ऊष्मा क्षमता

ऊष्मा क्षमता या ऊष्मीय क्षमता पदार्थ की एक भौतिक मात्रा है जिसे किसी वस्तु को उसके तापमान में एक इकाई परिवर्तन उत्पन्न करने के लिए आपूर्ति की जाने वाली ऊष्मा की मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है। ताप क्षमता की इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली जूल प्रति केल्विन (J/K) है।

ताप क्षमता एक व्यापक संपत्ति है। संबंधित गहन संपत्ति विशिष्ट ताप क्षमता है, जो किसी वस्तु की ताप क्षमता को उसके द्रव्यमान से विभाजित करके पाई जाती है। मोल्स (ईकाई) में पदार्थ की मात्रा से ऊष्मा क्षमता को विभाजित करने से इसकी दाढ़ ताप क्षमता प्राप्त होती है। वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता प्रति आयतन ताप क्षमता को मापती है। वास्तुकला और असैनिक इंजीनियरिंग में एक इमारत की ताप क्षमता को अधिकांशतः इसके तापीय द्रव्यमान के रूप में संदर्भित किया जाता है।

परिभाषा

मूल परिभाषा

$C$ द्वारा निरूपित किसी वस्तु की ऊष्मा क्षमता सीमा है

$C=\lim _{\Delta T\to 0}{\frac {\Delta Q}{\Delta T}},$

जहाँ $\Delta Q$ उष्मा की वह मात्रा है जिसे वस्तु (द्रव्यमान M) में जोड़ा जाना चाहिए जिससे उसका तापमान $\Delta T$ तक बढ़ाया जा सकता है ।

इस पैरामीटर का मान सामान्यतः प्रारंभिक तापमान के आधार पर अधिक भिन्न होता है $T$ वस्तु और दबाव का $P$ उस पर आवेदन किया। विशेष रूप से, यह आम तौर पर पिघलने या वाष्पीकरण जैसे चरण संक्रमणों के साथ नाटकीय रूप से भिन्न होता है (संलयन की तापीय धारिता और वाष्पीकरण की तापीय धारिता देखें)। इसलिए उन दो चरों का एक कार्य $C(P,T)$ माना जाना चाहिए ।

तापमान के साथ भिन्नता

पानी की विशिष्ट ताप क्षमता

तापमान और दबाव की संकीर्ण सीमा में वस्तुओं के साथ काम करते समय भिन्नता को संदर्भों में अनदेखा किया जा सकता है। उदाहरण के लिए एक पाउंड (द्रव्यमान) वजन वाले लोहे के ब्लॉक की ताप क्षमता लगभग 204 J/K होती है, जब इसे प्रारंभिक तापमान T = 25 °C और P = 1 atm दबाव से मापा जाता है। यह अनुमानित मान 15 डिग्री सेल्सियस और 35 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान और 0 से 10 वायुमंडल के आसपास के दबावों के लिए पर्याप्त है क्योंकि उन श्रेणियों में स्पष्ट मान बहुत कम भिन्न होता है।कोई विश्वास कर सकता है कि 204 J का समान ताप इनपुट ब्लॉक के तापमान को 15 °C से 16 °C तक बढ़ा देगा या नगण्य त्रुटि के साथ 34 °C से 35 °C तक बढ़ा देगा।

विभिन्न थर्मोडायनामिक प्रक्रियाओं से गुजरने वाली एक सजातीय प्रणाली की ताप क्षमता

स्थिर दाब पर, δQ = dU + PdV (समदाबीय प्रक्रिया)

ऊष्मप्रवैगिकी के पहले नियम के अनुसार निरंतर दबाव पर प्रणाली को आपूर्ति की गई ऊष्मा किए गए कार्य (थर्मोडायनामिक्स) और आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन दोनों में योगदान करती है। ताप क्षमता को $C_{P}.$ कहा जाता है और इसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

स्थिर आयतन पर, dV = 0, δQ = dU (आइसोकोरिक प्रक्रिया)

निरंतर आयतन पर एक प्रक्रिया से गुजरने वाली प्रणाली का अर्थ है कि कोई विस्तार कार्य नहीं किया गया है इसलिए आपूर्ति की गई ऊष्मा केवल आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन में योगदान करती है। इस तरह से प्राप्त ऊष्मा क्षमता को $C_{V}.$ दर्शाया जाता है। $C_{V}$ का मान सदैव ${}_{}$