Siltumietilpība

Siltumietilpība — fizikāls lielums, kas raksturo to siltuma daudzumu, kas jāpievada ķermenim, lai tā temperatūra palielinātos par vienu kelvinu.^[1][2]

${\displaystyle C={\delta Q \over dT}}$

Daudzos svarīgos gadījumos ķermeņa temperatūras paaugstināšanās ir tieši proporcionāla tam pievadītajam siltuma daudzumam un ķermeņa siltumietilpība paliek kā konstants (nemainīgs) lielums. Vispārīgajā gadījumā ķermeņa siltumietilpība var būt atkarīga no ķermeņa stāvokļa parametriem, piemēram, no tā temperatūras vai tilpuma konkrētā brīdī.^[1][2]

Īpatnējā, molārā, tilpuma siltumietilpība

Ir acīmredzami, ka, jo lielāka ir ķermeņa masa, jo lielāks būs nepieciešams siltuma daudzums tā sasildīšanai, tāpēc siltumietilpība ir proporcionāla vielas daudzumam, kas atrodas ķermenī. Vielas daudzums var būt aprakstīts ar masu vai molu daudzumu. Tāpēc ir ērti aprēķinos lietot īpatnējo siltumietilpību (ķermeņa vienas masas daļiņas siltumietilpību):

${\displaystyle c={C \over m}}$

un molāro siltumietilpību (viena vielas mola siltumietilpību):

${\displaystyle C_{\mu }={C \over \nu }}$

kur ${\displaystyle \nu ={m \over \mu }}$ — vielas daudzums ķermenī (kg/mol); ${\displaystyle m}$ — ķermeņa masa (kg); ${\displaystyle \mu }$ — vielas molārā masa jeb molmasa (mol). Molārā un īpatnējā siltumietilpība ir saistīta ar sakarību ${\displaystyle C_{\mu }=c\mu }$^[1][2].

Tilpuma siltumietilpība (ķermeņa vienas tilpuma daļiņas siltumpietilpība):

${\displaystyle C'={C \over V}}$

Siltumietilpība dažādiem procesiem un vielas stāvokļiem

Siltumietilpība ir definēta kā vielām dažādos agregātstāvokļos (cietiem ķermeņiem, šķidrumiem, gāzēm), tā arī daļiņu grupām, ansambļiem un kvazidaļiņām (metālu fizikā, piemēram, runa ir par elektronu gāzes siltumietilpību).

Ideālās gāzes siltumietilpība

Pamatraksts: Ideālās gāzes siltumietilpība

Siltumietilpība sistēmai savstarpēji nesaistītām daļinām (piemēram, ideālai gāzei) tiek noteikta ar brīvības pakāpju skaitu.

Molārā siltumietilpība pie nemainīga tilpuma (V=const.):

${\displaystyle C_{V}={dU \over dT}={\frac {i}{2}}R}$

kur ${\displaystyle R}$ ≈ 8,31 J/(mol·K) — universālā gāzes konstante, ${\displaystyle i}$ — molekulas brīvības pakāpju skaits^[1][2].

Molārā siltumietilpība pie nemainīga spiediena (p=const.)^[1][2]:

${\displaystyle C_{P}={dU \over dT}+{PdV \over dT}={{i+2} \over 2}R}$

Adiabātes pakāpes rādītājs

Pamatraksts: Adiabātes pakāpes rādītājs

Adiabātes pakāpes rādītājs (dažreiz saukts par Puasona koeficientu) — attiecība starp siltumietilpību pie nemainīga spiediena (${\displaystyle C_{P}}$) pret siltumietilpību pie nemainīga tilpuma (${\displaystyle C_{V}}$). Siltumtehnikā tiek izmantots latīņu burts ${\displaystyle k}$ ^[3].

Vienādojums:

${\displaystyle \gamma ={\frac {C_{P}}{C_{V}}}={\frac {c_{P}}{c_{V}}},}$

kur:

${\displaystyle C}$ — gāzes siltumietilpība,

${\displaystyle c}$ — gāzes īpatnējā siltumietilpība,

indeksi ${\displaystyle _{P}}$ un ${\displaystyle _{V}}$ apzīmē nosacījumu p=const. un v=const. atbilstoši.

Īpatnējās siltumietilpības vērtības dažām vielām un būvmateriāliem

Tiek atspoguļotas īpatnējās siltumietilpības vērtības pie nemainīga spiediena (c_p).

Tabula I: Standarta īpatnējās siltumietilpības vērtības

Viela	Agregātstāvoklis	Īpatnējā Siltumietilpība, kJ/(kg·K)
Ūdeņradis	gāze	14,304[4]
Amonjaks	gāze	4,359—5,475
Hēlijs	gāze	5,193[4]
Ūdens (300 К, 27 °C)	šķidrums	4,1806[5]
Litijs	ciets ķermenis	3,582[4]
Etanols	šķidrums	2,438[6]
Ledus (273 К, 0 °C)	ciets ķermenis	2,11[7]
Ūdens tvaiks (373 К, 100 °C)	gāze	2,0784[5]
Naftas eļļas	šķidrums	1,670—2,010
Berilijs	ciets ķermenis	1,825[4]
Slāpeklis	gāze	1,040[4]
Gaiss (100 % mitrums)	gāze	1,030
Gaiss (sauss, 300 К, 27 °C)	gāze	1,007[8]
Skābeklis (O2)	gāze	0,918[4]
Alumīnijs	ciets ķermenis	0,897[4]
Grafīts	ciets ķermenis	0,709[4]
Kvarca stikls	ciets ķermenis	0,703
Čuguns	ciets ķermenis	0,540
Dimants	ciets ķermenis	0,502
Tērauds	ciets ķermenis	0,462
Dzelzs	ciets ķermenis	0,449[4]
Varš	ciets ķermenis	0,385[4]
Misiņš	ciets ķermenis	0,370
Molibdēns	ciets ķermenis	0,251[4]
Alva (balta)	ciets ķermenis	0,227[4]
Dzīvsudrabs	šķidrums	0,140[4]
Volframs	ciets ķermenis	0,132[4]
Svins	ciets ķermenis	0,130[4]
Zelts	ciets ķermenis	0,129[4]
Vērtības ir norāditas pie standartnosacījumiem (T = +25 °C, P = 100 kPa), ja tas nav norunāts īpaši.

Tabula II: Īpatnējās siltumietilpības vērtības dažiem būvmateriāliem

Viela	Īpatnējā siltumietilpība kJ/(kg·K)
Koksne	1,700
Ģipsis	1,090
Asfalts	0,920
Betons	0,880
Marmors	0,880
Stikls logu	0,840
Ķieģelis keramiskais sarkanais	0,840 — 0,880[9]
Ķieģelis silikātu	0,750 — 0,840[9]
Smiltis	0,835
Augsne	0,800
Granīts	0,790
Tērauds	0,470

Atsauces

1. Никеров. В. А. Физика: учебник и практикум для академического бакалавриата. — Юрайт, 2015. — С. 127—129. — 415 с. — ISBN 978-5-9916-4820-2.
2. Ильин В. А. Физика: учебник и практикум для прикладного бакалавриата. — Юрайт, 2016. — С. 142—143. — 399 с. — ISBN 978-5-9916-6343-4.
3. Fox, R., A. McDonald, P. Pritchard: Introduction to Fluid Mechanics 6th ed. Wiley
4. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
5. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
6. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
7. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
8. CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
9. http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/strojmaterialy/plotnost-i-teploemkost-kirpicha