حرارة نوعية

الديناميكا الحرارية
Carnot heat engine 2.svg


 ع  ن  ت

الحرارة النوعية Heat capacity هى كمية الحرارة اللازمة لتتغير درجه حرارة وحدة الكتلة من الجسم بمقدار درجه واحدة. ويرمز لها بالرمز (c) ووحداتها في النظام الدولي هى (J kg-1 K-1)

فهرست

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تعريفات مرتبطة

يقصد بالحرارة الكتلية الحرارة النوعية، وذلك للتأكيد على ارتباط المصطلح بواحدة الكتلة من المادة ، مثل الغرام أو الكيلو غرام، إضافة إلى اختلافها باختلاف نوع المادة، فتعرف بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحدة الكتلة درجة واحدة. لذلك يمكن أن تختلف قيمها المعطاة بالجداول باختلاف جملة الواحدات المستخدمة وباختلاف السلم الحراري الذي يعبر عن درجة الحرارة. ليس هذا فحسب، بل تبين أن هذه الكمية تختلف، بصورة عامة، باختلاف موقع الدرجة على السلم الحراري. وأوضح مثال على ذلك الواحدة التي تقاس بها كمية الحرارة، فقد عرفت بأنها كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء درجة مئوية (سلزيوس) واحدة، وسميت الحريرة calory؛ إلا أن بعضهم يستخدم الكلمة مقابل كتلة قدرها كيلوغرام، ويسميها بعضهم الحريرة الكبيرة أو الحرة منعاً للالتباس. ولما زادت دقة القياسات تبين أنها تتغير تغيراً طفيفاً عند قياسها بين 14 ْ و15 ْس عنه عندما تقاس بين 70 و71 ْ س مثلاً، فسميت لذلك حريرة الدرجة 15.

ثمة سبب آخر، في الواقع، لإظهار الكتلة هو اكتشاف تشابه سلوك المواد المختلفة عندما تؤخذ جزيئة غرامية من أي مادة أو ما يسمى المول mole، فعرّفت الحرارة المولية؛ كأن نأخذ 63غراماً من النحاس و نقارن سلوكها الحراري مع 27غراماً من الألمنيوم، فنجد تقارباً بين كميتي الحرارة اللازمتين لتغيير درجتيهما درجة واحدة، قرب درجة الحرارة العادية. ويكون التقارب أوضح في حالة الغازات، غير أنه يجب أن نميز هنا بين إجراء القياس مع إبقاء الضغط ثابتاً، فنرمز لها بـCp ، أو إجرائه مع إبقاء الحجم ثابتا، ونرمز لها بـCv. ففي حين يكون الاختلاف بين القياسين في حالة الأجسام الصلبة طفيفاً، قرب درجات الحرارة العادية، فهو من مرتبة قيمة Cv في حالة الغازات.

إن تغير Cv أو Cp مع تغير درجة الحرارة يفرض تعريفهما تعريفاً تفاضلياً كنهاية حاصل قسمة مقدارين صغيرين جداً dQ على dT. إذ يجري القياس عادة بأخذ m غراماً من المادة وإعطائها كمية من الحرارة ثم يحدد تغير درجة حرارتها الناتج، فتكون النسبة بينهما هي ما يعرف بالسعة الحرارية للكتلة heat capacity وبالتقسيم ثانية على m نحصل على الحرارة الكتلية الوسطية، يستخلص بعدئذ حسابياً الحرارة الكتلية أو الحرارة المولية عند كل درجة من درجات الحرارة. يبين الشكل-1- تغيرات الحرارة المولية للنحاس ممثلاً للأجسام الصلبة، وللماء موضحاً الفرق بين القيمتين عند الانتقال إلى الحالة الصلبة. و يظهر في الشكل اقتراب الحرارة المولية أو الحرارة الكتلية من الصفر قرب الصفر المطلق.

درجة حرارة كلفن.jpg

تساعد معرفة الحرارة الكتلية للمواد المختلفة على اختيار مادة مناسبة للتبريد أو لاستخدامها في المبادلات الحرارية، إضافة إلى معرفة ناقليتها الحرارية. فإن كبر الحرارة الكتلية لمصهور الصوديوم هو سبب استخدامه في تبريد المفاعلات النووية، كما أن تفرد الماء بحرارة كتلية عالية بين السوائل تكسبه المزيد من الخواص المميزة الأخرى.[1]


السعة الحرارية

هى كميه الحراره Q اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم كله درجة واحدة كلفن

ووحدتها جول/كلفن

الحرارة النوعية لمادة C

هى كميه الحراره C التي الازمة لرفع درجة حرارة كيلوجرام واحد من المادة درجة واحدة كلفن.

