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Die spezifische Wärmekapazität wird durch die Formel bestimmt. Spezifische Wärmekapazität: Definition, Bedeutungen, Beispiele. Spezifische Wärmekapazität von Gasen und Dämpfen

Die Veränderung der inneren Energie durch Arbeitsleistung wird durch die Arbeitsmenge charakterisiert, d.h. Arbeit ist ein Maß für die Veränderung der inneren Energie in einem bestimmten Prozess. Die Änderung der inneren Energie eines Körpers während der Wärmeübertragung wird durch eine Größe charakterisiert, die als Wärmemenge bezeichnet wird.

ist eine Änderung der inneren Energie eines Körpers beim Prozess der Wärmeübertragung ohne Arbeitsleistung. Die Wärmemenge wird durch den Buchstaben angegeben Q .

Arbeit, innere Energie und Wärme werden in den gleichen Einheiten gemessen – Joule ( J), wie jede Art von Energie.

Bei thermischen Messungen wurde früher als Einheit der Wärmemenge eine spezielle Energieeinheit verwendet – die Kalorie ( Kot), gleich die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad Celsius zu erhitzen (genauer gesagt von 19,5 bis 20,5 °C). Insbesondere diese Einheit wird derzeit bei der Berechnung des Wärmeverbrauchs (Wärmeenergie) in Mehrfamilienhäusern verwendet. Das mechanische Äquivalent von Wärme wurde experimentell ermittelt – der Zusammenhang zwischen Kalorien und Joule: 1 Kal. = 4,2 J.

Wenn ein Körper eine bestimmte Wärmemenge überträgt, ohne Arbeit zu verrichten, erhöht sich seine innere Energie; wenn der Körper eine bestimmte Wärmemenge abgibt, verringert sich seine innere Energie.

Wenn Sie 100 g Wasser in zwei identische Gefäße mit der gleichen Temperatur gießen, in das eine und 400 g in das andere, und diese auf identische Brenner stellen, kocht das Wasser im ersten Gefäß früher. Je größer also die Körpermasse, desto mehr Wärme benötigt sie zum Aufwärmen. Dasselbe gilt auch für die Kühlung.

Die zum Erhitzen eines Körpers erforderliche Wärmemenge hängt auch von der Art der Substanz ab, aus der der Körper besteht. Diese Abhängigkeit der zum Erhitzen eines Körpers erforderlichen Wärmemenge von der Art des Stoffes wird durch eine physikalische Größe namens charakterisiert spezifische Wärmekapazität Substanzen.

ist eine physikalische Größe, die der Wärmemenge entspricht, die 1 kg eines Stoffes zugeführt werden muss, um ihn um 1 °C (oder 1 K) zu erhitzen. 1 kg Stoff setzt bei Abkühlung um 1 °C die gleiche Wärmemenge frei.

Die spezifische Wärmekapazität wird mit dem Buchstaben bezeichnet Mit. Die Einheit der spezifischen Wärmekapazität ist 1 J/kg °C oder 1 J/kg °K.

Die spezifische Wärmekapazität von Stoffen wird experimentell bestimmt. Flüssigkeiten haben eine höhere spezifische Wärmekapazität als Metalle; Wasser hat die höchste spezifische Wärme, Gold hat eine sehr kleine spezifische Wärme.

Da die Wärmemenge gleich der Änderung der inneren Energie des Körpers ist, können wir sagen, dass die spezifische Wärmekapazität angibt, wie stark sich die innere Energie ändert 1 kg Substanz, wenn sich ihre Temperatur ändert 1 °C. Insbesondere erhöht sich die innere Energie von 1 kg Blei um 140 J, wenn es um 1 °C erhitzt wird, und verringert sich um 140 J, wenn es abgekühlt wird.

Q erforderlich, um einen Massekörper zu erhitzen M auf Temperatur t 1 °C bis zur Temperatur t 2 °C, ist gleich dem Produkt aus der spezifischen Wärmekapazität des Stoffes, der Körpermasse und der Differenz zwischen End- und Anfangstemperatur, d.h.

Q = c ∙ m (t 2 - t 1)

Die gleiche Formel wird verwendet, um die Wärmemenge zu berechnen, die ein Körper beim Abkühlen abgibt. Nur in diesem Fall sollte die Endtemperatur von der Anfangstemperatur abgezogen werden, d. h. Subtrahieren Sie die kleinere Temperatur von der größeren Temperatur.

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In der heutigen Lektion werden wir ein physikalisches Konzept wie die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes vorstellen. Wir erfahren, dass es von den chemischen Eigenschaften des Stoffes abhängt und dass sein Wert, der in den Tabellen zu finden ist, für verschiedene Stoffe unterschiedlich ist. Anschließend lernen wir die Maßeinheiten und die Formel zur Ermittlung der spezifischen Wärmekapazität kennen und lernen außerdem, die thermischen Eigenschaften von Stoffen anhand des Wertes ihrer spezifischen Wärmekapazität zu analysieren.

Kalorimeter(von lat. Kalorien– Wärme und metor- messen) - ein Gerät zur Messung der bei einem physikalischen, chemischen oder biologischen Prozess freigesetzten oder absorbierten Wärmemenge. Der Begriff „Kalorimeter“ wurde von A. Lavoisier und P. Laplace vorgeschlagen.

