WikiDer > Spezifische Wärme

Das spezifische Wärme${Anzeigestil c}$, ebenfalls spezifische Wärme oder Spezifisch Wärmekapazität genannt, ist ein ehrgeizig${Anzeigestil Q}$ dass der Betrag Wärme beschreibt was benötigt wird Temperatur von a MaßeinheitMasse jetzt sofort Temperaturintervall erhöhen, ansteigen. Spezifische Wärme kann in J kg ausgedrückt werden.⁻¹·K⁻¹ und ist dann die benötigte Wärmeenergiemenge (in Joule (J)) bei 1 Kilogramm Stoff 1 Kelvin (oder Abschluss Celsius) um die Temperatur zu erhöhen.

Bei vielen Stoffen ist die Wärmemenge, die für einen bestimmten Temperaturanstieg benötigt wird, ungefähr direkt proportional mit der Größe dieses Temperaturanstiegs und mit der Masse. Die spezifische Wärme ist die Proportionalitätskonstante.

Im Allgemeinen, aber besonders für Gase, ergibt sich ein Unterschied in der benötigten Wärmemenge, ermittelt bei konstant Volumen (${displaystyle c_{v}}$) oder konstant Druck (${displaystyle c_{p}}$). Biene ideale Gase ist ${displaystyle c_{p}}$ 40% größer als ${displaystyle c_{v}}$. Dies liegt daran, dass bei a isobar Heizung (konstanter Druck) er Arbeit an die Umwelt abgegeben wird, während bei a isochor (konstante Lautstärke) nicht. Beim isobaren Heizen muss daher dem System zum Heizen mehr Energie zugeführt werden, da ein Teil dieser Energie zur Erbringung der Arbeit verwendet wird. Das Verhältnis ${displaystyle c_{p}/c_{v}}$ wird normalerweise durch eines der Symbole angezeigt ${Anzeigestil k,kappa}$ oder ${Displaystil-Gamma }$.

Die spezifische Wärme wird normalerweise experimentell bestimmt. Manchmal lässt es sich auch berechnen, aber das ist meist sehr kompliziert.

Vergleich

• Die Gleichung, die Wärmemenge bezieht sich auf die spezifische Wärme, in der die Stoffmenge ausgedrückt wird in Masse, wird gegeben durch:

${Displaystil Q=mcDelta T}$

${Anzeigestil Q}$ (in Joule) ist die zugeführte Wärmemenge, ${displaystyle m}$ (in kg) ist die Masse des Stoffes, ${Anzeigestil c}$ (in Jkg⁻¹·K⁻¹) ist die spezifische Wärme und ${Anzeigestil Delta T}$ (in K oder °C) ist die Temperaturänderung.

• Eine zweite Gleichung spezifiziert Wärmekapazität. Diese Gleichung sieht so aus:

${Displaystil Q=CDelta T}$

${Anzeigestil Q}$ ist die zugeführte Wärmemenge, ${Anzeigestil C}$ ist die Wärmekapazität und ${Anzeigestil Delta T}$ ist die Temperaturänderung.

Wärmekapazität

Mit der spezifischen Wärme (${Anzeigestil c}$) kann das Wärmekapazität (${Anzeigestil C}$) einer bestimmten Masse (${displaystyle m}$) Stoff berechnet werden:

${Anzeigestil C=mc}$

Soll die Wärmekapazität mehrerer Stoffe zusammen (zum Beispiel ein Glas mit Wasser) berechnet werden, müssen die einzelnen Wärmekapazitäten addiert werden (im Beispiel ${Displaystil C=m_{g}c_{g} m_{w}c_{w}}$).

Notiere dass der Großbuchstabe${Anzeigestil C}$ steht für Wärmekapazität und die Kleinbuchstaben${Anzeigestil c}$ für spezifische Wärme.

Interne Freiheitsgrade

Die spezifische Wärme steht in engem Zusammenhang mit den inneren Freiheitsgraden (Schwingungen, Rotationen, Translationen, Elektronenübergänge), in die die zugeführte Wärmeenergie einfließen kann. Stehen nur wenige Freiheitsgrade zur Verfügung, steigt die Temperatur schneller an als bei vielen. Daher hat eine Flüssigkeit in der Regel eine höhere spezifische Wärme als der entsprechende Festkörper, da sich die Moleküle in der Flüssigkeit freier bewegen können.

Tabelle

Vor dem feste Stoffe und Flüssigkeiten sein ${displaystyle c_{V}}$ und ${displaystyle c_{p}}$ (spezifische Wärme bei konstantem Volumen oder konstantem Druck) sind nahezu gleich. Vor dem Gase das ist nicht der Fall.

Feste Stoffe und Flüssigkeiten
Material	Phasenzustand	Spezifische Wärme in J/(kg·K)
Aluminium	Fest	880
Bronze-	Fest	380
konstantan	Fest	410
Diamant	Fest	502
Ethanol	Flüssigkeit	2460
Gold	Fest	129
Graphit	Fest	720
Eisen	Fest	448
Kupfer	Fest	380
Merkur	Flüssigkeit	139
Natrium	Fest	1230
Lithium	Fest	3582
Messing-	Fest	377
Öl	Flüssigkeit	≈ 2000
Wasser	Flüssigkeit	4186
	fest (0 °C)	2060

Bei Gasen ist die spezifische Wärme bei konstantem Druck oder konstantem Volumen nicht gleich. Auch die Temperatur spielt eine große Rolle.

Gase
Gas	Temperatur in °C	Spezifische Wärme ${displaystyle c_{V}}$ in J/(kg·K)	Spezifische Wärme ${displaystyle c_{p}}$ in J/(kg·K)
Argon	15	320	523
Helium	18	3160	5139
Kohlendioxid	20	650
Himmel	0-100	710	1005
Stickstoff-	0-200	730
Wasserdampf	100	1410	2080
Wasserstoff	16	10140	14320
Sauerstoff	13-207	650

Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass viele Metalle, darunter Kupfer, Aluminium und Quecksilber, eine niedrige spezifische Wärme aufweisen, sich also bei Wärmezufuhr schnell erwärmen und wenig Wärme speichern können. Wasser hingegen hat eine sehr hohe spezifische Wärme, was es als preiswertes Wärmeträgermedium, beispielsweise in Zentralheizungen, sehr gut geeignet macht.