إذن فان الحراره النوعيه تعرف بانها السعه الحراريه لوحدة الكتل.

ووحدتها جول/ كجم كلفن

الحرارة النوعية هى خاصية مميزة لمادة الجسم حيث لا تتأثر بكتلته .

الحرارة الكامنة

هى كمية الحرارة اللازمة لتغيير حالة وحدة الكثافة من المادة من حالة إلى أخرى دون تغيير في درجة الحرارة. فعند تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة، بالحرارة الكامنة للانصهار، وعند تحول الماده من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة تسمى بالحرارة الكامنة للتجمد، و في حاله تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تسمى بالحرارة الكامنة للتصعيد.

Extensive and intensive quantities

علم القياس

Calculation from first principles

العلاقات الحرارية وتحديد السعة الحرارية

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

العلاقة بين الحرارات النوعية

الغاز المثالي

سعة الحرارة النوعية

الحرارة النوعية متعدد التوجه

أبعاد الحرارة النوعية

الحرارة النوعية في الصفر المطلق

الحرارة النوعية السلبية

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

نظرية الحرارة النوعية

العوامل المؤثرة على الحرارة النوعية

Molecules undergo many characteristic internal vibrations. Potential energy stored in these internal degrees of freedom contributes to a sample’s energy content, [2] [3] but not to its temperature. More internal degrees of freedom tend to increase a substance's specific heat capacity, so long as temperatures are high enough to overcome quantum effects.

الدرجات الحرة

عوامل أخرى

روابط هيدروجينية
الشوائب

الحالة السهلة لغاز أحادي الذرة

Monatomic gas CV, m (J/(mol·K)) CV, m/R
He 12.5 1.50
Ne 12.5 1.50
Ar 12.5 1.50
Kr 12.5 1.50
Xe 12.5 1.50

غاز ثنائي الذرة

at standard temperature (25 oC = 298 K)

Diatomic gas CV, m (J/(mol·K)) CV, m / R
H2 20.18 2.427
CO 20.2 2.43
N2 19.9 2.39
Cl2 24.1 3.06
Br2 (vapour) 28.2 3.39

الغازات العامة

تخزين الطاقة في درجات حرة

تأثير مستويات الطاقة في كمية تخزينها في درجات حرة

وضع تخزين الطاقة "التجميد" لتعديل درجات الحرارة

المرحلة الصلبة

The dimensionless heat capacity divided by three, as a function of temperature as predicted by the Debye model and by Einstein’s earlier model. The horizontal axis is the temperature divided by the Debye temperature. Note that, as expected, the dimensionless heat capacity is zero at absolute zero, and rises to a value of three as the temperature becomes much larger than the Debye temperature. The red line corresponds to the classical limit of the Dulong-Petit law

جدول قدرات الحرارة النوعية

Table of specific heat capacities at 25 °C (298 K) unless otherwise noted Notable minima and maxima are shown in maroon
Substance Phase (mass) specific
heat capacity
cp or cm
J·g−1·K−1
Constant
pressure molar
heat capacity
Cp,m
J·mol−1·K−1
Constant
volume molar
heat capacity
Cv,m
J·mol−1·K−1
Volumetric
heat capacity

