CAPACITAT CALORÍFICA: FÓRMULES, UNITATS I MESURES - FÍSICA - 2025

La capacitat calorífica d'un cos o sistema és el quocient que resulta entre l'energia calorífica transmesa a aquest cos i el canvi de temperatura que experimenta en aquest procés. Una altra definició més precisa és que es refereix a quant calor cal transmetre a un cos o sistema perquè la seva temperatura augmenti un grau kelvin.

Passa contínuament que els cossos més calents cedeixen calor als cossos més freds en un procés que es perllonga mentre hi hagi una diferència de temperatura entre els dos cossos en contacte. Llavors, la calor és l'energia que es transmet d'un sistema a un altre pel simple fet que hi hagi entre ambdós una diferència de temperatura.

Per conveni es defineix com a calor (Q) positiu aquell que és absorbit per un sistema, i com a calor negatiu el que és cedit per un sistema.

Del que s'ha exposat es dedueix que no tots els objectes absorbeixen i conserven la calor amb la mateixa facilitat; així determinats materials s'escalfen més fàcilment que altres.

S'ha de tenir en compte que, en última instància, la capacitat calorífica d'un cos depèn de la naturalesa i composició de la mateixa.

Fórmules, unitats i mesures

La capacitat calorífica es pot determinar partint de la següent expressió:

C = dQ / dT

S i el canvi de temperatura és prou petit, l'expressió anterior es pot simplificar i substituir per la següent:

C = Q / At

Llavors, la unitat de mesura de la capacitat calorífica en el sistema internacional és el Juliol per kelvin (J / K).

La capacitat calorífica es pot mesurar a pressió constant C _p o volum constant C _v.

calor específica

Sovint la capacitat calorífica d'un sistema depèn de la seva quantitat de substància o de la seva massa. En aquest cas, quan un sistema està conformat per una única substància amb característiques homogènies es necessita la calor específica, també denominat capacitat calorífica específica (c).

Així, la calor específica màssic és la quantitat de calor que s'ha de subministrar a la unitat de massa d'una substància perquè augmenti la seva temperatura en un grau kelvin, i es pot determinar partint de la següent expressió:

c = Q / m At

En aquesta equació m és la massa de la substància. Per tant, la unitat de mesura de la calor específica en aquest cas és el Juliol per quilogram per kelvin (J / kg K), o també el Juliol per gram per kelvin (J / g K).

De la mateixa manera, la calor específica molar és la quantitat de calor que s'ha de subministrar a un mol d'una substància perquè augmenti la seva temperatura en un grau kelvin. I es pot determinar des de la següent expressió:

En aquesta expressió n és el nombre mols de la substància. Això implica que la unitat de mesura de la calor específica en aquest cas és el Juliol per mol per kelvin (J / mol K).

Calor específic de l'aigua

Els calors específiques de moltes substàncies estan calculats i són fàcilment accessibles en taules. El valor de la calor específica de l'aigua en estat líquid és de 1000 calories / kg K = 4186 J / kg K. Per contra, la calor específica de l'aigua en estat gasós és de 2080 J / kg K i en estat sòlid 2050 J / kg K.

Transmissió de calor

D'aquesta manera i atès que ja estan calculats els valors específics de la gran majoria de la substàncies, és possible determinar la transmissió de calor entre dos cossos o sistemes amb la següents expressions:

Q = cm At

O si s'utilitza la calor específica molar:

Q = cn At

S'ha de tenir en compte que aquestes expressions permeten determinar els fluxos de calor sempre que no es produeixi un canvi d'estat.

En els processos de canvi d'estat es parla de calor latent (L), que es defineix com l'energia necessària per una quantitat de substància per canviar de fase o d'estat, ja sigui de sòlid a líquid (calor de fusió, L _f) o de líquid a gasós (calor de vaporització, L _v).

S'ha de tenir en compte que tal energia en forma de calor es consumeix enterament en el canvi de fase i no reverteix una variació de la temperatura. En aquests casos les expressions per calcular el flux de calor en un procés de vaporització són les següents:

Q = L _v m

Si s'utilitza la calor específica molar: Q = L _v n

En un procés de fusió: Q = L _f m

Si s'utilitza la calor específica molar: Q = L _f n

En general, a l'igual que passa amb la calor específic, les calors latents de la majoria de les substàncies ja estan calculats i són fàcilment accessibles en taules. Així, per exemple, per al cas de l'aigua s'ha de:

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

exemple

Per al cas de l'aigua, si s'escalfa una massa d'aigua congelada (gel) d'1 kg des d'una temperatura de -25 º C fins a una temperatura de 125 ºC (vapor d'aigua), la calor consumit en el procés es calcularia de la següent manera:

etapa 1

Gel des -25 º C fins a 0 ºC.

Q = cm At = 2050 1 25 = 51250 J

etapa 2

Canvi d'estat de gel a aigua líquida.

Q = L _f m = 334.000 1 = 334.000 J

etapa 3

Aigua líquida des de 0 ºC fins a 100 ºC.

Q = cm At = 4186 1 100 = 418.600 J

etapa 4

Canvi d'estat d'aigua líquida a vapor d'aigua.

Q = L _v m = 2257000 1 = 2257000 J

etapa 5

Vapor d'aigua des de 100 ºC fins a 125 ºC.

Q = cm At = 2080 1 25 = 52000 J

Així, el flux total de calor en el procés és la suma de l'produït en cadascuna de les cinc etapes i dóna com a resultat 31112850 J.

referències

1. Resnik, Halliday & Krane (2002). Física Volum 1. CECSA.
2. Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, ed. The World of Physical Chemistry.Heat Capacity. (Nd). In Wikipedia. Recuperat el 20 de març, 2018, des en.wikipedia.org.
3. Latent Heat. (Nd). In Wikipedia. Recuperat el 20 de març, 2018, des en.wikipedia.org.
4. Clark, John, OE (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books.
5. Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Physical Chemistry, (first edition 1978), NINTH edition 2010, Oxford University Press, Oxford UK.