:For ein Tisch von volumetrischen Hitzekapazitäten, sieh Spezifische Hitze capacity#Table von spezifischen Hitzekapazitäten.

Volumetrische Hitzekapazität (VHC), auch genannte mit dem Volumen spezifische Hitzekapazität, beschreibt die Fähigkeit eines gegebenen Volumens einer Substanz, um innere Energie zu versorgen, während sie eine gegebene Temperaturänderung erlebt, aber ohne eine Phase-Änderung zu erleben. Es ist von der spezifischen Hitzekapazität verschieden, in der der VHC 'pro Einheit Volumen' Maß der Beziehung zwischen Thermalenergie und Temperatur eines Materials ist, während die spezifische Hitze 'pro Einheit' Massenmaß (oder gelegentlich pro Mahlzahn-Menge des Materials) ist. Wenn gegeben, ein spezifischer Hitzewert einer Substanz, man kann es zum VHC umwandeln, indem man die spezifische Hitze mit der Dichte der Substanz multipliziert.

Dulong und Petit haben 1818 vorausgesagt, dass das Produkt der festen Substanz-Dichte und spezifischen Hitzekapazität (ρc) für alle Festkörper unveränderlich sein würde. Das hat sich auf eine Vorhersage belaufen, dass die volumetrische Hitzekapazität in Festkörpern unveränderlich sein würde. 1819 haben sie gefunden, dass volumetrische Hitzekapazitäten nicht ziemlich unveränderlich waren, aber dass die unveränderlichste Menge die Hitzekapazität von Festkörpern war, die durch das gewagte Gewicht der Atome der Substanz, wie definiert, durch Dalton (das Dulong-Petit Gesetz) angepasst sind. Diese Menge war zur Hitzekapazität pro Atomgewicht proportional (oder pro Mahlzahn-Masse), der darauf hingewiesen hat, dass es die Hitzekapazität pro Atom ist (nicht pro Einheit des Volumens), der daran am nächsten ist, eine Konstante in Festkörpern zu sein. Schließlich (sieh die Diskussion in der Hitzekapazität), ist es klar geworden, dass Hitzekapazitäten pro Partikel für alle Substanzen in allen Staaten dasselbe, zu innerhalb eines Faktors zwei sind, so lange Temperaturen nicht in der kälteerzeugenden Reihe sind. Für sehr kalte Temperaturen nähert sich Hitzehöchstfall drastisch und schließlich Null, wie sich Temperatur Null nähert.

Die Hitzekapazität auf einer volumetrischen Basis in festen Materialien bei Raumtemperaturen und ändert sich oben weiter, von ungefähr 1.2 bis 4.5 MJ/m³K, aber das ist größtenteils wegen Unterschiede in der physischen Größe von Atomen. Sieh eine Diskussion im Atom. Atome ändern sich außerordentlich in der Dichte mit dem schwersten häufig dichter zu sein, und sind so am Aufnehmen desselben durchschnittlichen Volumens in Festkörpern näher als ihr massenallein würde voraussagen. Wenn alle Atome dieselbe Größe wären, würden Mahlzahn und volumetrische Hitzekapazität proportional sein und sich durch nur ein einzelnen unveränderlichen nachdenkenden Verhältnisse des "Atommahlzahn-Volumens" von Materialien (ihre Atomdichte) unterscheiden. Ein zusätzlicher Faktor für alle Typen von spezifischen Hitzekapazitäten (einschließlich des Mahlzahns spezifische Hitze) widerspiegelt dann weiter Grade der Freiheit, die für die Atome verfügbar ist, die die Substanz bei verschiedenen Temperaturen zusammensetzen.

Für Flüssigkeiten ist die volumetrische Hitzekapazität schmaler: in der Reihe 1.3 zu 1.9 MJ/m³K. Das widerspiegelt den bescheidenen Verlust von Graden der Freiheit für Partikeln in Flüssigkeiten im Vergleich zu Festkörpern. Für Benzin bei der Raumtemperatur ändert die Reihe von volumetrischen Hitzekapazitäten pro Atom (nicht pro Molekül) nur zwischen verschiedenem Benzin durch einen kleinen Faktor weniger als zwei, auf Grund dessen, dass in jedem idealen Benzin dasselbe Mahlzahn-Volumen hat. So besetzt jedes Gasmolekül dasselbe Mittelvolumen im ganzen idealen Benzin unabhängig vom Typ von Benzin (sieh kinetische Theorie). Diese Tatsache gibt jedes Gasmolekül hatte dasselbe wirksame "Volumen" im ganzen idealen Benzin (obwohl dieses Volumen/Molekül in Benzin viel größer ist, als Moleküle durchschnittlich in Festkörpern oder Flüssigkeiten besetzen). So in der Grenze des idealen Gasverhaltens (der vieles Benzin, das außer bei niedrigen Temperaturen und/oder Extremen des Drucks ungefähr ist), reduziert dieses Eigentum Unterschiede in der volumetrischen Gashitzekapazität zu einfachen Unterschieden in den Hitzekapazitäten von individuellen Molekülen. (Wie bemerkt, unterscheiden sich diese durch einen Faktor abhängig von den Graden der Freiheit, die für Partikeln innerhalb der Moleküle verfügbar ist).

