Wärmekapazität

Verhältnis von zugeführter Wärme und daraus resultierender Temperaturerhöhung
Physikalische Größe
Name Wärmekapazität
Formelzeichen
Größen- und
Einheitensystem
Einheit Dimension
SI J·K−1 L2·M·T−2·Θ−1

Die Wärmekapazität eines Körpers ist das Verhältnis der ihm zugeführten Wärme zu der damit bewirkten Temperaturerhöhung ():[1]

Die Einheit der Wärmekapazität ist J/K.

Je nachdem, ob isochores (konstantes Volumen) oder isobares (konstanter Druck) Arbeiten vorliegt, muss die isochore

oder isobare Wärmekapazität

verwendet werden. Hierbei entspricht der inneren Energie und der Enthalpie.[1][2]

Bei homogenen Körpern lässt sich die Wärmekapazität als Produkt der spezifischen Wärmekapazität und der Masse des Körpers berechnen,

oder auch als Produkt seiner molaren Wärmekapazität und seiner Stoffmenge :[1]

Sowohl die spezifische als auch die molare Wärmekapazität sind Materialkonstanten und in einschlägigen Nachschlagewerken tabelliert.

Die Wärmekapazität ist eine extensive Zustandsgröße, kann also für einen Körper, der aus Teilen zusammengesetzt ist, als Summe der jeweiligen Wärmekapazitäten seiner Teile berechnet werden. Für die Gesamtwärmekapazität ergibt sich daher:

Für Schichtsysteme wie z. B. Wandkonstruktionen wird die Wärmekapazität pro Flächeneinheit angegeben, in J/(m2·K), für Meterware wie z. B. extrudierte Kühlkörper pro Längeneinheit, in J/(m·K).

Ermittlung der Wärmekapazität im Mischungsversuch Bearbeiten

Die experimentelle Bestimmung der Wärmekapazität eines Körpers zeigt den Umgang mit dieser Größe in der folgenden Beispielrechnung:

Der Körper wird zunächst so lange in kochendes Wasser ( ) gelegt, bis er selbst diese Temperatur angenommen hat. Dann überführt man ihn in ein Kalorimeter, in dem sich   Wasser mit der Temperatur von   befindet. Es stellt sich eine Mischungstemperatur von   ein.

Das Wasser hat sich also um   (oder  ) erwärmt.

Mit der bekannten spezifischen Wärmekapazität von Wasser ( ) berechnet sich die vom Wasser aufgenommene Wärme zu

 .

Diese Wärmemenge hat der Körper bei seiner Abkühlung um   (oder  ) an das Wasser abgegeben, also ist  . Folglich beträgt die Wärmekapazität des Körpers:

 

Siehe auch Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. a b c Gerd Wedler: Lehrbuch der Physikalischen Chemie. 6., vollst. überarb. u. aktualis. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-32909-0.
  2. Hermann Weingärtner: Chemische Thermodynamik Einführung für Chemiker und Chemieingenieure. 1. Auflage. Stuttgart 2003, ISBN 978-3-519-03534-3.