Das Kalorimeter besteht aus einem Deckel, einem Innen- und einem Außenglas. Bei der Konstruktion des Kalorimeters ist es sehr wichtig, dass zwischen den kleineren und größeren Gefäßen eine Luftschicht vorhanden ist, die aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit für eine schlechte Wärmeübertragung zwischen dem Inhalt und der Außenumgebung sorgt. Durch diese Konstruktion können Sie das Kalorimeter als eine Art Thermoskanne betrachten und den Einfluss der äußeren Umgebung auf die Wärmeaustauschprozesse im Kalorimeter praktisch beseitigen.

Das Kalorimeter ist für genauere Messungen der spezifischen Wärmekapazitäten und anderer thermischer Parameter von Körpern als in der Tabelle angegeben bestimmt.

Kommentar. Es ist wichtig zu beachten, dass ein Konzept wie die Wärmemenge, die wir sehr oft verbrauchen, nicht mit der inneren Energie des Körpers verwechselt werden sollte. Die Wärmemenge wird genau durch die Änderung der inneren Energie bestimmt und nicht durch ihren spezifischen Wert.

Beachten Sie, dass die spezifische Wärmekapazität verschiedener Stoffe unterschiedlich ist, was aus der Tabelle (Abb. 3) ersichtlich ist. Gold hat beispielsweise eine spezifische Wärmekapazität. Wie bereits erwähnt, bedeutet die physikalische Bedeutung dieses Wertes der spezifischen Wärmekapazität, dass zum Erhitzen von 1 kg Gold um 1 °C 130 J Wärme zugeführt werden müssen (Abb. 5).

Reis. 5. Spezifische Wärmekapazität von Gold

In der nächsten Lektion besprechen wir die Berechnung des Wertes der Wärmemenge.

AufführenLiteratur

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Physik 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Physik 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Physik 8. - M.: Aufklärung.

Internetportal „vactekh-holod.ru“ ()

Hausaufgaben

/(kg·K) usw.

Die spezifische Wärmekapazität wird üblicherweise mit Buchstaben angegeben C oder MIT, oft mit Indizes.

Die spezifische Wärmekapazität wird von der Temperatur des Stoffes und anderen thermodynamischen Parametern beeinflusst. Beispielsweise liefert die Messung der spezifischen Wärmekapazität von Wasser bei 20 °C und 60 °C unterschiedliche Ergebnisse. Darüber hinaus hängt die spezifische Wärmekapazität davon ab, wie sich die thermodynamischen Parameter des Stoffes (Druck, Volumen usw.) ändern dürfen; zum Beispiel spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck ( C P) und bei konstantem Volumen ( LEBENSLAUF) sind im Allgemeinen unterschiedlich.

Formel zur Berechnung der spezifischen Wärmekapazität:

$c=\frac(Q)( m\Updelta T),$ Wo C- spezifische Wärmekapazität, Q- die Wärmemenge, die ein Stoff beim Erhitzen aufnimmt (oder beim Abkühlen abgibt), M- Masse der erhitzten (gekühlten) Substanz, Δ T- der Unterschied zwischen der End- und der Anfangstemperatur des Stoffes.

Die spezifische Wärmekapazität kann von der Temperatur abhängen (und hängt im Prinzip streng genommen immer mehr oder weniger stark ab), daher ist die folgende Formel mit kleinen (formal unendlich kleinen) Werten korrekter: $\delta T$ Und $\delta Q$ :

$c(T) = \frac 1 (m) \left(\frac(\delta Q)(\delta T)\right).$

Spezifische Wärmewerte für einige Stoffe

(Für Gase wird die spezifische Wärmekapazität in einem isobaren Prozess (C p) angegeben)

Tabelle I: Standardwerte der spezifischen Wärmekapazität

Substanz	Aggregatzustand	Spezifisch Wärmekapazität, kJ/(kg·K)
luftgetrocknet)	Gas	1,005
Luft (100 % Luftfeuchtigkeit)	Gas	1,0301
Aluminium	solide	0,903
Beryllium	solide	1,8245
Messing	solide	0,37
Zinn	solide	0,218
Kupfer	solide	0,385
Molybdän	solide	0,250
Stahl	solide	0,462
Diamant	solide	0,502
Ethanol	flüssig	2,460
Gold	solide	0,129
Graphit	solide	0,720
Helium	Gas	5,190
Wasserstoff	Gas	14,300
Eisen	solide	0,444
führen	solide	0,130
Gusseisen	solide	0,540
Wolfram	solide	0,134
Lithium	solide	3,582
	flüssig	0,139
Stickstoff	Gas	1,042
Erdöle	flüssig	1,67 - 2,01
Sauerstoff	Gas	0,920
Quarzglas	solide	0,703
Wasser 373 K (100 °C)	Gas	2,020
Wasser	flüssig	4,187
Eis	solide	2,060
Bierwürze	flüssig	3,927
Sofern nicht anders angegeben, basieren die Werte auf Standardbedingungen.

