La capacitat calorífica (també coneguda com a capacitat tèrmica) és una propietat que indica la quantitat total de calor que pot absorbir o alliberar una substància o un sistema quan la seva temperatura canvia. Representa la capacitat dun objecte o sistema per emmagatzemar energia tèrmica.
És una termodinàmica extensiva que significa que el seu valor depèn de la quantitat de matèria. A més, el seu valor depèn d'altres propietats com la massa de l'objecte o sistema, la composició química, l'estructura i la capacitat per emmagatzemar energia tèrmica.
Definició, què és la capacitat calorífica?
La definició de capacitat calorífica es pot establir com la quantitat de calor que cal per elevar la temperatura d'un objecte o sistema en una unitat de temperatura (generalment graus Celsius o Kelvin).
Unitats
S'expressa en unitats d'energia per grau Celsius o Kelvin, és a dir, com a juliols per grau Celsius (J/°C) o juliols per Kelvin (J/K).
Tipus de capacitats calorífiques
Hi ha diversos tipus de capacitats calorífiques que es fan servir per descriure com varia la capacitat d'un objecte o substància per emmagatzemar calor en diferents condicions. Els tipus més comuns de capacitats calorífiques són:
-
Capacitat calorífica a volum constant (Cv): És la capacitat tèrmica d'un objecte o substància quan el volum es manté constant durant el procés de transferència de calor. En aquest cas, no hi ha feina feta per l'objecte o la substància i tota l'energia transferida es converteix en canvis d'energia interna. Cv sutilitza per descriure com canvia la temperatura dun sistema a volum constant.
-
Capacitat calorífica a pressió constant (Cp): És la capacitat tèrmica d'un objecte o substància quan la pressió es manté constant durant el procés de transferència de calor. En aquest cas, l'objecte o la substància pot fer feina, com l'expansió o la compressió del sistema, a més d'absorbir o alliberar calor. Cp sutilitza per descriure com canvia la temperatura dun sistema a pressió constant.
Fórmula de la capacitat calorífica
La fórmula general per calcular la capacitat calorífica (C) d'un objecte o sistema es pot expressar de la manera següent:
C = Q / ΔT
On:
-
C és la capacitat calorífica.
-
Q és la quantitat de calor transferida o absorbida per l'objecte o el sistema.
-
ΔT és el canvi de temperatura experimentat per l'objecte o el sistema.
És important tenir en compte que la capacitat calorífica pot variar depenent de si el procés es fa a volum constant (Cv) oa pressió constant (Cp).
Fórmula de la capacitat calorífica molar
A més, en alguns casos, es fa servir la capacitat calorífica molar (Cm), que representa la capacitat tèrmica per mol de substància.
La fórmula general per a la capacitat tèrmica molar s'expressa de la manera següent:
Cm = C/n
On:
-
Cm és la capacitat calorífica molar.
-
C és la capacitat calorífica.
-
n és el nombre de mols de substància.
Importància de la capacitat calorífica: ús i aplicacions
Aquesta propietat es fa servir en diverses aplicacions pràctiques. A continuació en mostrem algunes d'exemple:
-
Disseny i optimització de sistemes de transferència de calor: és fonamental per dissenyar i optimitzar intercanviadors de calor, calderes, condicionadors daire i altres sistemes de refrigeració.
-
Predicció de canvis de temperatura i equilibri tèrmic: aquesta propietat permet predir com canviarà la temperatura d'un objecte o sistema quan s'hi afegeix o se li extreu calor.
-
Estudi de processos d'escalfament i refredament: En processos industrials, químics i físics, és essencial comprendre com els materials i les substàncies s'escalfen o refreden sota certes condicions.
-
Caracterització de propietats de materials: La capacitat calorífica pot ser utilitzada per caracteritzar les propietats tèrmiques de diferents materials, com ara metalls, líquids, gasos i sòlids.
-
Estudi de reaccions químiques: Al camp de la química, també és important per comprendre i controlar les reaccions químiques ja que permet calcular la quantitat de calor alliberada o absorbida durant la reacció.
Exemples de capacitats calorífiques
Aquí tens una taula que mostra exemples de capacitat calorífica de diferents materials i substàncies de pressió constant.
|
Substància |
Capacitat calorífica (J/g°C) |
Descripció |
|
Aigua |
4.18 |
L'aigua té una alta capacitat tèrmica i és essencial per a la regulació tèrmica a la Terra. |
|
Alumini |
0.90 |
L'alumini és un metall lleuger comunament utilitzat en aplicacions industrials. |
|
Ferro |
0.45 |
El ferro és un metall utilitzat sovint en la fabricació d'estructures i maquinària. |
|
Aire |
1.00 |
L'aire sec és una barreja de diferents gasos presents a l'atmosfera. |
|
Plom |
0.13 |
El plom és un metall pesat utilitzat en diverses aplicacions industrials i bateries. |
|
Etanol |
2.44 |
L'etanol és un alcohol comú i s'utilitza com a combustible i dissolvent. |