سعة حرارية

الديناميكا الحرارية
Carnot heat engine 2.svg


 ع  ن  ت

السعة الحرارية أو التحميل الحراري Heat capacity مصطلح من الديناميكا الحرارية يرمز له عادة ب C.

وهي قيمة تبين مدى قابلية جسم ما لتخزين الطاقة الحرارية. حيث ترمز C لقيمة الطاقة الحرارية Q التي يجب إمداد جسم أو نظام ما بها لرفع درجة حرارته بدرجة مئوية واحدة. وعلى هذا الأساس فإن وحدة التحميل الحراري هي الجول لكل كلفن. عادة ما يميز بين التحميل الحراري عند ضغط قار والتحميل الحراري عند حجم قار:

  • السعة الحرارية عند حجم ثابت:
  • التحميل الحراري عند ضغط ثابت:

كما يمكن تعريف السعة الحرارية بطريقة إحصائية عوض الطريقة الرياضية الترموديناميكية الكلاسيكية.


وجد بالتجربة العملية أن كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة المادة تختلف حسب طبيعة المادة، فعلى سبيل المثال كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1Kg من الماء درجة مئوية واحدة تساوي 4186J ولكن لرفع درجة حرارة 1Kg من النحاس درجة مئوية واحدة يلزم 387J . ولهذا فإننا نحتاج إلى تعريف كمية فيزيائية جديدة تأخذ في الحسبان طبيعة المادة المكتسبة او الفاقدة للحرارة وهذه الكمية هي السعة الحرارية heat capacity . وتعرف السعة الحرارية بأنها مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة المادة درجة مئوية واحدة.

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

نظرية السعة الحرارية

العوامل المؤثرة في السعة الحرارية النوعية

الجزيئات تتعرض للعديد من الاهتزازات الداخلية المميزة. Potential energy stored in these internal degrees of freedom contributes to a sample’s heat content, 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 which limit storage of heat into the non-kinetic energy degrees of freedom.

ووحدة السعة الحرارية النوعية J/kg.C o ، فمثلا السعة الحرارية النوعية للماء تساوي 4186J/kg.C o وهذا يعني اننا نحتاج إلى 4186 جول من الطاقة تلزم لرفع واحد كيلو جرام من الماء درجة مئوية واحدة. ونلاحظ ان الماء هو اكثر العناصر سعة حرارية في الطبيعة وذلك لان اجسامنا تحتوي على 70% من الماء وهذا يجعل درجة حرارة الجسم ثابتة طوال اليوم والا ارتفعت درجة الحرارة في النهار وانخفضت في الليل، كما ان مياه المحيطات والبحار لا تتغير درجة حرارتهم بسرعة حفاظاً على الكائنات الحية التي فيها وهذا من حكمة الله عز وجل بأن يكون للماء اكبر سعة حرارية أي الاقل تأثراً بتغير درجات الحرارة.


يوضح الجدول التالي السعة الحرارية لبعض المواد عند درجة حرارة 25 درجة مئوية (درجة حرارة الغرفة) وعند الضغط الجوي.

Al 900J/kg.C o wood 1700J/kg.C o

Cu 387J/kg.C o glass 837J/kg.C o

Ag 129J/kg.C o water 4186J/kg.C o

Pb 128J/kg.C o ice 2090J/kg.C o


نلاحظ أن الماء له اكبر سعة حرارية نوعية بحيث أنه يلزم 4186 جول لرفع درجة حرارة 1 كيلوجرام من الماء درجة مئوية واحدة بينما يلزم 900 جول من الحرارة للألمنيوم


جدول السعات الحرارية النوعية

Table of specific heat capacities at 25 °C unless otherwise noted Notable minima and maxima are shown in maroon
المادة الطور Cp
J/(g·K)
Cp,m
J/(mol·K)
Cv,m
J mol−1·K−1
السعة الحرارية
الحجمية