Tabelle II: Spezifische Wärmekapazitätswerte für einige Baumaterialien

Substanz	Spezifisch Wärmekapazität kJ/(kg·K)
Asphalt	0,92
Vollziegel	0,84
Kalksandstein	1,00
Beton	0,88
Kronglas (Glas)	0,67
Flintglas)	0,503
Fensterglas	0,84
Granit	0,790
Speckstein	0,98
Gips	1,09
Marmor, Glimmer	0,880
Sand	0,835
Stahl	0,47
die Erde	0,80
Holz	1,7

siehe auch

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Anmerkungen

Literatur

Tabellen physikalischer Größen. Handbuch, hrsg. I. K. Kikoina, M., 1976.
Sivukhin D.V. Allgemeiner Kurs in Physik. - T. II. Thermodynamik und Molekularphysik.
E. M. Lifshits // unter. Hrsg. A. M. Prochorowa Physische Enzyklopädie. - M.: „Sowjetische Enzyklopädie“, 1998. - T. 2.<

Auszug zur Charakterisierung der spezifischen Wärmekapazität

- Funktioniert es? – Natasha wiederholte.
– Ich erzähle dir von mir. Ich hatte einen Cousin...
- Ich weiß - Kirilla Matveich, aber er ist ein alter Mann?
– Es war nicht immer ein alter Mann. Aber hier ist was, Natasha, ich werde mit Borya reden. Er muss nicht so oft reisen...
- Warum sollte er es nicht tun, wenn er möchte?
- Weil ich weiß, dass dies zu nichts führen wird.
- Warum weißt du es? Nein, Mama, du sagst es ihm nicht. Was für ein Unsinn! - sagte Natasha im Ton einer Person, der man sein Eigentum wegnehmen will.
„Nun, ich werde nicht heiraten, also lass ihn gehen, wenn er Spaß hat und ich Spaß habe.“ – Natasha lächelte und sah ihre Mutter an.
„Nicht verheiratet, einfach so“, wiederholte sie.
- Wie ist das, mein Freund?
- Ja ja. Nun, es ist sehr notwendig, dass ich nicht heirate, aber... also.
„Ja, ja“, wiederholte die Gräfin und lachte, ihren ganzen Körper schüttelnd, mit einem freundlichen, unerwarteten Lachen einer alten Frau.
„Hör auf zu lachen, hör auf“, rief Natasha, „du schüttelst das ganze Bett.“ Du siehst mir furchtbar ähnlich, derselbe Lacher... Warte... - Sie ergriff beide Hände der Gräfin, küsste den kleinen Fingerknochen auf der einen Seite - Juni, und küsste weiterhin Juli und August auf der anderen Seite. - Mama, ist er sehr verliebt? Wie wäre es mit deinen Augen? Warst du so verliebt? Und sehr süß, sehr, sehr süß! Aber es ist nicht ganz mein Geschmack – es ist schmal, wie eine Tischuhr... Verstehst du das nicht?... Eng, weißt du, grau, hell...
- Warum lügst du! - sagte die Gräfin.
Natasha fuhr fort:
- Verstehst du das wirklich nicht? Nikolenka würde es verstehen... Der Ohrlose ist blau, dunkelblau mit rot, und er ist viereckig.
„Sie flirten auch mit ihm“, sagte die Gräfin lachend.
- Nein, er ist Freimaurer, wie ich herausgefunden habe. Es ist schön, dunkelblau und rot, wie kann ich es dir erklären ...
„Gräfin“, war die Stimme des Grafen hinter der Tür zu hören. - Schläfst du nicht? – Natasha sprang barfuß auf, schnappte sich ihre Schuhe und rannte in ihr Zimmer.
Sie konnte lange Zeit nicht schlafen. Sie dachte ständig, dass niemand alles verstehen könnte, was sie verstand und was in ihr war.
„Sonja?“ dachte sie und betrachtete die schlafende, zusammengerollte Katze mit ihrem riesigen Zopf. „Nein, wohin soll sie gehen!“ Sie ist tugendhaft. Sie hat sich in Nikolenka verliebt und will nichts anderes mehr wissen. Mama versteht es auch nicht. Es ist erstaunlich, wie schlau ich bin und wie ... sie süß ist“, fuhr sie fort, sprach in der dritten Person zu sich selbst und stellte sich vor, dass ein sehr kluger, klügster und nettester Mann über sie sprach ... „Alles, alles ist in ihr , - fuhr dieser Mann fort, - sie ist ungewöhnlich klug, süß und dann gut, ungewöhnlich gut, geschickt, schwimmt, reitet ausgezeichnet und hat eine Stimme! Man könnte sagen, eine erstaunliche Stimme!“ Sie sang ihre Lieblingsmusikphrase aus der Cherubini-Oper, warf sich auf das Bett, lachte mit dem freudigen Gedanken, dass sie gleich einschlafen würde, rief Dunyasha zu, sie solle die Kerze löschen, und bevor Dunyasha Zeit hatte, den Raum zu verlassen, verließ sie war bereits in eine andere, noch glücklichere Traumwelt übergegangen, in der alles so einfach und wunderbar war wie in der Realität, aber es war nur noch besser, weil es anders war.

Am nächsten Tag lud die Gräfin Boris zu sich ein, sprach mit ihm und von diesem Tag an hörte er auf, die Rostows zu besuchen.

