capacités de chaleur sont traitées comme des constantes - une valeur pour chaque type de matériau - quand la plupart des gens apprennent à leur sujet à l'école pour la première fois. Mais en réalité, les capacités calorifiques varient avec la composition chimique, de la température et de la pression d'une substance. Les changements dans les capacités de chaleur affectent toutes sortes de choses dans la vie quotidienne des gens, de combien de temps il faut pour cuire les aliments à la façon dont les ponts sont construits.
Trouver des capacités de chaleur
Aucune relation simple, l'équation ou d'un ensemble d'équations décrit parfaitement les capacités de chaleur pour toutes les substances à toutes les températures et les pressions d'une manière pratique. capacités de chaleur ont été mesurées et sous forme de tableaux à une variété de conditions pour des milliers de matériaux. Les ingénieurs et les scientifiques se tournent généralement à des références comme «Le CRC Handbook of Chemistry and Physics" ou "Chemical Engineers 'Handbook de Perry" pour les tables de capacités de chaleur, qui sont parfois donnés sous forme d'équations adaptées à des données expérimentales sur une plage donnée. Connaissant la phase (solide, liquide ou vapeur) de la substance à la pression, la température et la composition des intérêts est utile de savoir avant de regarder les données de capacité thermique. Professeurs Ken A. Dill et Themis Matsoukas expliquent la capacité de chaleur dans leurs manuels scolaires (voir les références) en utilisant le calcul et la thermodynamique avancée.
Unis Energy
Les structures et les états d'énergie des molécules créent la variabilité des capacités thermiques. L'énergie dans une molécule est physiquement exprimée dans de nombreux moyens, tels que des mouvements dans les niveaux spatiaux et d'électrons. Le terme «état d'énergie» fait référence à une combinaison particulière de ces moyens. A un instant donné, une molécule ou d'une collection de molécules peuvent être dans l'un des nombreux «états d'énergie." La répartition des états d'énergie est analogue à la façon dont les gens dans un gratte-ciel peuvent être organisées de nombreuses façons dans les chambres du bâtiment. Les substances ayant plus d'énergie peuvent entrer dans plusieurs états d'énergie que les substances ayant moins d'énergie, un peu comme des gens énergiques dans un gratte-ciel peuvent monter les escaliers pour les étages supérieurs.
Température et chaleur Capacité
Alors que nous pensons normalement de la température en tant que mesure de la chaleur, la température est vraiment une mesure de combien d'autres états d'énergie sont mis à disposition en raison d'une augmentation donnée de l'énergie. Suite à l'analogie de gratte-ciel, la température est liée à la quantité d'énergie qu'il faut pour atteindre les bureaux à l'étage. Quelqu'un se déplaçant dans le gratte-ciel peut aussi penser à la façon dont l'énergie nécessaire pour aller d'un étage à l'autre des changements - "étages moléculaires" ne doit pas être régulièrement espacées. Ce taux de variation est analogue à la capacité thermique - comment les changements de température avec de l'énergie.
Comment la pression, la composition et la température influent sur la capacité de la chaleur
Tout ce qui modifie la répartition des états d'énergie peut changer la capacité calorifique d'une substance. Pression pousse les molécules plus rapprochées, permettant aux molécules de passer à proximité les uns des autres et entrent en collision, en changeant les états d'énergie à la disposition des molécules. Composition peut aussi changer les états d'énergie - molécules différentes ont des charges électriques, de tailles et d'autres propriétés. Beaucoup de ces propriétés jouent un rôle dans la façon dont les molécules interagissent les uns avec les autres, ce qui peut rendre certains états d'énergie plus ou moins favorables que d'autres. Et, bien sûr, un changement de température implique qu'un changement dans les états d'énergie a lieu aussi bien.
Résumé
Les différences dans les états d'énergie sont vraiment derrière des différences de capacité de chaleur, mais vous pouvez utiliser la pression, la température et la composition pour tenir compte de ces différences.