Cv
J·cm−3·K−1
Constant vol.
atom-molar
heat capacity
in units of R
Cv,m(atom)
atom-mol−1
Air (Sea level, dry,
0 °C (273.15 K))
gas 1.0035 29.07 20.7643 0.001297 ~ 1.25 R
Air (typical
room conditionsA)
gas 1.012 29.19 20.85 0.00121 ~ 1.25 R
Aluminium solid 0.897 24.2 2.422 2.91 R
Ammonia liquid 4.700 80.08 3.263 3.21 R
Animal tissue
(incl. human)
[4]
mixed 3.5 3.7*
Antimony solid 0.207 25.2 1.386 3.03 R
Argon gas 0.5203 20.7862 12.4717 1.50 R
Arsenic solid 0.328 24.6 1.878 2.96 R
Beryllium solid 1.82 16.4 3.367 1.97 R
Bismuth[5] solid 0.123 25.7 1.20 3.09 R
Cadmium solid 0.231 26.02 3.13 R
Carbon dioxide CO2[6] gas 0.839* 36.94 28.46 1.14 R
Chromium solid 0.449 23.35 2.81 R
Copper solid 0.385 24.47 3.45 2.94 R
Diamond solid 0.5091 6.115 1.782 0.74 R
Ethanol liquid 2.44 112 1.925 1.50 R
Gasoline (octane) liquid 2.22 228 1.64 1.05 R
Glass[5] solid 0.84
Gold solid 0.129 25.42 2.492 3.05 R
Granite[5] solid 0.790 2.17
Graphite solid 0.710 8.53 1.534 1.03 R
Helium gas 5.1932 20.7862 12.4717 1.50 R
Hydrogen gas 14.30 28.82 1.23 R
Hydrogen sulfide H2S[6] gas 1.015* 34.60 1.05 R
Iron solid 0.450 25.1[بحاجة لمصدر] 3.537 3.02 R
Lead solid 0.129 26.4 1.44 3.18 R
Lithium solid 3.58 24.8 1.912 2.98 R
Lithium at 181 °C[7] liquid 4.379 30.33 2.242 3.65 R
Magnesium solid 1.02 24.9 1.773 2.99 R
Mercury liquid 0.1395 27.98 1.888 3.36 R
Methane at 2 °C gas 2.191 35.69 0.66 R
Methanol (298 K)[8] liquid 2.14 68.62 1.38 R
Nitrogen gas 1.040 29.12 20.8 1.25 R
Neon gas 1.0301 20.7862 12.4717 1.50 R
Oxygen gas 0.918 29.38 21.0 1.26 R
Paraffin wax
C25H52
solid 2.5 (ave) 900 2.325 1.41 R
Polyethylene
(rotomolding grade)[9]
solid 2.3027
Polyethylene
(rotomolding grade)[9]
liquid 2.9308
Silica (fused) solid 0.703 42.2 1.547 1.69 R
Silver[5] solid 0.233 24.9 2.44 2.99 R
Sodium solid 1.230 28.23 3.39 R
Tin solid 0.227 27.112 3.26 R
Titanium solid 0.523 26.060 3.13 R
Tungsten[5] solid 0.134 24.8 2.58 2.98 R
Uranium solid 0.116 27.7 2.216 3.33 R
Water at 100 °C (steam) gas 2.080 37.47 28.03 1.12 R
Water at 25 °C liquid 4.1813 75.327 74.53 4.1796 3.02 R
Water at 100 °C liquid 4.1813 75.327 74.53 4.2160 3.02 R
Water at −10 °C (ice)[5] solid 2.11 38.09 1.938 1.53 R
Zinc[5] solid 0.387 25.2 2.76 3.03 R
Substance Phase Cp
J/(g·K)
Cp,m
J/(mol·K)
Cv,m
J/(mol·K)
Volumetric
heat capacity

J/(cm3·K)

سعة الحرارة النوعية لمواد البناء

(Usually of interest to builders and solar designers)

Specific heat capacity of building materials
Substance Phase cp
J/(g·K)
Asphalt solid 0.920
Brick solid 0.840
Concrete solid 0.880
Glass, silica solid 0.840
Glass, crown solid 0.670
Glass, flint solid 0.503
Glass, pyrex solid 0.753
Granite solid 0.790
Gypsum solid 1.090
Marble, mica solid 0.880
Sand solid 0.835
Soil solid 0.800
Sulphur Hexafluoride gas 0.664
Wood solid 1.7 (1.2 to 2.3)
Substance Phase cp
J/(g·K)


انظر ايضا

الهوامش

المصادر

  1. ^ فوزي عوض. "الحرارة الكتلية". الموسوعة العربية.
  2. ^ Reif, F. (1965). Fundamentals of statistical and thermal physics. McGraw-Hill. pp. 253–254. ISBN 07-051800-9 Check |isbn= value: length (help).
  3. ^ Charles Kittel; Herbert Kroemer (2000). Thermal physics. Freeman. p. 78. ISBN 0-7167-1088-9.
  4. ^ Page 183 in: Cornelius, Flemming (2008). Medical biophysics (6th ed.). ISBN 1-4020-7110-8. (also giving a density of 1.06 kg/L)
  5. ^ أ ب ت ث ج ح خ "Table of Specific Heats".
  6. ^ أ ب Young; Geller (2008). Young and Geller College Physics (8th ed.). Pearson Education. ISBN 0-8053-9218-1.
  7. ^ "Materials Properties Handbook" (PDF). UCLA.
  8. ^ "HCV (Molar Heat Capacity (cV)) Data for Methanol". Dortmund Data Bank Software and Separation Technology.
  9. ^ أ ب Crawford, R. J. Rotational molding of plastics. ISBN 1-59124-192-8.

وصلات خارجية

قالب:بذرة هندسة ميكانيكية