صيغ القدرة الحرارية ، الوحدات والتدابير

ال قدرة الحرارة للجسم أو النظام هو الحاصل الذي ينتج بين الطاقة الحرارية المرسلة إلى ذلك الجسم والتغير في درجة الحرارة التي يتعرض لها في هذه العملية. تعريف آخر أكثر دقة هو أنه يشير إلى مقدار الحرارة اللازمة لنقلها إلى الجسم أو النظام بحيث تزيد درجة حرارته درجة كلفن.

يحدث باستمرار أن تسخن الأجسام الأكثر سخونة الحرارة إلى أبرد الأجسام في عملية تستمر طالما يوجد فرق في درجة الحرارة بين الهيئتين المتلامسين. ثم ، الحرارة هي الطاقة التي تنتقل من نظام إلى آخر عن طريق حقيقة بسيطة أن هناك فرق في درجة الحرارة بينهما.

بالاتفاق يتم تعريفه على أنه الحرارة (Q) الإيجابية التي يتم امتصاصها من قبل النظام ، والحرارة السلبية التي يتم نقلها من قبل النظام.

مما سبق يستنتج أنه لا تمتص جميع الأشياء الحرارة وتحفظها بنفس السهولة. وبالتالي يتم تسخين بعض المواد بسهولة أكبر من غيرها.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن القدرة الحرارية للجسم تعتمد في نهاية المطاف على طبيعة وتكوين الجسم.

مؤشر

• 1 الصيغ والوحدات والتدابير 
• 2 حرارة محددة
  • 2.1 حرارة معينة من الماء
  • 2.2 انتقال الحرارة
• 3 مثال
  • 3.1 المرحلة 1
  • 3.2 المرحلة 2
  • 3.3 المرحلة 3
  • 3.4 المرحلة 4
  • 3.5 المرحلة 5
• 4 المراجع

الصيغ والوحدات والتدابير

يمكن تحديد قدرة الحرارة بدءًا من التعبير التالي:

C = dQ / dT

إذا كان التغير في درجة الحرارة صغيرًا بدرجة كافية ، فيمكن تبسيط التعبير أعلاه واستبداله بما يلي:

C = Q / ΔT

ثم ، وحدة قياس السعة الحرارية في النظام الدولي هي يوليو لكل كلفن (J / K).

يمكن قياس قدرة الحرارة عند ضغط ثابت C_ص أو في حجم ثابت C_الخامس.

حرارة محددة

غالبًا ما تعتمد القدرة الحرارية للنظام على كمية المادة أو كتلته. في هذه الحالة ، عندما يتكون النظام من مادة واحدة ذات خصائص متجانسة ، تكون هناك حاجة إلى حرارة محددة ، وتسمى أيضًا السعة الحرارية المحددة (ج).

وبالتالي ، فإن الحرارة المحددة للكتلة هي كمية الحرارة التي يجب توفيرها لوحدة الكتلة لمادة ما لزيادة درجة حرارتها بدرجة كلفن ، ويمكن تحديدها من خلال التعبير التالي:

ج = س / م ΔT

في هذه المعادلة m هي كتلة المادة. لذلك ، فإن وحدة قياس الحرارة المحددة في هذه الحالة هي يوليو للكيلوغرام لكل كيلفن (J / kg K) ، أو أيضًا يوليو لكل جرام لكل كيلفن (J / g K).

وبالمثل ، تكون الحرارة المولية المحددة هي مقدار الحرارة الذي يجب توفيره إلى الخلد لمادة ما لزيادة درجة حرارته بدرجة كلفن. ويمكن تحديده من خلال التعبير التالي:

ج = س / ن ΔT

في التعبير المذكور n هو عدد مولات المادة. هذا يعني أن وحدة قياس الحرارة المحددة في هذه الحالة هي يوليو لكل مول لكل كيلفن (J / mol K).

