Mit der spezifischen Wärmekapazität von Stoffen befassen wir uns in diesem Artikel. Dabei befassen wir uns auch mit verschiedenen Übertragungsverfahren von Wärme und nennen auch passende Beispiele und Formeln. Dieser Artikel gehört zum Bereich Thermodynamik.
Die spezifische Wärmekapazität - welche in Formeln als "c" bezeichnet wird - ist eine Stoffkonstante. Sie gibt an, wie viel Wärme von einem Körper aufgenommen oder abgegeben werden muss, damit sich die Temperatur von 1kg des Stoffes um 1 Grad Celsius ändert. Die spezifische Wärmekapazität ist von Stoff zu Stoff unterschiedlich, bei Wasser beträgt sie c = 4190J · kg-1K-1.
Die spezifische Wärmekapazität findet Einzug in die Formel zur Grundgleichung der Wärmelehre. Damit kann die Wärme berechnet werden, die ein Körper aufnimmt oder abgibt. Die Formel darf nur eingesetzt werden, wenn sich der Aggregatzustand des Körpers nicht verändert ( Lesetipp: Aggregatzustand ). Die Formel zur Berechnung lautet dann:
Dabei ist:
Beispiel:
Zwei Liter Wasser sollen von 20 Grad auf 80 Grad erwärmt werden. Welche Wärme ist dafür nötig?
Lösung: Die Menge Wasser kann direkt als Gewicht angegeben werden, da 2 Liter Wasser einer Masse von 2kg entsprechen, damit ist m = 2kg. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser entnimmt man einer Tabelle und beträgt c = 4190J · kg-1K-1. Die Temperaturdifferenz beträgt 60 Grad Celsius, was auch 60 Kelvin entspricht.
Die spezifische Wärmekapazität wird auch für die Mischtemperatur von zwei Stoffen / Körpern benötigt. Es gilt: Haben zwei Körper unterschiedlicher Temperatur Kontakt, so gibt der Körper mit höherer Temperatur Wärme an den Körper mit niedriger Temperatur ab. Der kältere Körper wird dadurch wärmer, der wärmere wird kälter. Dieser Vorgang läuft solange ab, bis beide Körper die gleiche Temperatur erreichen. Die abgegebene Wärme ist gleich der aufgenommenen Wärme. Die Mischtemperatur lässt sich wie folgt berechnen:
Dabei ist:
Sofern c1 = c2 ist ( sprich zwei gleiche Stoffe vermischt werden und damit die gleiche spezifische Wärmekapazität aufweisen ) vereinfacht sich die Formel zu:
Beispiel:
Wir mischen 12 Liter Wasser mit einer Temperatur von 20 Grad Celsius mit 18 Litern Wasser mit einer Temperatur von 40 Grad Celsius. Welche Endtemperatur stellt sich ein?
Lösung: Dem Text entnehmen wir m1 = 12kg, T1 = 20C, m2 =18kg und T2=40C und setzen dies in die Formeln ein.
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