WikiFox

Soortelijke warmte



De soortelijke warmte \({\displaystyle c}\), ook specifieke warmte of specifieke warmtecapaciteit geheten, is een grootheid \({\displaystyle Q}\) die de hoeveelheid warmte beschrijft die nodig is om de temperatuur van een eenheidsmaat massa met een temperatuursinterval te verhogen. De soortelijke warmte kan uitgedrukt worden in J·kg−1·K−1 en is dan de benodigde hoeveelheid warmte-energie (in joule (J)) om 1 kilogram stof 1 kelvin (of graad Celsius) in temperatuur te doen stijgen.

Voor veel stoffen is de hoeveelheid warmte die nodig is voor een bepaalde temperatuurstijging bij benadering rechtevenredig met de grootte van die temperatuurstijging en met de massa. De soortelijke warmte is daarbij de evenredigheidsconstante.

In het algemeen, maar speciaal voor gassen, is er verschil in de benodigde hoeveelheid warmte bepaald bij constant volume (\({\displaystyle c_{v}}\)) of bij constante druk (\({\displaystyle c_{p}}\)). Bij ideale gassen is \({\displaystyle c_{p}}\) 40% groter dan \({\displaystyle c_{v}}\). Dit komt doordat bij een isobare opwarming (constante druk) er arbeid wordt geleverd aan de omgeving, terwijl dit bij een isochore (constant volume) niet zo is. Bij isobare opwarming moet er dus meer energie aan het systeem worden geleverd om op te warmen, gezien een deel van die energie wordt gebruikt voor het leveren van de arbeid. De verhouding \({\displaystyle c_{p}/c_{v}}\) wordt meestal aangeduid met een van de symbolen \({\displaystyle k,\kappa }\) of \({\displaystyle \gamma }\).

De soortelijke warmte wordt meestal experimenteel bepaald. Soms kan ze ook berekend worden, maar dat is meestal erg ingewikkeld.

Inhoud


Vergelijking

  • De vergelijking die warmtehoeveelheid aan soortelijke warmte relateert, waarin de hoeveelheid substantie is uitgedrukt in massa, wordt gegeven door:
\({\displaystyle Q=mc\Delta T}\)
\({\displaystyle Q}\) (in joule) is de toegevoegde warmtehoeveelheid, \({\displaystyle m}\) (in kg) is de massa van de substantie, \({\displaystyle c}\) (in J·kg−1·K−1) is de soortelijke warmte en \({\displaystyle \Delta T}\) (in K of °C) is de temperatuurverandering.
  • Een tweede vergelijking specificeert warmtecapaciteit. Deze vergelijking ziet er als volgt uit:
\({\displaystyle Q=C\Delta T}\)
\({\displaystyle Q}\) is de toegevoegde warmtehoeveelheid, \({\displaystyle C}\) is de warmtecapaciteit en \({\displaystyle \Delta T}\) is de temperatuurverandering.

Warmtecapaciteit

Met behulp van de soortelijke warmte (\({\displaystyle c}\)) kan de warmtecapaciteit (\({\displaystyle C}\)) van een bepaalde massa (\({\displaystyle m}\)) stof berekend worden:

\({\displaystyle C=mc}\)

Wanneer van een aantal stoffen samen (bijvoorbeeld een glas met water) de warmtecapaciteit berekend moet worden, dienen de afzonderlijke warmtecapaciteiten opgeteld te worden (in het voorbeeld dus \({\displaystyle C=m_{g}c_{g}+m_{w}c_{w}}\)).

Let erop dat de hoofdletter \({\displaystyle C}\) voor warmtecapaciteit staat en de kleine letter \({\displaystyle c}\) voor soortelijke warmte.


Inwendige vrijheidsgraden

De soortelijke warmte hangt ten nauwste samen met de inwendige vrijheidsgraden (vibraties, rotaties, translaties, elektronovergangen) waarin de toegevoegde thermische energie terecht kan. Zijn er maar weinig vrijheidsgraden beschikbaar dan zal de temperatuur sneller omhoog gaan dan wanneer er veel zijn. Daarom heeft een vloeistof in de regel een hogere soortelijke warmte dan de overeenkomstige vaste stof, omdat de moleculen vrijer zijn zich te bewegen in de vloeistof.


Tabel

Voor vaste stoffen en vloeistoffen zijn \({\displaystyle c_{V}}\) en \({\displaystyle c_{p}}\) (soortelijke warmte bij constant volume, respectievelijk constante druk) vrijwel aan elkaar gelijk. Voor gassen is dit niet het geval.

Vaste stoffen en vloeistoffen
Materiaal Fasetoestand Soortelijke warmte
in J/(kg·K)
aluminium vast 880
brons vast 380
constantaan vast 410
diamant vast 502
ethanol vloeistof 2460
goud vast 129
grafiet vast 720
ijzer vast 448
koper vast 380
kwik vloeistof 139
natrium vast 1230
lithium vast 3582
messing vast 377
olie vloeistof ≈ 2000
water vloeistof 4186
vast (0 °C) 2060

Voor gassen is de soortelijke warmte onder constante druk of constant volume niet gelijk. Ook de temperatuur speelt een grote rol.

Gassen
Gas Temperatuur
in °C
Soortelijke warmte \({\displaystyle c_{V}}\)
in J/(kg·K)
Soortelijke warmte \({\displaystyle c_{p}}\)
in J/(kg·K)
argon 15 320 523
helium 18 3160 5139
koolstofdioxide 20 650
lucht 0-100 710 1005
stikstof 0-200 730
waterdamp 100 1410 2080
waterstof 16 10140 14320
zuurstof 13-207 650

Uit deze tabel blijkt dat vele metalen, waaronder koper, aluminium en kwik, een lage soortelijke warmte hebben, wat betekent dat ze snel opwarmen bij toevoer van warmte, en weinig warmte kunnen opslaan. Water daarentegen heeft een zeer grote soortelijke warmte, waardoor het zeer geschikt is als een goedkoop warmtevoerend medium, zoals in systemen voor centrale verwarming.





Bron


Staat van informatie: 19.11.2021 11:36:57 CET

Bron: Wikipedia (Auteurs [Geschiedenis])    Licentie van de tekst: CC-BY-SA-3.0. Auteurs en licenties van de afzonderlijke afbeeldingen en media zijn te vinden in het bijschrift of kunnen worden getoond door op de afbeelding te klikken.

Veranderingen: Ontwerp-elementen werden herschreven. Wikipedia-specifieke links (zoals "Redlink", "Edit-Links"), kaarten, navigatievakken werden verwijderd. Ook enkele sjablonen. Pictogrammen zijn vervangen door andere pictogrammen of verwijderd. Externe links hebben een extra icoon gekregen.

Belangrijke opmerking Aangezien de gegeven inhoud op het gegeven moment automatisch van Wikipedia werd overgenomen, was en is een handmatige controle niet mogelijk. Daarom geeft WikiFox.org geen garantie voor de juistheid en actualiteit van de inhoud. Mochten er intussen onjuistheden in de gegevens voorkomen of fouten in de weergave zijn gemaakt, dan verzoeken wij u contact met ons op te nemen: E-mail.
Zie ook: Afdruk & Privacy policy.