ความร้อนจำเพาะกับความจุความร้อน: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ความร้อนจำเพาะและความจุความร้อนสัมพันธ์กับปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสาร ความร้อนจำเพาะหมายถึงปริมาณความร้อนที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิของสารหนึ่งหน่วยมีมวลเพิ่มขึ้น 1 องศาเซลเซียส ในขณะที่ความจุความร้อนคือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างทั้งหมดขึ้น 1 องศาเซลเซียส

ประเด็นที่สำคัญ

1. ความร้อนจำเพาะคือปริมาณที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของสารหนึ่งกรัมขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส
2. ความจุความร้อนคือปริมาณความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิของวัตถุขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส
3. แม้ว่าความร้อนจำเพาะเป็นคุณสมบัติของสาร ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับมวลและองค์ประกอบของวัตถุ

ความร้อนจำเพาะเทียบกับความจุความร้อน

ความจุความร้อนจำเป็นต้องทำให้สารเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่กำหนด ความร้อนจำเพาะคือปริมาณที่ต้องทำให้อุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่กำหนด โดยมีหน่วยวัดเป็น (J/kg/K) เป็นคุณสมบัติเข้มข้น โดยไม่ขึ้นกับปริมาณของสารที่กำลังพิจารณา

ตารางเปรียบเทียบ

ลักษณะ	ความร้อนจำเพาะ (c)	ความจุความร้อน (C)
คำนิยาม	ปริมาณพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการเพิ่มอุณหภูมิ มวล 1 หน่วย ของสารโดย 1 การศึกษาระดับปริญญา (เซลเซียสหรือเคลวิน)	ปริมาณพลังงานความร้อนทั้งหมดที่ต้องใช้ในการทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น ปริมาณวัสดุ by 1 การศึกษาระดับปริญญา
ขึ้นอยู่กับ	ประเภทวัสดุ	ประเภทวัสดุ และมวล
หน่วย (เอสไอ)	J/kg⋅K (จูลต่อกิโลกรัมต่อเคลวิน)	J/K (จูลต่อเคลวิน)
ข้อมูลที่ให้ไว้	บอกคุณว่าวัสดุต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการอุ่นเครื่องต่อมวลหนึ่งหน่วย	บอกให้คุณทราบถึงความร้อนทั้งหมดที่จำเป็นในการอุ่นวัสดุตามจำนวนที่กำหนด
ตัวอย่าง	น้ำ: 4.18 J/g°C = 4184 J/kg⋅K	น้ำ 100 กรัมที่อุณหภูมิ 20°C ต้องการ 16.7 kJ เพื่อให้มีอุณหภูมิถึง 30°C (C = mcΔT)

ความร้อนจำเพาะคืออะไร?

ความร้อนจำเพาะ แสดงด้วยสัญลักษณ์ Cเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของสารที่ใช้วัดปริมาณความสามารถในการดูดซับหรือปล่อยพลังงานความร้อน โดยจะวัดปริมาณพลังงานความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของมวลสารหนึ่งหน่วยขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส (หรือหนึ่งเคลวิน) ความร้อนจำเพาะแสดงเป็นหน่วยจูลต่อกรัมต่อองศาเซลเซียส (J/g°C) หรือจูลต่อกิโลกรัมต่อองศาเซลเซียส (J/kg°C)

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความร้อนจำเพาะ

เมื่อพลังงานความร้อนถูกส่งไปยังสาร อุณหภูมิของสารจะเพิ่มขึ้น ความร้อนจำเพาะของสารจะกำหนดว่าต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าใดเพื่อให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น สารที่มีความร้อนจำเพาะสูงต้องใช้พลังงานความร้อนมากขึ้นเพื่อเพิ่มอุณหภูมิเมื่อเทียบกับสารที่มีความร้อนจำเพาะต่ำ

ความสำคัญของความร้อนจำเพาะ

1. คุณสมบัติทางความร้อน: ความร้อนจำเพาะมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจพฤติกรรมทางความร้อนของวัสดุ ช่วยทำนายว่าสารตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างไร
2. การวัดความร้อน: ความร้อนจำเพาะเป็นสิ่งจำเป็นในการวัดปริมาณความร้อน ซึ่งเป็นศาสตร์ในการวัดการเปลี่ยนแปลงความร้อนในปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการทางกายภาพ การวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและทราบความร้อนจำเพาะของสารที่เกี่ยวข้อง ทำให้สามารถคำนวณปริมาณความร้อนที่ดูดซับหรือปล่อยออกมาได้
3. ภูมิอากาศและวิทยาศาสตร์โลก: ความร้อนจำเพาะมีอิทธิพลต่อสภาพอากาศและรูปแบบสภาพอากาศของชั้นบรรยากาศโลกและมหาสมุทร สารที่มีความร้อนจำเพาะสูง เช่น น้ำ สามารถกักเก็บพลังงานความร้อนได้จำนวนมาก ซึ่งช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบได้
4. วิศวกรรมและเทคโนโลยี: ความร้อนจำเพาะมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานทางวิศวกรรม เช่น การออกแบบระบบทำความร้อนและความเย็น การเลือกวัสดุสำหรับการก่อสร้าง และการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในกระบวนการต่างๆ

สูตรความร้อนจำเพาะ

ความร้อนจำเพาะ (C) ของสารสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

Q=mcΔT

ที่ไหน:

• Q คือปริมาณพลังงานความร้อนที่ถ่ายโอน (เป็นจูล)
• m คือมวลของสาร (เป็นกรัมหรือกิโลกรัม)
• c คือความร้อนจำเพาะของสาร (เป็น J/g°C หรือ J/kg°C)
• ΔT คือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (เป็นองศาเซลเซียสหรือเคลวิน)

ความจุความร้อนคืออะไร?

