Lernziel
- Berechnen Sie die Temperaturänderung eines Stoffes anhand seiner Wärmekapazität und der Energie, mit der er erwärmt wird
Schlüsselpunkte
- Wärmekapazität ist das Verhältnis der Menge an Wärmeenergie, die auf ein Objekt übertragen wird, zu der sich daraus ergebenden Temperaturerhöhung.,
- Molare Wärmekapazität ist ein Maß für die Wärmemenge, die notwendig ist, um die Temperatur eines Mols einer reinen Substanz um ein Grad K zu erhöhen.
- Spezifische Wärmekapazität ist ein Maß für die Wärmemenge, die notwendig ist, um die Temperatur eines Gramms einer reinen Substanz um ein Grad K zu erhöhen.
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- Wärmekapazitätdie Fähigkeit eines Stoffes, Wärmeenergie zu absorbieren; die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur von einem Mol oder gramm einer Substanz um ein Grad Celsius ohne Phasenänderung.,
- spezifische Wärmekapazitätdie Wärmemenge, die einer Masseneinheit eines Stoffes zugesetzt oder entfernt werden muss, um seine Temperatur um ein Kelvin zu ändern.
Wärmekapazität
Wärmekapazität ist eine intrinsische physikalische Eigenschaft eines Stoffes, die die Wärmemenge misst, die erforderlich ist, um die Temperatur dieses Stoffes um eine bestimmte Menge zu ändern. Im Internationalen Einheitensystem (SI) wird die Wärmekapazität in Einheiten von Joule pro Kelvin ausgedrückt (J\, K^{-1}). Die Wärmekapazität ist eine umfangreiche Eigenschaft, was bedeutet, dass sie von der Größe/Masse der Probe abhängt., Zum Beispiel würde eine Probe, die doppelt so viel Substanz enthält wie eine andere Probe, doppelt so viel Wärmeenergie (Q) benötigen, um die gleiche Temperaturänderung (\Delta T) zu erreichen, die erforderlich ist, um die Temperatur der ersten Probe zu ändern.
Molare und spezifische Wärmekapazitäten
Es gibt zwei abgeleitete Größen, die die Wärmekapazität als intensive Eigenschaft (dh unabhängig von der Größe einer Probe) eines Stoffes angeben. Sie sind:
- die molare Wärmekapazität, die die Wärmekapazität pro Mol einer reinen Substanz ist., Die molare Wärmekapazität wird häufig als CP bezeichnet, um die Wärmekapazität unter konstanten Druckbedingungen zu bezeichnen, sowie als CV, um die Wärmekapazität unter konstanten Volumenbedingungen zu bezeichnen. Einheiten der molaren Wärmekapazität sind \frac{J}{K\\ mol}.
- die spezifische Wärmekapazität, oft einfach spezifische Wärme genannt, die die Wärmekapazität pro Masseneinheit einer reinen Substanz ist. Dies wird als cP und cV bezeichnet und seine Einheiten sind in \frac{J}{g\bullet K} angegeben.,
Wärme, Enthalpie und Temperatur
Angesichts der molaren Wärmekapazität oder der spezifischen Wärme für eine reine Substanz ist es möglich, die Wärmemenge zu berechnen, die erforderlich ist, um die Temperatur dieser Substanz um eine bestimmte Menge zu erhöhen / zu senken. Die folgenden zwei Formeln gelten:
q=mc_p\Delta T
q=nC_P\Delta T
In diesen Gleichungen ist m die Masse der Substanz in Gramm (wird bei der Berechnung mit spezifischer Wärme verwendet) und n ist die Anzahl der Mol der Substanz (wird bei der Berechnung mit molarer Wärmekapazität verwendet).,
Beispiel
Wir erhalten die molare Wärmekapazität von Wasser, daher müssen wir die angegebene Wassermasse in Mol umwandeln:
\text{36 Gramm}\times \frac{\text{1 mol }H_2O}{\text{18 g}}=\text{2.0 mol }H_2O
Jetzt können wir unsere Werte in die Formel einfügen, die Wärme und Wärmekapazität bezieht:
q=nC_P\Delta T
p>
q=(2.0\;\text{mol})\left(75.,2\;\frac{J}{mol\bullet K}\right)(10\;K)
q=1504\;J