Volumetrische Gashitzekapazitäten

Große komplizierte Gasmoleküle können hohe Hitzekapazitäten pro Maulwurf von Gasmolekülen haben, aber ihre Hitzekapazitäten pro Maulwurf von Gesamtgasatomen sind denjenigen von Flüssigkeiten und Festkörpern sehr ähnlich, wieder sich durch weniger als einen Faktor zwei pro Maulwurf von Atomen unterscheidend. Dieser Faktor zwei vertritt Schwinggrade der Freiheit, die in Festkörpern gegen Gasmoleküle von verschiedenen Kompliziertheiten verfügbar ist.

In monatomic Benzin (wie Argon) am Zimmer unveränderliches und Temperaturvolumen sind volumetrische Hitzekapazitäten alle sehr in der Nähe von 0.5 kJ/m³K, der dasselbe als der theoretische Wert von 3/2 RT pro kelvin pro Maulwurf von Gasmolekülen ist (waren R ist die Gaskonstante, und T ist Temperatur). Wie bemerkt, die viel niedrigeren Werte für die Gashitzekapazität in Bezug auf das Volumen im Vergleich zu Festkörpern (obwohl vergleichbarer, pro Maulwurf, sehen unten) Ergebnisse größtenteils aus der Tatsache, dass das Benzin unter Standardbedingungen aus dem größtenteils leeren Raum besteht (ungefähr 99.9 % des Volumens), der durch die Atomvolumina der Atome im Benzin nicht gefüllt wird. Da das Mahlzahn-Volumen von Benzin sehr ungefähr 1000mal mehr als das von Festkörpern und Flüssigkeiten ist, läuft das auf einen Faktor von ungefähr 1000 Verlust in der volumetrischen Hitzekapazität für Benzin, im Vergleich zu Flüssigkeiten und Festkörpern hinaus. Gashitzekapazitäten von Monatomic pro Atom (nicht pro Molekül) werden durch einen Faktor 2 hinsichtlich Festkörper wegen des Verlustes der Hälfte der potenziellen Grade der Freiheit pro Atom vermindert, um Energie in einem monatomic Benzin im Vergleich zur Rücksicht auf einen idealen Festkörper zu versorgen. Es gibt einen Unterschied in der Hitzekapazität von monatomic gegen polyatomaren gasses, und auch Gashitzekapazität ist in vielen Reihen für Polyatombenzin temperaturabhängig; diese Faktoren handeln zu bescheiden (bis zum besprochenen Faktor 2) Zunahme-Hitzekapazität pro Atom in Polyatombenzin im Vergleich zu monatomic Benzin. Volumetrische Hitzekapazitäten in Polyatombenzin ändern sich weit jedoch, da sie größtenteils von der Zahl von Atomen pro Molekül im Benzin abhängig sind, das der Reihe nach die Gesamtzahl von Atomen pro Volumen im Benzin bestimmt.

Die volumetrische Hitzekapazität wird definiert als, SI-Einheiten von J / zu haben (m³ · K). Es kann auch in Reichseinheiten von BTU / beschrieben werden (ft³ · F °).

Volumetrische Hitzekapazität in Festkörpern

Die Hauptteil-Dichte von Sincethe eines festen chemischen Elements ist stark mit seiner Mahlzahn-Masse verbunden (gewöhnlich ungefähr 3 R pro Maulwurf, wie bemerkt, oben), dort besteht erkennbare umgekehrte Korrelation zwischen einer Dichte eines Festkörpers und seiner spezifischen Hitzekapazität auf einer Basis pro Masse. Das ist wegen einer sehr ungefähren Tendenz von Atomen von den meisten Elementen, um über dieselbe Größe, trotz viel breiterer Schwankungen in der Dichte und dem Atomgewicht zu sein. Diese zwei Faktoren (Beständigkeit des Atomvolumens und Beständigkeit der mit dem Maulwurf spezifischen Hitzekapazität) laufen auf eine gute Korrelation zwischen dem Volumen jedes gegebenen festen chemischen Elements und seiner Gesamthitzekapazität hinaus. Eine andere Weise, das festzusetzen, ist, dass die mit dem Volumen spezifische Hitzekapazität (volumetrische Hitzekapazität) fester Elemente grob eine Konstante ist. Das Mahlzahn-Volumen von festen Elementen ist sehr grob unveränderlich, und ist (noch mehr zuverlässig) also auch die Mahlzahn-Hitzekapazität für die meisten festen Substanzen. Diese zwei Faktoren bestimmen die volumetrische Hitzekapazität, die als ein Hauptteil-Eigentum in der Konsistenz schlagen kann. Zum Beispiel ist das Element-Uran ein Metall, das eine Dichte fast 36mal mehr als das des Metalllithiums hat, aber die volumetrische Hitzekapazität von Uran ist nur um ungefähr 20 % größer als Lithium.