Am 31. Dezember, am Silvesterabend 1810, le reveillon [Abendessen], fand im Haus von Catherines Adligem ein Ball statt. Das diplomatische Korps und der Souverän sollten am Ball sein.
An der Promenade des Anglais erstrahlte das berühmte Haus eines Adligen in unzähligen Lichtern. Am beleuchteten Eingang mit einem roten Tuch stand die Polizei, und zwar nicht nur Gendarmen, sondern auch der Polizeichef am Eingang und Dutzende Polizisten. Die Wagen fuhren los, und neue fuhren vor, mit roten Lakaien und Lakaien mit Federhüten. Männer in Uniformen, mit Sternen und Ordensbändern stiegen aus den Waggons; Damen in Satin und Hermelin stiegen vorsichtig die lärmenden Stufen hinab und schritten eilig und schweigend am Stoff des Eingangs entlang.
Fast jedes Mal, wenn eine neue Kutsche ankam, gab es ein Raunen in der Menge und es wurden Hüte abgenommen.
„Souverän?... Nein, Minister... Prinz... Gesandter... Sehen Sie die Federn nicht?...“, sagte die Menge. Einer aus der Menge, besser gekleidet als die anderen, schien jeden zu kennen und nannte die edelsten Adligen dieser Zeit beim Namen.
Zu diesem Ball war bereits ein Drittel der Gäste eingetroffen, und die Rostows, die eigentlich bei diesem Ball sein sollten, bereiteten sich noch eilig auf das Einkleiden vor.
In der Familie Rostow gab es viele Gespräche und Vorbereitungen für diesen Ball, es gab viele Befürchtungen, dass die Einladung nicht angenommen würde, das Kleid nicht fertig wäre und nicht alles nach Bedarf funktionieren würde.
Zusammen mit den Rostows ging Marya Ignatievna Peronskaya, eine Freundin und Verwandte der Gräfin, eine dünne und gelbe Trauzeugin des alten Hofes, die die Rostower Provinz in der höchsten St. Petersburger Gesellschaft anführte, zum Ball.
Um 10 Uhr abends sollten die Rostows die Trauzeugin im Taurischen Garten abholen; und doch war es schon fünf Minuten vor zehn, und die jungen Damen waren noch nicht angezogen.
Natasha ging zum ersten großen Ball in ihrem Leben. An diesem Tag stand sie um 8 Uhr morgens auf und war den ganzen Tag in fieberhafter Angst und Aktivität. Ihre ganze Kraft war vom Morgen an darauf gerichtet, dafür zu sorgen, dass sie alle: sie, Mutter, Sonya, bestmöglich gekleidet waren. Sonya und die Gräfin vertrauten ihr vollkommen. Die Gräfin sollte ein Masaka-Samtkleid tragen, die beiden trugen weiße, rauchige Kleider auf rosa, seidenen Überzügen mit Rosen im Oberteil. Die Haare mussten a la grecque [auf Griechisch] gekämmt werden.
Alles Wesentliche war bereits erledigt: Beine, Arme, Hals, Ohren wurden bereits besonders sorgfältig, wie bei einem Ballsaal, gewaschen, parfümiert und gepudert; sie trugen bereits Seide, Netzstrümpfe und weiße Satinschuhe mit Schleifen; die Frisuren waren fast fertig. Sonya war mit dem Ankleiden fertig, und die Gräfin tat es auch; aber Natasha, die für alle arbeitete, geriet in Rückstand. Sie saß immer noch vor dem Spiegel und hatte ein Peignoir über ihre schlanken Schultern gelegt. Sonya, bereits angezogen, stand mitten im Raum und steckte mit schmerzhaftem Druck mit ihrem kleinen Finger das letzte quietschende Band unter die Nadel.

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Ursprünglicher Wert

Umgerechneter Wert

Joule pro Kilogramm pro Kelvin Joule pro Kilogramm pro °C Joule pro Gramm pro °C Kilojoule pro Kilogramm pro Kelvin Kilojoule pro Kilogramm pro °C Kalorie (IT) pro Gramm pro °C Kalorie (IT) pro Gramm pro °F Kalorie ( therm. ) pro Gramm pro °C Kilokalorie (int.) pro kg pro °C Kalorie (therm.) pro kg pro °C Kilokalorie (int.) pro kg pro Kelvin Kilokalorie (int.) pro kg pro Kelvin kgf-Meter pro Kilogramm pro Kelvin Pfund-Kraft Fuß pro Pfund pro °Rankine BTU (int.) pro Pfund pro °F BTU (therm.) pro Pfund pro °F BTU (int.) pro Pfund pro °Rankine BTU (int.) pro Pfund pro °Rankine BTU (int.) pro Pfund pro °C Celsius warm. Einheiten pro Pfund pro °C

Massenkonzentration in Lösung

Mehr zur spezifischen Wärmekapazität

allgemeine Informationen

Moleküle bewegen sich unter dem Einfluss von Wärme – diese Bewegung nennt man molekulare Diffusion. Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller bewegen sich die Moleküle und desto intensiver erfolgt die Diffusion. Die Bewegung von Molekülen wird nicht nur von der Temperatur beeinflusst, sondern auch vom Druck, der Viskosität einer Substanz und ihrer Konzentration, dem Diffusionswiderstand, der Entfernung, die Moleküle bei ihrer Bewegung zurücklegen, und ihrer Masse. Wenn wir beispielsweise vergleichen, wie der Diffusionsprozess in Wasser und in Honig abläuft, wenn alle anderen Variablen außer der Viskosität gleich sind, dann ist es offensichtlich, dass sich Moleküle in Wasser schneller bewegen und diffundieren als in Honig, da Honig eine höhere Viskosität hat.