ความจุความร้อน แสดงด้วยสัญลักษณ์ Cp​ สำหรับแรงดันคงที่หรือ Cv​ สำหรับปริมาตรคงที่ คือการวัดปริมาณพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการทำให้อุณหภูมิของสารสูงขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส (หรือเคลวิน) แตกต่างจากความร้อนจำเพาะซึ่งหมายถึงความจุความร้อนต่อหน่วยมวลของสาร ความจุความร้อนหมายถึงพลังงานความร้อนทั้งหมดที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างทั้งหมด

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความจุความร้อน

ความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติที่ครอบคลุม ซึ่งหมายความว่าขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่มีอยู่ โดยคำนึงถึงผลรวมของมวลของสารและความร้อนจำเพาะ สารที่มีความจุความร้อนสูงกว่าจะต้องใช้พลังงานความร้อนมากขึ้นเพื่อเพิ่มอุณหภูมิเมื่อเทียบกับสารที่มีความจุความร้อนต่ำกว่า โดยไม่คำนึงถึงความร้อนจำเพาะของสารเหล่านั้น

ความสำคัญของความจุความร้อน

1. ที่เก็บความร้อน: ความจุความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดความสามารถในการกักเก็บความร้อนของวัสดุ สารที่มีความจุความร้อนสูง เช่น น้ำ สามารถกักเก็บพลังงานความร้อนได้จำนวนมาก ทำให้มีประโยชน์ในระบบกักเก็บพลังงานความร้อน
2. การควบคุมอุณหภูมิ: ความจุความร้อนมีอิทธิพลต่อความสามารถของสารในการรักษาอุณหภูมิให้คงที่ วัสดุที่มีความจุความร้อนสูงมีแนวโน้มที่จะแสดงโปรไฟล์อุณหภูมิที่เสถียรกว่า ซึ่งช่วยควบคุมความผันผวนของอุณหภูมิในสภาพแวดล้อม
3. กระบวนการทางวิศวกรรมและอุตสาหกรรม: การทำความเข้าใจความจุความร้อนของวัสดุถือเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานทางวิศวกรรมและอุตสาหกรรมต่างๆ ช่วยในการออกแบบระบบทำความร้อนและความเย็น การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการก่อสร้าง และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานในกระบวนการผลิต
4. อุณหพลศาสตร์: ความจุความร้อนเป็นแนวคิดพื้นฐานในอุณหพลศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการศึกษาการถ่ายเทความร้อนและการแลกเปลี่ยนพลังงานในระบบฟิสิกส์และเคมี มีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของกระบวนการทางความร้อน

ประเภทของความจุความร้อน

1. ความจุความร้อนแรงดันคงที่ (Cพี​): นี่แสดงถึงความจุความร้อนของสารภายใต้สภาวะความดันคงที่ โดยคำนึงถึงงานที่ทำโดยสารต่อแรงดันภายนอกในขณะที่สารขยายตัวหรือหดตัวในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนหรือความเย็น
2. ความจุความร้อนปริมาตรคงที่ (Cวี​): นี่แสดงถึงความจุความร้อนของสารภายใต้สภาวะของปริมาตรคงที่ ไม่รวมงานที่ทำกับแรงกดดันภายนอกโดยเน้นไปที่การเปลี่ยนแปลงพลังงานภายในของสารเท่านั้น

ความสัมพันธ์กับความร้อนจำเพาะ

ความจุความร้อน (C) ของสารสามารถคำนวณได้โดยใช้ความร้อนจำเพาะของสาร (c) และมวล (m) ด้วยสูตร:

C=mc

ที่ไหน:

• C คือความจุความร้อน (เป็นจูลต่อองศาเซลเซียสหรือเคลวิน)
• m คือมวลของสาร (เป็นกรัมหรือกิโลกรัม)
• c คือความร้อนจำเพาะของสาร (เป็น J/g°C หรือ J/kg°C)

ความแตกต่างหลักระหว่างความร้อนจำเพาะและความจุความร้อน

• คำนิยาม:
  • ความร้อนจำเพาะวัดปริมาณพลังงานความร้อนที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของมวลสารหนึ่งหน่วยขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียส (หรือเคลวิน)
  • ความจุความร้อนหมายถึงพลังงานความร้อนทั้งหมดที่จำเป็นในการเพิ่มอุณหภูมิของตัวอย่างทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงมวลของตัวอย่าง
• หน่วย:
  • ความร้อนจำเพาะแสดงเป็นหน่วยจูลต่อกรัมต่อองศาเซลเซียส (J/g°C) หรือจูลต่อกิโลกรัมต่อองศาเซลเซียส (J/kg°C)
  • ความจุความร้อนแสดงเป็นหน่วยจูลต่อองศาเซลเซียส (J/°C) หรือจูลต่อเคลวิน (J/K)
• ขึ้นอยู่กับปริมาณ:
  • ความร้อนจำเพาะเป็นสมบัติเข้มข้น ซึ่งหมายความว่าไม่ได้ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่มีอยู่ มันคงที่สำหรับสารที่กำหนด
  • ความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติที่ครอบคลุม ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่มีอยู่ มันเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของมวลของสาร
• การใช้งาน:
  • ความร้อนจำเพาะมักใช้ในการวิเคราะห์คุณสมบัติทางความร้อนของสารและในการทดลองเกี่ยวกับการวัดปริมาณความร้อน
  • ความจุความร้อนถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรม เช่น การออกแบบระบบทำความร้อนและความเย็น และในการกำหนดความสามารถในการกักเก็บความร้อนของวัสดุ

อ้างอิง

1. https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.4.2029
2. https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev.physchem.56.092503.141202

อัพเดตล่าสุด : 02 มีนาคม 2024