열용량 본체 또는 시스템은 본체에 전달 된 열 에너지가 발생하는 공정에서의 온도 변화 사이의 몫이다. 또 다른 더 정확한 정의는 온도가 1도 켈빈만큼 상승하도록 신체 또는 시스템에 전달하는 데 필요한 열의 양을 나타냅니다.
접촉하는 두 물체 사이에 온도 차이가있는 한 지속되는 과정에서 가장 뜨거운 물체가 차가운 물체에 열을 내주는 현상이 계속 발생합니다. 그런 다음 열은 두 시스템 사이에 온도 차이가 있다는 단순한 사실에 의해 한 시스템에서 다른 시스템으로 전달되는 에너지입니다.
관례 적으로 양열 (Q)은 시스템에 의해 흡수되는 열로 정의되고 시스템에 의해 전달되는 음열로 정의됩니다.
위에서 볼 때 모든 물체가 동일한 쉽게 열을 흡수하고 유지하는 것은 아닙니다. 따라서 특정 재료는 다른 재료보다 더 쉽게 가열됩니다.
궁극적으로 신체의 열용량은 그 성질과 구성에 따라 달라진다는 점을 고려해야합니다.
공식, 단위 및 측정
열용량은 다음 식에서 시작할 수 있습니다.
C = dQ / dT
온도 변화가 충분히 작은 경우 이전 식을 단순화하고 다음으로 대체 할 수 있습니다.
C = Q / ΔT
따라서 국제 시스템에서 열용량 측정 단위는 켈빈 당 줄 (J / K)입니다.
열용량은 일정한 압력 C p 또는 일정한 부피 C v 에서 측정 할 수 있습니다 .
비열
종종 시스템의 열용량은 물질의 양이나 질량에 따라 달라집니다. 이 경우 시스템이 균질 한 특성을 가진 단일 물질로 구성된 경우 비열이 필요하며,이를 비열 용량 (c)이라고도합니다.
따라서 질량 비열은 온도를 1도 켈빈으로 높이기 위해 물질의 단위 질량에 공급해야하는 열의 양이며 다음 식에서 시작하여 결정할 수 있습니다.
c = Q / m ΔT
이 방정식에서 m은 물질의 질량입니다. 따라서이 경우 비열 측정 단위는 켈빈 당 킬로그램 당 줄 (J / kg K) 또는 켈빈 당 그램 당 줄 (J / g K)입니다.
유사하게, 몰 비열은 물질의 온도를 1도 켈빈만큼 높이기 위해 물질의 몰에 공급해야하는 열의 양입니다. 그리고 다음 식에서 결정할 수 있습니다.
이 표현에서 n은 물질의 몰수입니다. 이는이 경우 비열 측정 단위가 켈빈 당 몰당 줄 (J / mol K)임을 의미합니다.
물의 비열
많은 물질의 비열이 계산되고 표에서 쉽게 접근 할 수 있습니다. 액체 상태의 물 비열 값은 1000 칼로리 / kg K = 4186 J / kg K입니다. 반대로 기체 상태의 물 비열은 2080 J / kg K이고 고체 상태에서는 2050 J / kg K.
열전달
이러한 방식으로 대다수 물질의 특정 값이 이미 계산 되었기 때문에 다음 식을 사용하여 두 본체 또는 시스템 간의 열 전달을 결정할 수 있습니다.
Q = cm ΔT
또는 어금니 비열이 사용되는 경우 :
Q = cn ΔT
이러한 표현을 통해 상태 변화가없는 경우 열유속을 결정할 수 있다는 점을 고려해야합니다.
상태 변화 과정에서 우리는 잠열 (L)을 말하는데, 이는 고체에서 액체로 (융해열, L f ) 상이나 상태를 변화시키는 물질의 양에 필요한 에너지로 정의됩니다. 또는 액체에서 기체로 (기화열, L v ).
열 형태의 그러한 에너지는 상 변화에서 완전히 소비되며 온도 변화를 반전시키지 않는다는 점을 고려해야합니다. 이러한 경우 증발 과정에서 열유속을 계산하는 식은 다음과 같습니다.
Q = L v m
몰 특정 열을 사용하는 경우의 Q는 L = V의 N을
융합 과정에서 : Q = L f m
몰 비열을 사용하는 경우 : Q = L f n
일반적으로 비열과 마찬가지로 대부분의 물질의 잠열은 이미 계산되어 표에서 쉽게 액세스 할 수 있습니다. 따라서 예를 들어 물의 경우 다음을 수행해야합니다.
0 ° C에서 L f = 334 kJ / kg (79.7 cal / g); L v = 100 ° C에서 2257kJ / kg (539.4cal / g)
예
물의 경우 1kg 질량의 동결 된 물 (얼음)을 -25ºC의 온도에서 125ºC (수증기)의 온도로 가열하면 공정에서 소비되는 열은 다음과 같이 계산됩니다. :
스테이지 1
-25 ºC에서 0 ºC의 얼음.
Q = cm ΔT = 2050 1 25 = 51250 J
2 단계
얼음에서 액체 물로의 상태 변화.
Q = L f m = 334000 1 = 334000 J
3 단계
0ºC ~ 100ºC의 액체 물.
Q = cm ΔT = 4186 1100 = 418600 J
4 단계
액체 물에서 수증기로 상태 변화.
Q = L v m = 2257000 1 = 2257000 J
5 단계
100ºC ~ 125ºC의 수증기.
Q = cm ΔT = 2080 1 25 = 52000 J
따라서 공정의 총 열유속은 5 단계 각각에서 생성 된 열유속의 합계이며 결과적으로 31112850 J가됩니다.
참고 문헌
- Resnik, Halliday & Krane (2002). 물리학 제 1 권. Cecsa.
- Laider, Keith, J. (1993). Oxford University Press, 편집. 물리 화학의 세계.열용량. (nd). Wikipedia에서. en.wikipedia.org에서 2018 년 3 월 20 일에 검색 함.
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- Clark, John, OE (2004). 과학의 필수 사전. Barnes & Noble Books.
- Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). 물리 화학, (1978 년 초판), 2010 년 9 판, Oxford University Press, Oxford UK.