Moleküle brauchen Energie, um sich zu bewegen, und je schneller sie sich bewegen, desto mehr Energie benötigen sie. Eine der hier genutzten Energiearten ist Wärme. Das heißt, wenn Sie in einer Substanz eine bestimmte Temperatur aufrechterhalten, bewegen sich die Moleküle, und wenn die Temperatur erhöht wird, beschleunigt sich die Bewegung. Energie in Form von Wärme wird durch die Verbrennung von Brennstoffen wie Erdgas, Kohle oder Holz gewonnen. Wenn Sie mehrere Substanzen mit der gleichen Energiemenge erhitzen, erhitzen sich einige Substanzen aufgrund der stärkeren Diffusion wahrscheinlich schneller als andere. Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität beschreiben genau diese Eigenschaften von Stoffen.

Spezifische Wärme bestimmt, wie viel Energie (also Wärme) erforderlich ist, um die Temperatur eines Körpers oder Stoffes einer bestimmten Masse um einen bestimmten Betrag zu ändern. Diese Eigenschaft unterscheidet sich von Wärmekapazität, die die Energiemenge bestimmt, die erforderlich ist, um die Temperatur eines gesamten Körpers oder einer Substanz auf eine bestimmte Temperatur zu ändern. Bei der Berechnung der Wärmekapazität wird im Gegensatz zur spezifischen Wärmekapazität die Masse nicht berücksichtigt. Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität werden nur für Stoffe und Körper in einem stabilen Aggregatzustand berechnet, beispielsweise für Feststoffe. In diesem Artikel werden beide Konzepte in ihrer Wechselbeziehung erläutert.

Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität von Materialien und Stoffen

Metalle

Metalle haben eine sehr starke Molekülstruktur, da der Abstand zwischen den Molekülen in Metallen und anderen Feststoffen viel kleiner ist als in Flüssigkeiten und Gasen. Aus diesem Grund können sich Moleküle nur über sehr kurze Distanzen bewegen, und um sie mit höheren Geschwindigkeiten zu bewegen, ist dementsprechend viel weniger Energie erforderlich als bei Molekülen von Flüssigkeiten und Gasen. Aufgrund dieser Eigenschaft ist ihre spezifische Wärmekapazität gering. Dies bedeutet, dass es sehr einfach ist, die Temperatur des Metalls zu erhöhen.

Wasser

Andererseits hat Wasser auch im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten eine sehr hohe spezifische Wärmekapazität, so dass viel mehr Energie benötigt wird, um eine Masseneinheit Wasser um ein Grad zu erhitzen, verglichen mit Substanzen, die eine geringere spezifische Wärmekapazität haben. Aufgrund der starken Bindungen zwischen den Wasserstoffatomen im Wassermolekül verfügt Wasser über eine hohe Wärmekapazität.

Wasser ist einer der Hauptbestandteile aller lebenden Organismen und Pflanzen auf der Erde, daher spielt seine spezifische Wärmekapazität eine wichtige Rolle für das Leben auf unserem Planeten. Aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität des Wassers ändert sich die Temperatur der Flüssigkeit bei Pflanzen und die Temperatur der Hohlraumflüssigkeit im Körper von Tieren selbst an sehr kalten oder sehr heißen Tagen kaum.

Wasser stellt ein System zur Aufrechterhaltung des thermischen Regimes sowohl bei Tieren und Pflanzen als auch auf der Erdoberfläche insgesamt dar. Ein großer Teil unseres Planeten ist mit Wasser bedeckt, daher spielt Wasser eine große Rolle bei der Regulierung von Wetter und Klima. Auch wenn durch den Einfluss der Sonnenstrahlung eine große Wärmemenge auf die Erdoberfläche gelangt, steigt die Temperatur des Wassers in den Ozeanen, Meeren und anderen Gewässern allmählich an und auch die Umgebungstemperatur ändert sich langsam. Andererseits ist der Einfluss der Wärmeintensität der Sonnenstrahlung auf die Temperatur auf Planeten ohne große, mit Wasser bedeckte Oberflächen wie der Erde oder in Gebieten der Erde, in denen Wasser knapp ist, groß. Dies fällt besonders auf, wenn man sich den Unterschied zwischen Tag- und Nachttemperaturen ansieht. In der Nähe des Ozeans ist der Unterschied zwischen Tag- und Nachttemperaturen beispielsweise gering, in der Wüste jedoch enorm.

Die hohe Wärmekapazität von Wasser führt auch dazu, dass sich Wasser nicht nur langsam erwärmt, sondern auch langsam abkühlt. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Wasser häufig als Kältemittel, also als Kühlmittel, eingesetzt. Darüber hinaus ist die Nutzung von Wasser aufgrund seines niedrigen Preises rentabel. In kalten Klimazonen wird heißes Wasser zum Heizen in Rohren zirkuliert. Gemischt mit Ethylenglykol wird es in Autokühlern zur Kühlung des Motors verwendet. Solche Flüssigkeiten werden Frostschutzmittel genannt. Die Wärmekapazität von Ethylenglykol ist geringer als die Wärmekapazität von Wasser, daher ist auch die Wärmekapazität einer solchen Mischung geringer, was bedeutet, dass die Effizienz eines Kühlsystems mit Frostschutzmittel ebenfalls geringer ist als die eines Systems mit Wasser. Aber das muss man in Kauf nehmen, denn Ethylenglykol verhindert, dass Wasser im Winter gefriert und die Kanäle des Kühlsystems des Autos beschädigt. Kühlmitteln für kältere Klimazonen wird mehr Ethylenglykol zugesetzt.

