حرارة نوعية

أمثلة

كذلك، تزداد درجة حرارة الماء بمعدل نحو 4180 جول / كيلوجرام بالتسخين حتى تصل إلى 100 درجة مئوية، عندئذ تسود حرارة التبخير وهي كمية الحرارة بالجول التي يحتاجها 1 كيلوجرام من الماء ليتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية (بخار).

من جانب آخر، وسبب اختلاف الحرارة النوعية من مادة إلى أخرى يعود إلى مدى تراص وترابط ذرات المادة ومن ثم قدرتها على توصيل الحرارة. فمثلًا: ذرات الحديد تكون متراصة بشكل نظام بلوري مكعب، وعند تسخينه تنتقل الحرارة بين أجزائه بسرعة وبسهولة وتزداد اهتزازات الذرات و

من جهة ثانية، فإذا أخذنا كتلتين متساويتين من الماء والزيت وقمنا بتسخين كل منهما لفترة متساوية بنفس اللهب فإننا نلاحظ بعد فترة أن درجة الحرارة الماء تكون أقل بكثير من درجة حرارة الزيت وهذا يعنى أن للماء سعة حرارية أكبر من السعة الحرارية للزيت. ولذلك نقول أن الحرارة النوعية للماء أكبر من الحرارة النوعية للزيت.

يبين الجدول أدناه الحرارة النوعية لبعض المواد:

تعريفات مرتبطة

من جانب آخر، ترتفع درجة حرارته التي هي تعبير عن حركة اهتزازات الذرات فيه. أما في حالة الماء فإن جزيئات الماء ليست مترابطة بنفس الشدة حيث توجد في الحالة السائلة ولا هي متراصة بل تتحرك بحرية كبيرة لذلك يكون توصيل الحرارة فيما بينها أضعف وتحتاج إلى قدر أكبر من الحرارة.

(3/2)RT

كذلك، (5/2)RT غاز جزياته ثنائية الذرات (مثل الأكسجين، والنيتروجين والهيدروجين)، ولا يمكن حسابها عندما تكون جزيئات الغاز أكثر تعقيدا من ثلاثة ذرات للجزيئ.

من جانب آخر، . وهي تزيد للغاز الذي تتكون جزيئاته من عدة ذرات، فمثلًا فهي تبلغ

الحرارة النوعية عند ضغط ثابت:

و

• و R ثابت الغازات العام (R = 8.314472 جول · كلفن-1 · مول-1)
• و M الكتلة المولية للغاز.
• وينطبق كذلك التقريب للحرارة النوعية عند ثبات الحجم:
• حيث:

علاوةً على ذلك، وتتكون طاقة الجزيئ من ثلاثة درجات حرية خاصة بطاقة الحركة: (حركة في الاتجاه س، وحركة في اتجاه ص، وحركة في اتجاه المحور ع)، ويضاف إليها «طاقة دورانية» بعدد من درجات الحرية بين الصفر و 3 وهي تختص بطاقة دوران الجزيئ حول نفسه (وتكون صفرا إذا كان الجزيئ أحادي الذرة)، ويضاف غليهما كذلك «طاقة اهتزاز» لعدد من درجات الحرية بين الصفر و

n من درجات حرية اهتزاز مكونات الجزيئ.

في هذا الإطار، عدد درجات حرية جزيئ الغاز (تعتمد هل جسيمات الغاز ذرات منفردة أم غاز ثنائي الذرات أم يتكون جزيئ الغاز من ثلاثة ذرات، وغيرها).

السعة الحرارية

وفي السياق ذاته، السعة الحرارية هي مقدار الطاقة الحرارية اللازمة لرفع درجة حرارة الجسم كله درجة واحدة كلفينية لذلك هي ليست صفة مميزة للمادة لأنها تتغير بتغير كتلته ووحدتها (جول /كلفن)

نحصل على

(وهو الجزء الخاص لغاز ذو ذرات منفردة)

الحرارة الكامنة

كذلك، وعند تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة تفقد المادة حرارة الانصهار وتصبح مادة صلبة. (مع العلم بأن المادة الصلبة هي الأخرى تحتوي على قدر من الحرارة الكامنة خاصة بها).

علاوةً على ذلك، هي كمية الحرارة اللازمة لتغيير حالة 1 كيلوجرام من المادة من حالة إلى أخرى دون تغيير في درجة الحرارة (مثل تحول الماء إلى بخار). فعند تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة لا بد وان تكتسب المادة كمية من الحرارة - وهي في هذه الحالة - حرارة الانصهار، وتصبح مخزونة (كامنة) في السائل.

