Tepelná kapacita

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Tepelná kapacita (značka C) je miera schopnosti telesa prijať teplo. Je definovaná ako množstvo tepla v jouloch, ktoré treba telesu dodať, aby sa jeho teplota znížila o 1 K (Kelvin), prípadne o 1 °C (stupeň Celzia). Vo fyzike a termodynamike sa ako jednotka teploty používa prednostne Kelvin.

 C = \frac{\partial Q}{\partial T}

alebo

C=\lim_{\Delta T \to 0}\frac{Q}{\Delta T}

Tepelná kapacita vztiahnutá na hmotnosť látky sa nazýva merná tepelná kapacita (značka c). Tepelná kapacita vztiahnutá na mol látky sa nazýva molárna tepelná kapacita.

Tepelná kapacita plynov[upraviť | upraviť zdroj]

Pri zmene vnútornej energie plynu dodaním tepla sa podľa stavovej rovnice spolu s teplotou zvýši aj jeho tlak, alebo objem (alebo oba) podľa okrajových podmienok. Ak sa zvyšuje objem a plyn sa rozpína, koná týmto rozpínaním prácu na svojom okolí, čím sa znižuje jeho vnútorná energia a tým aj teplota. Ak dovolíme ohrievanému plynu rozpínanie, tak v porovnaní s rovnakým plynom v uzavretom nemennom objeme mu na ohriatie o jeden kelvin musíme priviesť viac tepla. Tepelnú kapacitu plynov vzťahujeme vždy na látkové množstvo plynu.

Tepelná kapacita pri konštantnom objeme — Cv

 C_V = \frac{1}{n}\left(\frac{\partial Q}{\partial T}\right)_{\!V=const}

je teda menšia ako tepelná kapacita pri konštantnom tlaku — Cp

 C_p = \frac{1}{n}\left(\frac{\partial Q}{\partial T}\right)_{\!p=const}

Medzi oboma tepelnými kapacitam platí vzťah:

 C_p = C_V + R

Pomer medzi tepelnými kapacitami sa nazýva Poissonova konštanta. Podobná závislosť platí aj pri mernej tepelnej kapacite pri konštantnom tlaku cp a mernej tepelnej kapacite pri konštantnom objeme cV.

Hodnoty[upraviť | upraviť zdroj]

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené experimentálne zistené tepelné kapacity vybraných plynov pri konštantnom objeme. Označené sú plyny s jednoatómovými molekulami.

Plyn CV, m (J.K−1.mol−1)
Hélium 12,5
Neón 12,5
Argón 12,5
Kryptón 12,5
Xenón 12,5
Vodík 20,18
Oxid uhoľnatý 20,2
Dusík 19,9
Chlór 24,1
Bróm 32,0

Uvedené hodnoty sú približne platné za bežných laboratórnych podmienok. Tepelná kapacita je veličina na teplote závislá, pričom závislosť je silná a pomerne zložitá. Na veľmi krátkom teplotnom intervale však býva v inžinierskej praxi považovaná za konštantu. Kilomolové teplá pevných látok a plynov s rastúcou teplotou rastú.[1]

Pre Dusík:

Teplota N2[2] CV, m (J.K−1.mol−1)
0°C 20,9
100°C 21,2
200°C 21,6
500°C 22,0
1200°C 24,1
2000°C 26,4

Tepelná kapacita zmesi plynov[upraviť | upraviť zdroj]

Tepelnú kapacitu zmesi plynov (napríklad vzduchu, alebo spalín) môžeme vypočítať, ak poznáme podiely a tepelné kapacity zložiek z rovnice:

 C_V = \sum_{i=1}^n r_i \, C_{Vi}
  • CV — tepelná kapacita zmesi plynov (J.K−1.mol−1)
  • CVi — tepelná kapacita i-tej zložky (J.K−1.mol−1)
  • ri — objemový podiel i-tej zložky
  • n — počet zložiek v zmesi

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. Z.Horák, F.Krupka, Fyzika, SNTL, 1966, str.303
  2. Z.Horák, F.Krupka, Fyzika, SNTL, 1966, str.302