J/(cm3·K)
الهواء (عند سطح البحر، جاف، 0 °س) غاز 1.0035 29.07 20.7643 0.001297
الهواء (ظروف الغرفة النمطيةA) غاز 1.012 29.19 20.85
ألومنيوم صلب 0.897 24.2 2.422
أمونيا سائل 4.700 80.08 3.263
النسيج الحيواني (والبشري)[1] مزيج 3.5 3.7*
أنتيمون صلب 0.207 25.2 1.386
أرگون غاز 0.5203 20.7862 12.4717
زرنيخ صلب 0.328 24.6 1.878
بريليوم صلب 1.82 16.4 3.367
بزموث[2] صلب 0.123 25.7 1.20
كادميوم صلب 0.231
ثاني أكسيد الكربون CO2[3] gas 0.839* 36.94 28.46
كروم صلب 0.449
نحاس صلب 0.385 24.47 3.45
ألماس صلب 0.5091 6.115 1.782
إثانول سائل 2.44 112 1.925
گاسولين سائل 2.22 228 1.64
زجاج[2] صلب 0.84
ذهب صلب 0.129 25.42 2.492
گرانيت[2] صلب 0.790 2.17
گرافيت صلب 0.710 8.53 1.534
هليوم غاز 5.1932 20.7862 12.4717
هيدروجين غاز 14.30 28.82
كبريتيد الهيدروجين H2S[3] غاز 1.015* 34.60
حديد صلب 0.450 25.1[بحاجة لمصدر] 3.537
رصاص صلب 0.129 26.4 1.44
ليثيوم صلب 3.58 24.8 1.912
مغنسيوم صلب 1.02 24.9 1.773
زئبق سائل 0.1395 27.98 1.888
مثان at 2 °C غاز 2.191
نيتروجين غاز 1.040 29.12 20.8
نيون غاز 1.0301 20.7862 12.4717
أكسجين غاز 0.918 29.38
شمع الپرافين صلب 2.5 900 2.325
پولي‌إثيلين (rotomolding grade)[4] صلب 2.3027
Polyethylene (rotomolding grade)[4] سائل 2.9308
سليكا (منصهرة) صلب 0.703 42.2 1.547
فضة[2] صلب 0.233 24.9 2.44
صفيح صلب 0.227
تنگستن[2] صلب 0.134 24.8 2.58
يورانيوم صلب 0.116 27.7 2.216
الماء عند 100 °س (بخار) غاز 2.080 37.47 28.03
الماء عند 25 °س سائل 4.1813 75.327 74.53 4.1796
الماء عند 100 °C سائل 4.1813 75.327 74.53 4.2160
الماء عند −10 °س (ثلج)[2] صلب 2.05 38.09 1.938
زنك[2] صلب 0.387 25.2 2.76
المادة الطور Cp
J/(g·K)
Cp,m
J/(mol·K)
Cv,m
J/(mol·K)
السعة الحرارية
الحجمية

J/(cm3·K)

A Assuming an altitude of 194 metres above mean sea level (the world–wide median altitude of human habitation), an indoor temperature of 23 °C, a dewpoint of 9 °C (40.85% relative humidity), and 760 mm–Hg sea level–corrected barometric pressure (molar water vapor content = 1.16%).
*Derived data by calculation. This is for water-rich tissues such as brain. The whole-body average figure for mammals is approximately 2.9 J/(cm3·K) [5]


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

السعة الحرارية النوعية لمواد البناء

(عادة تهم قطاع الإنشاءات ومصممو الطاقة الشمسية)

السعة الحرارية النوعية لمواد البناء
المادة الطور cp
J/(g·K)
Asphalt صلب 0.920
Brick صلب 0.840
Concrete صلب 0.880
Glass, silica solid 0.840
Glass, crown صلب 0.670
Glass, flint صلب 0.503
Glass, pyrex صلب 0.753
Granite صلب 0.790
Gypsum صلب 1.090
Marble, mica صلب 0.880
Sand صلب 0.835
Soil صلب 0.800
Wood صلب 1.7 (1.2 to 2.3)
المادة الطور cp
J/(g·K)

ملاحظات

الهامش

  1. ^ Page 183 in: Medical biophysics. Flemming Cornelius. 6th Edition, 2008. (also giving a density of 1.06 kg/L)
  2. ^ أ ب ت ث ج ح خ Table of Specific Heats
  3. ^ أ ب Textbook: Young and Geller College Physics, 8e, Pearson Education, 2008
  4. ^ أ ب R.J. Crawford, Rotational molding of plastics
  5. ^ Faber, P.; Garby, L. (1995). "Fat content affects heat capacity: a study in mice". Acta Physiologica Scandinavica. 153 (2): 185. doi:10.1111/j.1748-1716.1995.tb09850.x. PMID 7778459.

See also