حرارة محددة من الماء

يتم حساب درجات الحرارة المحددة للعديد من المواد ويمكن الوصول إليها بسهولة في الجداول. القيمة الحرارية المحددة للمياه في الحالة السائلة هي 1000 سعرة حرارية / كجم K = 4186 J / kg K. من ناحية أخرى ، تبلغ درجة حرارة الماء المحددة في الحالة الغازية 2080 J / kg K وفي الحالة الصلبة 2050 J / كجم ك.

انتقال الحرارة

وبهذه الطريقة وبالنظر إلى أن القيم المحددة للغالبية العظمى من المواد قد تم حسابها بالفعل ، فمن الممكن تحديد انتقال الحرارة بين جسمين أو نظام باستخدام التعبيرات التالية:

س = ج م ΔT

أو إذا تم استخدام الحرارة المولية محددة:

Q = c n .T

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذه التعبيرات تسمح بتحديد تدفقات الحرارة طالما لم يحدث أي تغيير في الحالة.

في عمليات تغيير الحالة ، نتحدث عن الحرارة الكامنة (L) ، والتي يتم تعريفها على أنها الطاقة التي تتطلبها كمية من المواد لتغيير الطور أو الحالة ، إما من الصلب إلى السائل (حرارة الانصهار ، L_F) أو من السائل إلى الغازي (حرارة التبخير ، L_الخامس).

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذه الطاقة في شكل حرارة يتم استهلاكها بالكامل في تغير الطور ولا تعكس تباينًا في درجة الحرارة. في مثل هذه الحالات ، تكون التعبيرات لحساب تدفق الحرارة في عملية التبخير كما يلي:

س = ل_الخامس م

إذا تم استخدام الحرارة المولية المحددة: س = L_الخامس ن

في عملية الدمج: Q = L_F  م

إذا تم استخدام الحرارة المولية المحددة: س = L_F ن

بشكل عام ، كما هو الحال مع حرارة معينة ، يتم بالفعل حساب درجات الحرارة الكامنة لمعظم المواد ويمكن الوصول إليها بسهولة في الجداول. لذلك ، على سبيل المثال ، في حالة المياه عليك:

L_F  = 334 كج / كغ (79.7 كالوري / غرام) عند 0 درجة مئوية ؛ L_الخامس = 2257 كيلو جول / كجم (539.4 سعرة حرارية / جم) عند 100 درجة مئوية.

مثال

في حالة الماء ، إذا تم تسخين كتلة من الماء المتجمد (ثلج) من 1 كجم من درجة حرارة -25 درجة مئوية إلى درجة حرارة 125 درجة مئوية (بخار الماء) ، فسيتم حساب الحرارة المستهلكة في العملية على النحو التالي :

المرحلة 1

الجليد من -25 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية.

Q = c m ΔT = 2050 1 25 = 51250 J

المرحلة 2

تغيير حالة الجليد إلى الماء السائل.

س = ل_F  م = 334000 1 = 334000 ي

المرحلة 3

الماء السائل من 0 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.

Q = c m ΔT = 4186 1 100 = 418600 J

المرحلة 4

تغيير الحالة من الماء السائل إلى بخار الماء.

س = ل_الخامس م = 2257000 1 = 2257000 ي

المرحلة 5

بخار الماء من 100 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.

Q = c m ΔT = 2080 1 25 = 52000 J

وبالتالي ، فإن إجمالي تدفق الحرارة في العملية هو مجموع واحد ينتج في كل مرحلة من المراحل الخمس ويؤدي إلى 31112850 J.

مراجع

1. Resnik ، Halliday & Krane (2002). الفيزياء المجلد 1. Cecsa.
2. Laider، Keith، J. (1993). مطبعة جامعة أكسفورد ، أد. عالم الكيمياء الفيزيائية. قدرة الحرارة. (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 20 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. الحرارة الكامنة (بدون تاريخ). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 20 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
4. كلارك ، جون ، أو. (2004). المعجم الأساسي للعلوم. بارنز وكتب نوبل.
5. Atkins، P.، de Paula، J. (1978/2010). الكيمياء الفيزيائية ، (الطبعة الأولى 1978) ، الطبعة التاسعة 2010 ، مطبعة جامعة أكسفورد ، أوكسفورد المملكة المتحدة.