Wärmekapazität im Alltag

Unter sonst gleichen Bedingungen bestimmt die Wärmekapazität von Materialien, wie schnell sie sich erwärmen. Je höher die spezifische Wärme, desto mehr Energie wird zum Erhitzen des Materials benötigt. Das heißt, wenn zwei Stoffe mit unterschiedlicher Wärmekapazität mit der gleichen Wärmemenge und unter den gleichen Bedingungen erhitzt werden, dann erwärmt sich der Stoff mit der geringeren Wärmekapazität schneller. Materialien mit hoher Wärmekapazität hingegen erwärmen sich und geben die Wärme langsamer an die Umgebung ab.

Küchenutensilien und Geschirr

Am häufigsten wählen wir Materialien für Geschirr und Küchenutensilien nach ihrer Wärmekapazität aus. Dies gilt vor allem für Gegenstände, die direkt mit Hitze in Berührung kommen, wie Töpfe, Teller, Backformen und ähnliche Utensilien. Beispielsweise ist es für Töpfe und Pfannen besser, Materialien mit geringer Wärmekapazität, wie zum Beispiel Metalle, zu verwenden. Dadurch wird die Wärme einfacher und schneller von der Heizung über die Pfanne auf die Speisen übertragen und der Garvorgang beschleunigt.

Da Materialien mit hoher Wärmekapazität andererseits die Wärme lange speichern, eignen sie sich gut zur Isolierung, also wenn es darum geht, die Wärme von Produkten zu speichern und zu verhindern, dass sie an die Umgebung entweicht oder umgekehrt , um zu verhindern, dass die Raumwärme die gekühlten Produkte erwärmt. Am häufigsten werden solche Materialien für Teller und Tassen verwendet, in denen heiße oder umgekehrt sehr kalte Speisen und Getränke serviert werden. Sie tragen nicht nur dazu bei, die Temperatur des Produkts aufrechtzuerhalten, sondern verhindern auch, dass sich Menschen verbrennen. Keramik- und expandiertes Polystyrolgeschirr sind gute Beispiele für die Verwendung solcher Materialien.

Isolierende Lebensmittel

Abhängig von einer Reihe von Faktoren, wie zum Beispiel dem Wasser- und Fettgehalt von Lebensmitteln, variieren deren Wärmekapazität und spezifische Wärmekapazität. Beim Kochen ermöglicht die Kenntnis der Wärmekapazität von Lebensmitteln die Verwendung einiger Produkte zur Isolierung. Wenn Sie isolierende Produkte über andere Lebensmittel legen, können die darunter liegenden Lebensmittel die Wärme länger speichern. Verfügt das Geschirr unter diesen wärmeisolierenden Produkten über eine hohe Wärmekapazität, dann geben sie die Wärme langsam an die Umgebung ab. Sobald sie gut aufgewärmt sind, verlieren sie dank der darüber liegenden Isolierprodukte noch langsamer Wärme und Wasser. Dadurch bleiben sie länger heiß.

Ein Beispiel für ein wärmeisolierendes Lebensmittel ist Käse, insbesondere auf Pizza und ähnlichen Gerichten. Solange es nicht geschmolzen ist, lässt es Wasserdampf durch, sodass die darunter liegenden Lebensmittel schnell abkühlen können, da das darin enthaltene Wasser verdunstet und so die darin enthaltenen Lebensmittel abkühlt. Geschmolzener Käse bedeckt die Oberfläche der Schüssel und isoliert die darunter liegenden Lebensmittel. Käse enthält oft Lebensmittel mit einem hohen Wassergehalt, wie zum Beispiel Soßen und Gemüse. Dadurch verfügen sie über eine hohe Wärmekapazität und speichern die Wärme lange, insbesondere weil sie unter geschmolzenem Käse liegen, der keinen Wasserdampf abgibt. Deshalb kommt die Pizza so heiß aus dem Ofen, dass man sich leicht an der Soße oder dem Gemüse verbrennen kann, selbst wenn der Teig an den Rändern bereits abgekühlt ist. Die Oberfläche der Pizza unter dem Käse kühlt lange Zeit nicht ab, was die Lieferung der Pizza in einem gut isolierten Thermobeutel zu Ihnen nach Hause ermöglicht.

Einige Rezepte verwenden Soßen auf die gleiche Weise wie Käse, um die darunter liegenden Lebensmittel zu isolieren. Je höher der Fettanteil in der Soße ist, desto besser isoliert sie die Speisen – Soßen auf Butter- oder Sahnebasis eignen sich in diesem Fall besonders gut. Dies liegt wiederum daran, dass Fett die Verdunstung von Wasser und damit den Entzug der für die Verdunstung erforderlichen Wärme verhindert.

Beim Kochen werden teilweise Materialien zur Wärmedämmung verwendet, die nicht für Lebensmittel geeignet sind. Köche in Mittelamerika, auf den Philippinen, in Indien, Thailand, Vietnam und vielen anderen Ländern verwenden zu diesem Zweck häufig Bananenblätter. Sie können nicht nur im Garten gesammelt, sondern auch in einem Geschäft oder auf einem Markt gekauft werden – zu diesem Zweck werden sie sogar in Länder importiert, in denen keine Bananen angebaut werden. Manchmal wird Aluminiumfolie zur Isolierung verwendet. Es verhindert nicht nur die Verdunstung von Wasser, sondern trägt auch dazu bei, die Wärme im Inneren zu speichern, indem es die Wärmeübertragung in Form von Strahlung verhindert. Wenn Sie die Flügel und andere hervorstehende Teile des Vogels beim Backen in Folie einwickeln, verhindert die Folie, dass sie überhitzen und verbrennen.

