Tepelná kapacita
(tepelná kapacita, tepelná kapacita)
Na zvýšenie teploty tela sa musí zvýšiť jeho vnútorná energia. Rôzne tkaniny je možné ohrievať s rôznou mierou ľahkosti. Aby bolo možné porovnať rôzne látky, pokiaľ ide o ich „tepelnú schopnosť“, človek skúma 1 kg látky
Nazýva sa množstvo energie potrebnej na zahriatie 1 kg látky o 1 ° C merná tepelná kapacita c látky
Jednotka [c] = J/(kg.K)
| materiál | Špecifická tepelná kapacita [kJ/(kg.K) | |
| hliník | 0,90 | |
| železo | 0,46 | |
| ortuť | 0,14 | nízka absorpcia tepla! Preto je vhodný pre teplomery |
| Kremeň, okenné sklo | 0,80 | |
| vzduch | 1.01 | |
| Hlinená pôda | 0,89 - 1,55 | v závislosti od obsahu vody |
| Drevo | 2.30 | |
| voda | 4.18 | dobré uskladnenie tepla! Voda je preto optimálnym chladiacim prostriedkom, pretože má dobrú tepelnú vodivosť a vysokú tepelnú kapacitu. |
Tepelná kapacita C telesa je daná C = m.c
m. Hmota tela, c. Špecifická tepelná kapacita
Príklady
Príklad: Merná tepelná kapacita hliníka je približne dvakrát vyššia ako tepelná kapacita ocele. Preto musí byť dodávka tepla udržiavaná asi dvakrát tak dlho, aby sa dosiahol rovnaký nárast teploty (s rovnakou hmotnosťou).
Na ohriatie 1 kg vody o 1 ° C (od 14,5 ° C do 15,5 ° C) je potrebných 4187 J.
Množstvo energie 4187 J bolo predtým zavedené ako samostatná jednotka a ako Kilokalórie určený (právne neprípustný od 1.1.1978). V každodennom živote sa väčšinou používal názov „kalórie“. „Kalorické tabuľky“ vám to pripomínajú.
Špecifické teplo vody je obzvlášť veľké
príklad 1: Na akú rýchlosť môžete zrýchliť 1 kg vody?
mv 2/2 = 4187 J -> rýchlosť v = 91,5 m/s =329 km/h.
Príklad 2: Ako vysoko by sa dalo zdvihnúť 1 kg vody s energiou 4 187 J?
m.g.h = 4187J -> h = 4187/9,81 =426 m
Množstvo tepla Q, ktoré je potrebné na zmenu teploty D T = TE - TA: Q = c m D T = c m (TE - TA) .
Tu m označuje hmotnosť látky v kg a TE a TA označujú konečnú alebo začiatočnú teplotu v K (alebo ° C, dôležité sú iba teplotné rozdiely)
Príklad izbového bicykla
Izbový bicykel poháňa elektrický generátor; elektrický prúd sa používa na ohrev vody. Ako dlho by človek musel šliapať, aby uvaril 1 kg vody pri teplote 14 ° C, ak by pri vynaložení sily mohol vyrobiť 100 W?
Na ohrev vody slúži teplo Q = cWater .m. (T - T0)
Toto teplo je v požadovanom čase t dodávané ponorným ohrievačom s výkonom P: Q = P t .
Takže t = m voda (T - T0)/P = 1,4200. (100-14)/100 okolo 3600s = 1h
Museli by ste bicyklovať 1 hodinu!
- Pri zahrievaní telies (najmä vody) sa premieňajú veľmi vysoké energie. V porovnaní s inými energiami túto energiu podceňujeme.
- Vnútorná energia obsiahnutá v telách nášho životného prostredia je obrovská a ďaleko prevyšuje ich „vonkajšiu energiu“ (kinetická, potenciálna energia)
Pri plynoch sa rozlišuje medzi tepelnou kapacitou cP, ktorá platí pre kúrenie na konštantný tlak, a tepelnou kapacitou cP, ktorá platí pre kúrenie konštantným objemom.
Toto rozlíšenie je nevyhnutné, pretože teleso, ktoré sa pri zahriatí rozťahuje, môže, pokiaľ je udržiavané na konštantnom objeme, premieňať všetku dodanú energiu na energiu vnútornú, t.j. H. cP je väčšie ako cV.
V prípade tuhých látok je zväčšenie objemu zvyčajne relatívne malé, takže rozdiel medzi týmito dvoma špecifickými tepelnými kapacitami možno často zanedbávať.
Tento rozdiel je pri vode nadbytočný, pretože sa dá takmer vždy predpokladať, že sa voda bude rozširovať bez prekážok.
Teplotná závislosť tepelnej kapacity:
Merania preukázali, že merná tepelná kapacita c tiež klesá, keď teplota klesá a čoraz viac sa blíži k hodnote 0. Teplotnú závislosť c nemožno vysvetliť zákonmi klasickej fyziky. Iba v kvantovej fyzike možno predpovedať správanie sa tepelnej kapacity pre všetky teplotné rozsahy.
Príklady
Na ohrev kávy sa používa ponorný ohrievač so spotrebou energie P = 1100 wattov. Koľko minút by malo trvať na zohriatie V = 0,500 l vody z izbovej teploty (20 ° C) na T = 92 ° C?
Na ohrev vody je teplo
Toto teplo je v požadovanom čase t dodávané ponorným ohrievačom s výkonom P:
Takže t = V r voda c voda (T - T0)/P = 0,5.1,4200,72/1100 = 137s = 2,29 min
príklad
Chcete si vziať zemiak zabalený do alobalu z grilu. Kde si s najväčšou pravdepodobnosťou popálite prsty?
a) na fóliu, pretože bola v priamom kontakte s horúcimi uhlíkmi a rýchlo absorbovala teplo.
b) na samotný zemiak, pretože má väčšiu tepelnú kapacitu.
príklad Nočný akumulačný ohrievač: Používa sa lacná elektrická energia, ktorá sa špeciálne ponúka v noci
Kamene šetria teplo na celý deň. Tieto magnezitové tehly majú vysokú špecifickú tepelnú kapacitu (1090 J/(kg.K))
tj. so zodpovedajúcim veľkým rozdielom hmotnosti a teploty môžu akumulovať veľa tepla.