Objemová tepelná kapacita: Porovnání verzí

Smazaný obsah Přidaný obsah

V textu

Verze z 2. 10. 2019, 19:36

Objemová tepelná kapacita materiálu je tepelná kapacita vzorku látky dělená objemem vzorku. Neformálně je to množství tepla, které musí být dodáno jednotkovému objemu materiálu, aby se teplota materiálu zvýšila o 1 teplotní stupeň (1 kelvin nebo 1 stupeň Celsia). Jednotka SI měrného tepla je joul na kelvin na metr krychlový, J/K/m³ nebo J/(Km³).

Tato veličina může být užitečná pro materiály, u kterých se obvykle měří spíše objem než hmotnost. Objemová tepelná kapacita se mění s teplotou a je jiná v každém skupenství.

Definice

Objemová tepelná kapacita je definována jako

s(T)\;=\;{\frac {C(T)}{V(T)}}\;=\;{\frac {1}{V(T)}}\lim _{\Delta T\to 0}{\frac {\Delta Q(T)}{\Delta T}}

kde $V(T)$ je objem vzorku materiálu při teplotě $T$ a $\Delta Q(T)$ je teplo potřebné k ohřátí vzorku z $T$ na $T+\Delta T$ . Protože tepelná kapacita a objem jsou závislé na teplotě, je tomu tak i u objemové tepelné kapacity.

Objemová tepelná kapacita je také měrná tepelná kapacita (tepelná kapacita na jednotku hmotnosti) krát hustota látky (v kg/l nebo g/ml ). ^[1] Tedy:

$s(T)=c(T)\rho (T)$

Typické hodnoty

Objemová tepelná kapacita pevných látek při pokojové a vyšších teplotách se pohubuje od přibližně 1,2 MJ/K/m³ (například bizmut ^[2] ) do 3,5 MJ/K/m³ (například železo ^[3] ), ale hlavně kvůli rozdílům ve fyzické velikosti atomů. Atomy se velmi liší v hustotě, přičemž nejtěžší bývají často hustší, a proto zabírají větší část objemu pevných látek, než by předpovídala pouze jejich hmotnost. Pokud by všechny atomy měly stejnou velikost, molární a objemová tepelná kapacita by si byly navzájem ůměrné a lišily by se pouze o konstantu odrážející poměry atomově-molárního objemu materiálů (jejich atomová hustota). Další faktor, který ovlivňuje všechny typy měrných tepelných kapacit (včetně molárních měrných teplot) jsou stupně volnosti atomů látky, měnící se při různých teplotách.

U většiny kapalin je rozdíl teplotních objemových kapacit menší, například u oktanu je 1,64 MJ/K/m ³ nebo u ethanolu 1,9. To odráží mírnou ztrátu stupňů volnosti částic v kapalinách ve srovnání s pevnými látkami.

Voda má ale například velmi vysokou objemovou tepelnou kapacitu, 4,18 MJ/K/m³, a amoniak také (3,3).

Související články

Zdroje

↑ U.S. Army Corps of Engineers Technical Manual: Arctic and Subarctic Construction: Calculation Methods for Determination of Depths of Freeze and Thaw in Soils, TM 5-852-6/AFR 88-19, Volume 6, 1988, Equation 2-1
↑ Based on values in this table and density.
↑ Based on NIST data and density.

[1] U.S. Army Corps of Engineers Technical Manual: Arctic and Subarctic Construction: Calculation Methods for Determination of Depths of Freeze and Thaw in Soils, TM 5-852-6/AFR 88-19, Volume 6, 1988, Equation 2-1

[2] Based on values in this table and density.

[3] Based on NIST data and density.

[1]

[2]

[3]