Essen zubereiten

Lebensmittel mit hohem Fettgehalt, wie zum Beispiel Käse, haben eine geringe Wärmekapazität. Sie erhitzen sich mit weniger Energie stärker als Lebensmittel mit einer hohen Wärmekapazität und erreichen Temperaturen, die hoch genug sind, dass die Maillard-Reaktion auftritt. Die Maillard-Reaktion ist eine chemische Reaktion, die zwischen Zuckern und Aminosäuren stattfindet und den Geschmack und das Aussehen von Lebensmitteln verändert. Diese Reaktion ist bei einigen Kochmethoden wichtig, beispielsweise beim Backen von Brot und Gebäck aus Mehl, beim Backen von Speisen im Ofen und beim Braten. Um die Temperatur von Lebensmitteln auf die Temperatur zu erhöhen, bei der diese Reaktion stattfindet, werden beim Kochen Lebensmittel mit einem hohen Fettgehalt verwendet.

Zucker beim Kochen

Die spezifische Wärme von Zucker ist sogar niedriger als die von Fett. Da sich Zucker schnell auf Temperaturen erwärmt, die über dem Siedepunkt von Wasser liegen, erfordert die Verwendung von Zucker in der Küche die Einhaltung von Sicherheitsregeln, insbesondere bei der Zubereitung von Karamell oder Süßigkeiten. Sie müssen beim Schmelzen von Zucker äußerst vorsichtig sein und dürfen ihn nicht auf ungeschützte Haut verschütten, da die Temperatur des Zuckers 175 °C (350 °F) erreicht und die Verbrennung durch den geschmolzenen Zucker sehr schwerwiegend sein kann. In manchen Fällen ist es notwendig, die Konsistenz des Zuckers zu überprüfen, dies sollte jedoch niemals mit bloßen Händen erfolgen, wenn der Zucker erhitzt wird. Man vergisst oft, wie schnell und wie heiß sich Zucker erhitzen kann, weshalb man sich verbrennt. Je nachdem, wofür der geschmolzene Zucker verwendet wird, können Konsistenz und Temperatur wie unten beschrieben mit kaltem Wasser überprüft werden.

Die Eigenschaften von Zucker und Zuckersirup verändern sich je nach Kochtemperatur. Heißer Zuckersirup kann dünn sein, wie der dünnste Honig, dick oder irgendwo zwischen dünn und dick. Rezepte für Bonbons, Karamellbonbons und süße Soßen geben in der Regel nicht nur die Temperatur an, auf die der Zucker oder Sirup erhitzt werden soll, sondern auch den Härtegrad des Zuckers, beispielsweise den „Soft-Ball“-Stadium oder den „Hard-Ball“-Stadium . Der Name jeder Stufe entspricht der Konsistenz des Zuckers. Um die Konsistenz zu bestimmen, tropft der Konditor ein paar Tropfen Sirup in Eiswasser und kühlt sie ab. Anschließend wird die Konsistenz durch Anfassen überprüft. Wenn der abgekühlte Sirup beispielsweise eingedickt, aber nicht ausgehärtet ist, sondern weich bleibt und sich zu einer Kugel formen lässt, wird davon ausgegangen, dass sich der Sirup im Stadium „weiche Kugel“ befindet. Lässt sich die Form des gefrorenen Sirups nur sehr schwer formen, lässt sich aber noch per Hand verändern, dann handelt es sich um das Stadium der „harten Kugel“. Konditoren verwenden häufig ein Lebensmittelthermometer und prüfen die Konsistenz des Zuckers auch manuell.

Lebensmittelsicherheit

Wenn Sie die Wärmekapazität von Produkten kennen, können Sie bestimmen, wie lange sie gekühlt oder erhitzt werden müssen, um eine Temperatur zu erreichen, bei der sie nicht verderben und bei der körperschädigende Bakterien abgetötet werden. Um beispielsweise eine bestimmte Temperatur zu erreichen, brauchen Lebensmittel mit einer höheren Wärmekapazität länger zum Abkühlen oder Erhitzen als Lebensmittel mit einer niedrigen Wärmekapazität. Das heißt, die Garzeit eines Gerichts hängt davon ab, welche Produkte darin enthalten sind und wie schnell das Wasser daraus verdunstet. Die Verdunstung ist wichtig, da sie viel Energie erfordert. Um zu überprüfen, auf welche Temperatur ein Gericht oder ein darin befindliches Lebensmittel erhitzt ist, wird häufig ein Lebensmittelthermometer verwendet. Besonders praktisch ist die Verwendung beim Garen von Fisch, Fleisch und Geflügel.

Mikrowellen

Wie effektiv ein Mikrowellenherd Lebensmittel erhitzt, hängt unter anderem von der spezifischen Wärmekapazität der Lebensmittel ab. Die vom Magnetron eines Mikrowellenherds erzeugte Mikrowellenstrahlung bewirkt, dass sich Moleküle aus Wasser, Fett und einigen anderen Substanzen schneller bewegen, wodurch sich Lebensmittel erhitzen. Fettmoleküle sind aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität leicht beweglich, weshalb fetthaltige Lebensmittel höhere Temperaturen erreichen als Lebensmittel, die viel Wasser enthalten. Die erreichte Temperatur kann so hoch sein, dass sie für die Maillard-Reaktion ausreicht. Produkte mit hohem Wassergehalt erreichen aufgrund der hohen Wärmekapazität des Wassers solche Temperaturen nicht und daher findet bei ihnen die Maillard-Reaktion nicht statt.

