السعة الحرارية: الصيغ والوحدات والمقاييس - جسدي - بدني - 2026

و السعة الحرارية من الجسم أو النظام هو حاصل بين الطاقة الحرارية تنتقل إلى تلك الهيئة والتغير في درجة الحرارة كان يواجه في تلك العملية. تعريف آخر أكثر دقة هو أنه يشير إلى مقدار الحرارة الضروري نقلها إلى جسم أو نظام بحيث ترتفع درجة حرارته بمقدار درجة كلفن واحدة.

يحدث باستمرار أن الأجسام الأكثر سخونة تتخلى عن الحرارة للأجسام الباردة في عملية تستمر طالما هناك اختلاف في درجة الحرارة بين الجسمين المتصلين. ثم ، الحرارة هي الطاقة التي تنتقل من نظام إلى آخر من خلال حقيقة بسيطة وهي وجود اختلاف في درجة الحرارة بين النظامين.

حسب الاصطلاح ، يتم تعريف الحرارة الموجبة (Q) على أنها الحرارة التي يمتصها النظام ، والحرارة السلبية التي يتم نقلها بواسطة النظام.

ويترتب على ما سبق أنه ليس كل الأشياء تمتص الحرارة وتحتفظ بها بنفس السهولة ؛ وبالتالي فإن بعض المواد تسخن بسهولة أكثر من غيرها.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن السعة الحرارية للجسم تعتمد في النهاية على طبيعته وتكوينه.

الصيغ والوحدات والمقاييس

يمكن تحديد السعة الحرارية بدءًا من التعبير التالي:

C = dQ / dT

إذا كان تغير درجة الحرارة صغيرًا بدرجة كافية ، فيمكن تبسيط التعبير السابق واستبداله بما يلي:

C = س / ΔT

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

يمكن قياس السعة الحرارية عند ضغط ثابت C _p أو حجم ثابت C _v.

حرارة نوعية

غالبًا ما تعتمد السعة الحرارية لنظام ما على كمية المادة أو كتلتها. في هذه الحالة ، عندما يتكون النظام من مادة واحدة ذات خصائص متجانسة ، فإن الحرارة النوعية مطلوبة ، وتسمى أيضًا السعة الحرارية النوعية (ج).

وبالتالي ، فإن حرارة الكتلة النوعية هي كمية الحرارة التي يجب توفيرها لوحدة كتلة مادة ما لزيادة درجة حرارتها بمقدار درجة كلفن واحدة ، ويمكن تحديدها بدءًا من التعبير التالي:

ج = س / م ΔT

في هذه المعادلة م هي كتلة المادة. لذلك ، فإن وحدة قياس الحرارة النوعية في هذه الحالة هي الجول لكل كيلوغرام لكل كلفن (J / كجم كلفن) ، أو أيضًا الجول لكل جرام لكل كلفن (J / g K).

وبالمثل ، فإن الحرارة النوعية المولية هي كمية الحرارة التي يجب أن تزود مول من مادة ما لزيادة درجة حرارتها بمقدار درجة كلفن واحدة. ويمكن تحديده من التعبير التالي:

في هذا التعبير n هو عدد مولات المادة. هذا يعني أن وحدة قياس الحرارة النوعية في هذه الحالة هي الجول لكل مول لكل كلفن (J / mol K).

حرارة الماء النوعية

يتم حساب درجات الحرارة النوعية للعديد من المواد ويمكن الوصول إليها بسهولة في الجداول. قيمة الحرارة النوعية للماء في الحالة السائلة هي 1000 سعرة حرارية / كجم K = 4186 J / kg K. وعلى العكس من ذلك ، فإن الحرارة النوعية للماء في الحالة الغازية هي 2080 J / kg K وفي الحالة الصلبة 2050 J / كجم ك.

انتقال الحرارة

بهذه الطريقة وبالنظر إلى أن القيم المحددة للغالبية العظمى من المواد قد تم حسابها بالفعل ، فمن الممكن تحديد انتقال الحرارة بين جسمين أو نظامين بالتعبيرات التالية:

س = سم ΔT

أو إذا تم استخدام الحرارة النوعية المولية:

س = cn ΔT

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذه التعبيرات تسمح بتحديد التدفقات الحرارية بشرط عدم وجود تغيير في الحالة.

في عمليات تغيير الحالة ، نتحدث عن الحرارة الكامنة (L) ، والتي يتم تعريفها على أنها الطاقة التي تتطلبها كمية من المادة لتغيير الطور أو الحالة ، إما من صلب إلى سائل (حرارة الانصهار ، L _f) أو من سائل إلى غازي (حرارة التبخر ، L _v).

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

س = L _v م

إذا تم استخدام الحرارة النوعية المولية: Q = L _v n

في عملية الاندماج: Q = L _f m

إذا تم استخدام الحرارة النوعية المولية: Q = L _f n

بشكل عام ، كما هو الحال مع الحرارة النوعية ، تم بالفعل حساب درجات الحرارة الكامنة لمعظم المواد ويمكن الوصول إليها بسهولة في الجداول. وهكذا ، على سبيل المثال ، في حالة الماء ، عليك أن:

L _f = 334 kJ / kg (79.7 cal / g) عند 0 درجة مئوية ؛ L _v = 2257 كيلو جول / كجم (539.4 كالوري / جم) عند 100 درجة مئوية.

مثال

في حالة الماء ، إذا تم تسخين كتلة مقدارها 1 كجم من الماء المجمد (الجليد) 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

ثلج من -25 درجة مئوية إلى 0 درجة مئوية.

س = سم ΔT = 2050 1 25 = 51250 ج

المرحلة الثانية

تغيير الحالة من الجليد إلى الماء السائل.

س = L _و م = 334000 1 = 334000 ج

المرحلة 3

الماء السائل من 0 درجة مئوية إلى 100 درجة مئوية.

س = سم ΔT = 4186 1100 = 418600 ج

المرحلة الرابعة

تغيير الحالة من الماء السائل إلى بخار الماء.

س = L _v م = 2257000 1 = 2257000 ج

المرحلة الخامسة

بخار الماء من 100 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية.

س = سم ΔT = 2080 1 25 = 52000 ج

وبالتالي ، فإن إجمالي التدفق الحراري في العملية هو مجموع ما يتم إنتاجه في كل مرحلة من المراحل الخمس ويؤدي إلى 31112850 J.

المراجع

1. ريسنيك وهاليداي وكرين (2002). حجم الفيزياء 1. Cecsa.
2. ليدر ، كيث ، ج. (1993). مطبعة جامعة أكسفورد ، أد. عالم الكيمياء الفيزيائية.السعة الحرارية. (و). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 20 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. الحرارة الكامنة. (و). في ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 20 مارس 2018 ، من en.wikipedia.org.
4. كلارك ، جون ، أوي (2004). القاموس الأساسي للعلوم. كتب بارنز أند نوبل.
5. أتكينز ، ب ، دي باولا ، ج. (1978/2010). الكيمياء الفيزيائية ، (الطبعة الأولى 1978) ، الطبعة التاسعة 2010 ، مطبعة جامعة أكسفورد ، أكسفورد المملكة المتحدة.