الحرارة الكامنة للتصعيد.

كذلك، وفي حاله تحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية تسمى حرارة تبخر أو

يمكن حساب من

• ومعامل ثبات الإنتروبية (كابا ):
• ونستنتج تلك العلاقة من المعادلات المذكورة مع وضع:
• .

الحرارة النوعية لغاز مثالي

ومن جهة أخرى، طبقا للنظرية الحركة الحرارية للغازات تبلغ الطاقة الداخلية لغاز مثالي ذو ذرات منفردة

R ثابت الغازات العام

• قائمة الحرارة النوعية لبعض المواد الصلبة العملية
• انظر كذلك
• سعة حرارية
• سعرة
• حرارة كامنة
• حرارة
• قابلية انضغاط
• نموذج ديباي
• قانون دولون-بتي
• روابط خارجية

من جانب آخر، الحرارة النوعية لغاز عند ثبات الحجم À la différence du premier tableau où on donne la capacité massique à pression constante.. وتحت 1 ضغط جوي (لغازات معروفة)

γ = 5/3= 1,67 للغاز أحادي الذرات ;

γ = 7/5= 1,4 لغاز ثنائي الذرات.

من جهة ثانية، في نفس الوقت تعتبر النسبة بين الحرارة النوعية عند ضغط ثابت والحرارة النوعية عند حجم ثابت من العوامل الهامة في نظام حركة حرارية (نظام ترموديناميكي)، ويسمى بالمعامل جاما γ:

من جهة ثانية، مع ملاحظة أن الهيليوم والأرجون غازين نادرين، كل منهما أحادي الذرة. والأكسجين والنيتروجين أمثلة لغازات ثنائية الذرات، وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء أمثلة لجزيئات ثلاثية الذرات.

علاوةً على ذلك، وتعتمد قيمة المعامل جاما على طبيعة الغاز، وفي حالة الغاز المثالي تكون القيمة النظرية ل γ:

• M الكتلة المولية للغاز تحت الاعتبار.
• والفرق بينهما لا يعتمد على درجة الحرارة:
• حيث u تعتمد فقط على درجة الحرارة.

للغازمثالي ذو ذرات منفردة ;

ومن جهة أخرى، لغاز مثالي تتكون جزيئاته من ذرتين، عندما تكون درجة حرارته بين درجة حرارة الدوران ودرجة حرارة الاهتزاز .

في هذا الإطار، (درجة حرارة دوران الجزيئ حول نفسه تكون عادة أقل من درجة الحرارة التي عندها تبدأ ذرات الجزيئ في الاهتزاز فيما بينها).

وفي الواقع عندما تكون

الحرارة النوعية للغازات

وفي هذا الصدد، تعتمد الحرارة النوعية للغاز على ظروفه، ونفرق بين الحرارة النوعية للغاز عند ثبات ضغطه cp (تساوي الضغط Isobare) أو الحرارة النوعية للغاز عند ثبات حجمه cV (تساوي الحجم Isochore).

من جانب آخر، أما في حالتي المادة السائلة أو المادة الصلبة فلا يعني هذا الفرق شيئا حيث أن التمدد يكون طفيفا جدا بمقارنته بتمدد الغاز.

• بالنسبة للغازات تنطبق العلاقة التقريبية:
• .
• حيث:

ثابت الغازات النوعي،

وينطبق بصفة عامة:

إضافةً إلى ذلك، ويرجع سبب أن الحرارة النوعية للغاز عند ضغط ثابت أكبر من حرارته النوعية عند حجم ثابت أنه عند ثبات الحجم لا يزاول شغل أثناء رفع الحرارة، أي أن كمية الحرارة المكتسبة من المادة تعمل بكاملها على رفع درجة حرارته، بينما في حالة في حالة تثبيت ضغط الغاز فإن جزءا من الحرارة التي يكتسبها الغاز تؤدي إلى زيادة حجمه وبالتالي أداء شغل (الشغل يساوي p.dV)، والجزء الباقي من الحرارة المكتسبة تعمل على رفع درجة حرارة الغاز.

وعندما ترتفع درجة حرارة الغاز وتصل إلى

حيث:

إضافةً إلى ذلك، ويمكن استنتاج الحرارة النوعية عند ضغط ثابت من الحرارة النوعية عند حجم ثابت، حيث تنطبق معادلة الغاز المثالي:

p الضغط،

, وبالتالي:

v حجم 1 مول،

تصبح الحرارة النوعية لغاز ذو جزيئات ثنائية الذرات: .