Die hohen Temperaturen, die Mikrowellenfett erreicht, können auf einigen Lebensmitteln, wie z. B. Speck, eine knusprige Kruste erzeugen. Diese Temperaturen können jedoch bei der Verwendung von Mikrowellenöfen gefährlich sein, insbesondere wenn Sie die in der Bedienungsanleitung beschriebenen Anweisungen zur Verwendung des Ofens nicht befolgen. Wenn Sie zum Beispiel fetthaltige Speisen im Ofen erhitzen oder garen, sollten Sie auf Utensilien aus Kunststoff verzichten, da selbst Mikrowellengeschirr nicht dafür ausgelegt ist, den Temperaturen standzuhalten, die Fett erreicht. Denken Sie auch daran, dass fetthaltige Speisen sehr heiß sind, und essen Sie diese vorsichtig, um sich nicht zu verbrennen.

Spezifische Wärmekapazität von Materialien, die im Alltag verwendet werden

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Die Wärmemenge, bei deren Aufnahme die Körpertemperatur um ein Grad ansteigt, wird als Wärmekapazität bezeichnet. Nach dieser Definition.

Wärmekapazität pro Masseneinheit wird genannt Spezifisch Wärmekapazität. Man nennt die Wärmekapazität pro Mol Backenzahn Wärmekapazität.

Die Wärmekapazität wird also durch das Konzept der Wärmemenge bestimmt. Letzteres hängt aber ebenso wie die Arbeit vom Prozess ab. Das bedeutet, dass die Wärmekapazität auch vom Prozess abhängt. Es ist unter verschiedenen Bedingungen möglich, Wärme abzugeben – den Körper zu erwärmen. Allerdings erfordert der gleiche Anstieg der Körpertemperatur unter unterschiedlichen Bedingungen unterschiedliche Wärmemengen. Folglich können Körper nicht durch eine Wärmekapazität charakterisiert werden, sondern durch unzählige Zahlen (so viele, wie man sich alle Arten von Prozessen vorstellen kann, bei denen Wärmeübertragung stattfindet). In der Praxis verwenden sie jedoch meist die Definition von zwei Wärmekapazitäten: Wärmekapazität bei konstantem Volumen und Wärmekapazität bei konstantem Druck.

Die Wärmekapazität variiert je nach den Bedingungen, unter denen der Körper erhitzt wird – bei konstantem Volumen oder konstantem Druck.

Erfolgt die Erwärmung eines Körpers bei konstantem Volumen, d.h. dV= 0, dann ist die Arbeit Null. In diesem Fall dient die auf den Körper übertragene Wärme nur dazu, seine innere Energie zu verändern. dQ= dE, und in diesem Fall ist die Wärmekapazität gleich der Änderung der inneren Energie bei einer Temperaturänderung um 1 K, d.h.

.Wegen Gas
, Das
.Diese Formel bestimmt die Wärmekapazität von 1 Mol eines idealen Gases, genannt molar. Wenn ein Gas bei konstantem Druck erhitzt wird, verändert sich sein Volumen; die dem Körper zugeführte Wärme dient nicht nur der Erhöhung seiner inneren Energie, sondern auch der Verrichtung von Arbeit, d. h. dQ= dE+ PdV. Wärmekapazität bei konstantem Druck
.

Für ein ideales Gas PV= RT Und deswegen PdV= RdT.

Unter Berücksichtigung dessen finden wir
.Attitüde
ist eine für jedes Gas charakteristische Größe und wird durch die Anzahl der Freiheitsgrade der Gasmoleküle bestimmt. Die Messung der Wärmekapazität eines Körpers ist somit eine Möglichkeit, die mikroskopischen Eigenschaften seiner Molekülbestandteile direkt zu messen.

F
Die Formeln für die Wärmekapazität eines idealen Gases beschreiben das Experiment annähernd korrekt, hauptsächlich für einatomige Gase. Nach den oben erhaltenen Formeln sollte die Wärmekapazität nicht von der Temperatur abhängen. Tatsächlich wird das in Abb. gezeigte Bild beobachtet, das experimentell für zweiatomiges Wasserstoffgas erhalten wurde. In Abschnitt 1 verhält sich das Gas wie ein Teilchensystem mit ausschließlich translatorischen Freiheitsgraden; in Abschnitt 2 wird Bewegung angeregt, die mit Rotationsfreiheitsgraden verbunden ist; und schließlich erscheinen in Abschnitt 3 zwei Schwingungsfreiheitsgrade. Die Stufen auf der Kurve stimmen gut mit Formel (2.35) überein, zwischen ihnen steigt jedoch die Wärmekapazität mit der Temperatur, was einer nicht ganzzahligen variablen Anzahl von Freiheitsgraden entspricht. Dieses Verhalten der Wärmekapazität weist darauf hin, dass die Idee eines idealen Gases, die wir zur Beschreibung der realen Eigenschaften eines Stoffes verwenden, unzureichend ist.