Ciepło właściwe
Ciepło właściwe (s) jest szczególnym rodzajem pojemności cieplnej. Ciepło właściwe jest właściwością termodynamiczną, która określa ilość ciepła potrzebną do podniesienia jednostki masy substancji o jeden stopień temperatury. Dla substancji obserwuje się różne zakresy wartości ciepła właściwego w zależności od stopnia, w jakim absorbują one ciepło. Termin pojemność cieplna może być mylący, ponieważ ciepło q jest terminem nadawanym dodawaniu lub usuwaniu energii przez barierę substancji lub systemu, w wyniku odpowiednio zwiększenia lub zmniejszenia temperatury. Zmiany temperatury są w rzeczywistości zmianami energii. Dlatego też ciepło właściwe i inne formy pojemności cieplnej są dokładniejszymi miarami zdolności substancji do pochłaniania energii w miarę wzrostu temperatury substancji.
Jednostki
Jednostki są bardzo ważne przy wyrażaniu każdej właściwości termodynamicznej; to samo dotyczy ciepła właściwego. Energia w postaci ciepła jest wyrażana w dżulach (J) lub kilodżulach (kJ), które są najbardziej powszechnymi jednostkami związanymi z energią. W odniesieniu do ciepła właściwego jednostkę masy mierzy się w gramach lub kilogramach. Jeden gram jest standardową formą używaną w tabelach wartości ciepła właściwego, ale czasami spotyka się odniesienia używające jednego kilograma. Jeden stopień temperatury mierzy się w skali Celsjusza lub Kelvina, ale zazwyczaj jest to Celsjusz. Najczęściej stosowanymi jednostkami dla ciepła właściwego są J/(g-°C).
Czynniki, które decydują o cieple właściwym
Temperatura i ciśnienie
Dwa czynniki, które zmieniają ciepło właściwe materiału to ciśnienie i temperatura. Ciepło właściwe określa się przy standardowym, stałym ciśnieniu (zazwyczaj jest to ciśnienie atmosferyczne) dla materiałów i zazwyczaj podaje się je w temperaturze 25 °C (298,15 K). Temperaturę standardową stosuje się, ponieważ ciepło właściwe zależy od temperatury i może się zmieniać przy różnych wartościach temperatury. Ciepło właściwe jest określane jako właściwość intensywna (en:Intensive and extensive properties intensive property). Tak długo, jak temperatura i ciśnienie są na standardowych wartościach odniesienia i nie zachodzi przemiana fazowa, wartość ciepła właściwego dowolnego materiału pozostaje stała, niezależnie od masy materiału.
Energetyczne stopnie swobody
Duży wpływ na wielkość ciepła właściwego materiału leży na poziomie molekularnym w energetycznych en:Stopnie swobody (fizyka i chemia) stopniach swobody dostępnych dla materiału w fazie (ciało stałe, ciecz lub gaz), w której się znajduje. Energetyczne stopnie swobody są czterech rodzajów: translacyjne, rotacyjne, wibracyjne i elektronowe. Do osiągnięcia każdego stopnia swobody potrzebna jest minimalna ilość energii. Dlatego ilość energii, którą można zmagazynować w danej substancji zależy od rodzaju i liczby energetycznych stopni swobody, które składają się na daną substancję w danej temperaturze. Ciecze mają zazwyczaj więcej trybów niskoenergetycznych i więcej energetycznych stopni swobody niż ciała stałe i większość gazów. Ten szerszy zakres możliwości w ramach stopni swobody zazwyczaj generuje większe ciepła właściwe dla substancji ciekłych niż dla ciał stałych lub gazów. Tendencję tę można zaobserwować w tabeli pojemności cieplnej oraz porównując ciekłą wodę z wodą stałą (lodem), miedzią, cyną, tlenem i grafitem.
Zastosowanie
Ciepło właściwe jest wykorzystywane do obliczania ilości ciepła pochłoniętego podczas dodawania energii do materiału lub substancji poprzez wzrost temperatury w określonym zakresie. Obliczanie ilości ciepła lub energii dodanej do materiału jest stosunkowo łatwym procesem, o ile rejestrowane są początkowa i końcowa temperatura materiału, podawana jest masa materiału i znane jest ciepło właściwe. Ciepło właściwe, masa materiału i skala temperatury muszą być w tych samych jednostkach, aby można było dokładnie wykonać obliczenia ciepła.
Równanie do obliczania ciepła (q) jest następujące:
Q = s × m × ΔT
W równaniu, s jest ciepłem właściwym w (J/g-°C). m jest masą substancji w gramach. ΔT odnosi się do zmiany temperatury (°C) obserwowanej w substancji. Umownie odejmuje się temperaturę początkową materiału od temperatury końcowej po ogrzaniu, więc ΔT w równaniu ma postać TF końcowa-T początkowa. Podstawiając wszystkie wartości do równania i mnożąc je przez siebie, anulujemy jednostki masy i temperatury, pozostawiając odpowiednie jednostki dżuli dla ciepła. Obliczenia takie jak to są przydatne w en:Kalorymetria kalorymetria
