Capacitat tèrmica
quocient entre la quantitat d'energia calorífica transferida a un cos en un procés qualsevol i el canvi de temperatura que experimenta / From Wikipedia, the free encyclopedia
La capacitat tèrmica[1] o capacitat calorífica (normalment denotada per una C sovint amb subíndexs) és la magnitud física mesurable que caracteritza la quantitat de calor necessària per canviar la temperatura d'una substància una quantitat determinada. Les unitats de la capacitat tèrmica en el Sistema Internacional d'Unitats és el joule per kelvin (J·K-1).
Unitats | joule per kelvin difference (en) i kilogram square metre per square second kelvin (en) |
---|---|
Fórmula |
Les magnituds derivades que especifiquen la capacitat tèrmica com una propietat intensiva (és a dir, independent de la mida de la mostra) són la capacitat tèrmica molar –capacitat tèrmica per mol d'una substància pura– i la capacitat tèrmica específica (també anomenada simplement calor específica) –capacitat tèrmica per unitat de massa del material. També s'usa esporàdicament, en contexts d'enginyeria, la capacitat tèrmica volumètrica.
La temperatura reflecteix l'energia cinètica mitjana de les partícules en matèria mentre que la calor consisteix en la transferència d'energia tèrmica de regions d'alta temperatura a regions de baixa temperatura. L'energia tèrmica transmesa per calor s'emmagatzema en forma d'energia cinètica en àtoms que es mouen i molècules que roten. Addicionalment, l'energia tèrmica també es pot emmagatzemar en forma d'energia potencial associada amb modes de vibració d'alta energia. La translació, rotació i la combinació dels dos tipus d'energia en vibració (cinètica i potencial) dels àtoms representen els graus de llibertat del moviment que contribueixen a la capacitat tèrmica de la matèria atòmica. En una escala microscòpica, cada partícula del sistema absorbeix energia tèrmica entre els pocs graus de llibertat que té disponibles i, en temperatures prou elevades, aquest procés contribueix a la capacitat tèrmica específica que s'aproxima a un valor per mol de partícules establert per la llei de Dulong-Petit. El límit, que està situat a uns 25 joules per kelvin per cada mol d'àtoms, és aconseguit per moltes substàncies sòlides a temperatura ambient (vegeu la taula a sota).
A causa de raons mecanicoquàntiques, a qualsevol temperatura donada alguns d'aquests graus de llibertat poden no estar disponibles –o estar disponibles tan sols parcialment– per a emmagatzemar energia. En aquests casos, la capacitat tèrmica específica serà una fracció del màxim. Mentre la temperatura s'aproxima al zero absolut, la capacitat tèrmica específica del sistema també s'aproxima a zero a causa de la pèrdua de graus de llibertat disponibles. Es pot usar la teoria quàntica per predir quantitativament les capacitats tèrmiques específiques en sistemes simples.