili nelle tabelle. Quindi, ad esempio, nel caso dell'acqua devi:

L_F = 334 kJ / kg (79,7 cal / g) a 0 ° C; L_v = 2257 kJ / kg (539,4 cal / g) a 100 ° C.

esempio

Nel caso dell'acqua, se una massa di acqua ghiacciata (ghiaccio) di 1 kg viene riscaldata da una temperatura di -25 ° C ad una temperatura di 125 ° C (vapore acqueo), il calore consumato nel processo sarà calcolato come segue :

Fase 1

Ghiaccio da -25 ºC a 0 ºC.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

Fase 2

Cambio di stato del ghiaccio in acqua liquida.

Q = L_F m = 334000 1 = 334000 J

Fase 3

Acqua liquida da 0 ºC a 100 ºC.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

Fase 4

Cambio di stato dall'acqua liquida al vapore acqueo.

Q = L_v m = 2257000 1 = 2257000 J

Fase 5

Vapore d'acqua da 100 ºC a 125 ºC.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

Pertanto, il flusso di calore totale nel processo è la somma di quello prodotto in ciascuna delle cinque fasi e risulta in 31112850 J.

riferimenti

1. Resnik, Halliday & Krane (2002).Fisica Volume 1. Cecsa.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed.Il mondo della chimica fisica. Capacità di calore (N.d.). In Wikipedia Estratto il 20 marzo 2018 da en.wikipedia.org.
3. Calore latente (N.d.). In Wikipedia Estratto il 20 marzo 2018 da en.wikipedia.org.
4. Clark, John, O.E. (2004).Il dizionario essenziale della scienza. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010).Chimica fisica, (prima edizione 1978), nona edizione 2010, Oxford University Press, Oxford UK.