Měrná tepelná kapacita
Měrné teplo (s) je zvláštní typ tepelné kapacity. Měrné teplo je termodynamická vlastnost, která udává množství tepla potřebné ke zvýšení teploty jedné jednotky hmotnosti látky o jeden stupeň. U látek se vyskytují různá rozmezí hodnot měrného tepla v závislosti na tom, do jaké míry absorbují teplo. Termín tepelná kapacita může být zavádějící, protože teplo q je označení pro přírůstek nebo úbytek energie přes bariéru látky nebo systému v důsledku zvýšení, resp. snížení teploty. Změny teploty jsou ve skutečnosti změny energie. Proto jsou měrné teplo a jiné formy tepelné kapacity přesnějšími měřítky schopnosti látky přijímat energii při zvyšování teploty látky.
Jednotky
Jednotky jsou velmi důležité pro vyjádření jakékoli termodynamické vlastnosti; totéž platí pro měrné teplo. Energie ve formě tepla se vyjadřuje v joulech (J) nebo kilojoulech (kJ), což jsou nejběžnější jednotky spojené s energií. Jedna jednotka hmotnosti se s ohledem na měrné teplo měří v gramech nebo kilogramech. Na jeden gram je standardní forma používaná v tabulkách hodnot měrného tepla, ale někdy se lze setkat s odkazy používajícími jeden kilogram. Jeden stupeň teploty se měří buď na Celsiově, nebo Kelvinově stupnici, obvykle však na stupnici Celsia. Nejčastěji se pak pro měrné teplo používají jednotky J/(g-°C).
Faktory, které určují měrné teplo
Teplota a tlak
Dva faktory, které mění měrné teplo materiálu, jsou tlak a teplota. Měrné teplo je definováno při standardním, konstantním tlaku (obvykle atmosférickém tlaku) materiálů a obvykle se uvádí při teplotě 25 °C (298,15 K). Standardní teplota se používá proto, že měrné teplo je závislé na teplotě a může se měnit při různých hodnotách teploty. Měrné teplo se označuje jako intenzivní vlastnost (en:Intensive and extensive properties intensive property.) Dokud jsou teplota a tlak na standardních referenčních hodnotách a nedochází k fázovým změnám, zůstává hodnota měrného tepla jakéhokoli materiálu konstantní bez ohledu na hmotnost přítomného materiálu .
Energetické stupně volnosti
Velký vliv na velikost měrného tepla materiálu mají na molekulární úrovni energetické en:Stupně volnosti (fyzika a chemie) stupně volnosti, které má materiál k dispozici ve fázi (pevné, kapalné nebo plynné), v níž se nachází. Energetické stupně volnosti jsou čtyř typů: translační, rotační, vibrační a elektronické. K dosažení každého stupně volnosti je zapotřebí minimální množství energie. Množství energie, které lze v látce uložit, proto závisí na typu a počtu energetických stupňů volnosti, které se na látce podílejí při dané teplotě. Kapaliny mají obecně více nízkoenergetických módů a více energetických stupňů volnosti než pevné látky a většina plynů. Tento širší rozsah možností v rámci stupňů volnosti obvykle vytváří větší měrné teploty pro kapalné látky než pro pevné látky nebo plyny. Tento trend lze pozorovat v en:Heat capacity#Table of specific heat capacities Tabulka měrných tepelných kapacita porovnáním kapalné vody s pevnou vodou (ledem), mědí, cínem, kyslíkem a grafitem.
Použití
Měrné teplo se používá k výpočtu množství tepla absorbovaného při přidání energie do materiálu nebo látky zvýšením teploty v definovaném rozsahu. Výpočet množství tepla nebo energie přidané do materiálu je poměrně snadný proces, pokud je zaznamenána počáteční a konečná teplota materiálu, je uvedena hmotnost materiálu a je známo měrné teplo. Aby bylo možné přesně provést výpočet tepla, musí být měrné teplo, hmotnost materiálu a teplotní stupnice ve stejných jednotkách.
Rovnice pro výpočet tepla (q) je následující:
Q = s × m × ΔT
V rovnici s je měrné teplo v (J/g-°C). m je hmotnost látky v gramech. ΔT označuje změnu teploty (°C) pozorovanou v látce. Podle konvence se od konečné teploty po zahřátí odečte počáteční teplota látky, takže ΔT je v rovnici TFinal -TInitial. Dosazením všech hodnot do rovnice a jejich vynásobením se zruší jednotky hmotnosti a teploty a zůstanou příslušné jednotky joulů pro teplo. Výpočty, jako je tento, jsou užitečné v en:Calorimetry calorimetry
