Θερμότητα

Η θερμιδομετρία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των αλλαγών στην εσωτερική ενέργεια και την ενθαλπία. Αυτό το πεδίο μελέτης ονομάζεται θερμοχημεία (θερμό σημαίνει θερμότητα) και χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας των καυσίμων, της ροής ενέργειας σε διάφορες χημικές εγκαταστάσεις και της ισχύς των χημικών δεσμών.

Στη θερμοδυναμική, η ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται ως θερμότητα ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης συχνά ταυτίζεται με την αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια του συστήματος, σημειώνεται ότι η μεταφορά λαμβάνει χώρα χωρίς αλλαγή στον όγκο του συστήματος και με την αλλαγή στην ενθαλπία του συστήματος εάν η μεταφορά πραγματοποιείται σε σταθερή πίεση, όταν  η μεταβολή της ενέργειας ή της ενθαλπίας με μια χημική αντίδραση είναι απρόσιτη για τη μέτρηση, τότε προσδιορίζεται από το νόμο του Hess, ο οποίος δηλώνει ότι η αλλαγή ενθαλπίας μιας χημικής αντίδρασης μπορεί να θεωρηθεί ως η άθροισμα των αλλαγών ενθαλπίας των μεμονωμένων σταδίων της αντίδρασης στα οποία μπορεί να χωριστεί η συνολική αντίδραση. Το 1822, ο Jean-Baptiste Joseph Fourier ίδρυσε το νόμο του Fourier για τη μεταφορά θερμότητας. Ο νόμος του Φουριέ για τη μεταφορά θερμότητας δηλώνει ότι ο ρυθμός της θερμότητας που μεταδίδεται μέσω ενός σώματος είναι ανάλογος με την αρνητική κλίση θερμοκρασίας στο σώμα.

Μονάδες

Η θερμίδα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αλλάξει η θερμοκρασία 1 g νερού κατά 1 βαθμό Κελσίου. Η χιλιοθερμίδα (1 kCal =1000 θερμίδες) είναι η μονάδα θερμότητας, θα μπορούσατε να τη βρείτε γραμμένη στο πίσω μέρος ενός κουτιού δημητριακών, οι θερμίδες συνήθως συμβολίζονται με "c" και οι θερμίδες με "C". Η θερμίδα σχετίζεται επίσης με τη μονάδα ενέργειας SI που είναι joule.

1 θερμίδες =4.184 Joules.

Η θερμοχωρητικότητα είναι η ποσότητα της θερμότητας, η οποία συνήθως εκφράζεται σε Joules ή θερμίδες, που απαιτούνται για την αλλαγή του συστήματος κατά 1 βαθμό Κελσίου. Η ειδική θερμοχωρητικότητα μιας ουσίας είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί 1 γραμμάριο μιας ουσίας κατά 1 βαθμό Κελσίου, λαμβάνοντας υπόψη ένα παράδειγμα, η ειδική θερμότητα του H2O (l) είναι 4,18 J/g ° C.

Προσδιορισμός της θερμότητας

Το Cp δηλώνει την ειδική θερμοχωρητικότητα σε σταθερή πίεση.

Το Cv δηλώνει την ειδική θερμοχωρητικότητα σε σταθερό όγκο.

Εάν πρόκειται να υπολογιστεί η ποσότητα της θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση μιας συγκεκριμένης αλλαγής θερμοκρασίας, τότε χρειαζόμαστε ορισμένες συγκεκριμένες πληροφορίες, όπως αλλαγή θερμοκρασίας, ποσότητα ουσίας στην οποία συνήθως δίνονται γραμμάρια ή γραμμάρια ουσίας και θερμοχωρητικότητα.

Και ο τύπος που απαιτείται για τον υπολογισμό είναι q =mCpΔT όπου,

q =Ποσότητα θερμότητας

m =Μάζα Ουσίας

ΔT =Αλλαγή θερμοκρασίας

Cp =Ειδική/Μοριακή θερμική χωρητικότητα

C =Θερμική χωρητικότητα (Δεν εξαρτάται από τη μάζα)

Αρχή της θερμιδομετρίας 

Η αρχή της θερμιδομετρίας είναι η θερμότητα που χάνεται από ένα σώμα, η οποία είναι ίση με τη θερμότητα που λαμβάνεται από ένα άλλο σώμα και η συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της θερμιδομετρίας είναι γνωστή ως Θερμιδόμετρο. Ο κύριος στόχος της θερμιδομετρίας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ποσότητας θερμικής ενέργειας που μεταφέρεται σε μια χημική ή φυσική διαδικασία, αλλά η αλλαγή θερμοκρασίας που συμβαίνει κατά τη διάρκεια της διαδικασίας του συστήματος και του περιβάλλοντος χώρου πρέπει να μετράται προσεκτικά. Η θερμιδομετρία ουσιαστικά προσδιορίζει τις αλλαγές στην ενέργεια ενός συστήματος μετρώντας τη θερμότητα που ανταλλάσσεται με το περιβάλλον.

Ιστορικό

Ο Antoine Lavoisier περιέγραψε το θερμιδόμετρο ως συσκευή που χρησιμοποίησε για να μετρήσει τη θερμότητα από την αναπνοή του ινδικού χοιριδίου που χρησιμοποιήθηκε για να λιώσει το χιόνι το 1780, και το 1782, ο Lavoisier και ο Pierre-Simon Laplace πειραματίστηκαν με τα θερμιδόμετρα πάγου, στα οποία η θερμότητα που απαιτείται για την τήξη του πάγου μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μετρήστε τη θερμότητα από χημικές αντιδράσεις.

Ειδική θερμότητα μιας ουσίας

Η ειδική θερμότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία ενός γραμμαρίου μιας ουσίας κατά ένα βαθμό Κελσίου.

Ο τύπος για την ειδική θερμότητα είναι: 

Η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται ή απελευθερώνεται =μάζα x ειδική θερμότητα x μεταβολή της θερμοκρασίας.

Η ειδική θερμοχωρητικότητα (Cp) μιας ουσίας είναι η θερμοχωρητικότητα ενός δείγματος της ουσίας διαιρούμενη με τη μάζα του δείγματος. Η ειδική θερμότητα είναι επίσης γνωστή ως θερμοχωρητικότητα μάζας. Η μονάδα SI ειδικής θερμοχωρητικότητας είναι joule ανά Kelvin ανά χιλιόγραμμο, J⋅kg−1⋅K−1. Μερικές από τις χρήσεις ειδικής θερμότητας στην καθημερινή ζωή είναι ουσίες με μικρή ειδική θερμοχωρητικότητα, είναι χρήσιμες ως υλικό σε μαγειρικά εργαλεία όπως τηγάνια, κατσαρόλες, βραστήρες. Καθώς όταν εφαρμόζεται μικρή ποσότητα θερμότητας θερμαίνεται γρήγορα.

Συμπέρασμα

Η θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα θερμότερο σώμα σε ένα άλλο ψυχρότερο σώμα ως αποτέλεσμα διαφοράς θερμοκρασίας. Εάν δύο σώματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες έρθουν μαζί, μεταφέρεται ενέργεια, που σημαίνει ότι η θερμότητα ρέει από το θερμότερο σώμα στο ψυχρότερο, έτσι ώστε να μπορεί να επιτευχθεί κάποια σταθερότητα. Η θερμική ενέργεια είναι το αποτέλεσμα της κίνησης μικροσκοπικών σωματιδίων που ονομάζονται άτομα, μόρια ή ιόντα σε στερεά, υγρά και αέρια. Αυτή η μεταφορά μεταξύ των δύο αντικειμένων ονομάζεται θερμότητα.