Da die mit dem Volumen spezifische Folgeerscheinung der Dulong-Petit spezifischen Hitzehöchstbeziehung verlangt, dass Atome aller Elemente (durchschnittlich) dasselbe Volumen in Festkörpern aufnehmen, gibt es viele Abfahrten davon, mit den meisten von diesen wegen Schwankungen in der Atomgröße. Zum Beispiel hat Arsen, das nur um 14.5 % weniger dicht ist als Antimon, fast um 59 % spezifischere Hitzekapazität auf einer Massenbasis. Mit anderen Worten; wenn auch ein Barren von Arsen nur um ungefähr 17 % größer ist als ein Antimon eine derselben Masse, absorbiert es um ungefähr 59 % mehr Hitze für einen gegebenen Temperaturanstieg. Die Hitzehöchstverhältnisse der zwei Substanzen folgen nah den Verhältnissen ihrer Mahlzahn-Volumina (die Verhältnisse von Zahlen von Atomen in demselben Volumen jeder Substanz); die Abfahrt von der Korrelation bis einfache Volumina ist in diesem Fall wegen leichterer arsenhaltiger Atome, die bedeutsam näher gepackte als Antimon-Atome statt der ähnlichen Größe. Mit anderen Worten würden ähnlich-große Atome einen Maulwurf von Arsen veranlassen, um 63 % größer zu sein als ein Maulwurf des Antimons mit einer entsprechend niedrigeren Dichte, seinem Volumen erlaubend, sein Hitzehöchstverhalten näher widerzuspiegeln.

Thermalträgheit

Thermalträgheit ist ein Begriff, der allgemein von Wissenschaftlern und Ingenieuren gebraucht ist, die Wärmeübertragungen modellieren, und ist ein Schüttgut-Eigentum, das mit dem Thermalleitvermögen und der volumetrischen Hitzekapazität verbunden ist. Zum Beispiel hat dieses Material eine hohe Thermalträgheit, oder Thermalträgheit spielt eine wichtige Rolle in diesem System, was bedeutet, dass dynamische Effekten in einem Modell überwiegend sind, so dass eine Steady-Stateberechnung ungenaue Ergebnisse nachgeben wird.

Der Begriff ist eine wissenschaftliche Analogie, und ist nicht direkt mit dem in der Mechanik gebrauchten Masse-Und-Geschwindigkeitsbegriff verbunden, wo Trägheit das ist, das die Beschleunigung eines Gegenstands beschränkt. Auf eine ähnliche Weise ist Thermalträgheit ein Maß der Thermalmasse und die Geschwindigkeit der Thermalwelle, die die Oberflächentemperatur eines Materials kontrolliert. In der Wärmeübertragung bedeutet ein höherer Wert der volumetrischen Hitzekapazität eine längere Zeit für das System, Gleichgewicht zu erreichen.

Die Thermalträgheit eines Materials wird als die Quadratwurzel des Produktes des Hauptteils des Materials Thermalleitvermögen und volumetrische Hitzekapazität definiert, wo der Letztere das Produkt der Dichte und spezifischen Hitzekapazität ist:

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Siehe auch Thermischen effusivity

SI-Einheiten der Thermalträgheit sind J · M · K · s, auch gelegentlich gekennzeichnet als Kieffers, oder seltener, tiu.

Für planetarische Oberflächenmaterialien ist Thermalträgheit das Schlüsseleigentum, die täglichen und jahreszeitlichen Oberflächentemperaturschwankungen kontrollierend, und ist von den physikalischen Eigenschaften von geologischen Nah-Oberflächenmaterialien normalerweise abhängig. In entfernten Abfragungsanwendungen vertritt Thermalträgheit eine komplizierte Kombination der Partikel-Größe, des Felsen-Überflusses, Grundlage outcropping und der Grad von induration. Eine raue Annäherung an die Thermalträgheit wird manchmal beim Umfang der täglichen Temperaturkurve (d. h., Maximum minus die minimale Oberflächentemperatur) erhalten. Die Temperatur eines Materials mit der niedrigen Thermalträgheit ändert sich bedeutsam während des Tages, während sich die Temperatur eines Materials mit der hohen Thermalträgheit als drastisch nicht ändert.

Das Abstammen und das Verstehen der Thermalträgheit der Oberfläche können helfen, kleine Eigenschaften dieser Oberfläche anzuerkennen. In Verbindung mit anderen Daten kann Thermalträgheit helfen, Oberflächenmaterialien und die geologischen Prozesse zu charakterisieren, die dafür verantwortlich sind, diese Materialien zu bilden.

Die Thermalträgheit der Ozeane ist ein Hauptfaktor, der Klimaengagement, den Grad der Erderwärmung beeinflusst, die vorausgesagt ist, um sich schließlich aus einer Schritt-Änderung im Klima zu ergeben, das wie eine feste Zunahme in der atmosphärischen Konzentration eines Treibhausgases zwingt.

Unveränderliches Volumen und unveränderlicher Druck

Für Benzin ist es notwendig, zwischen volumetrischer Hitzekapazität am unveränderlichen Volumen und volumetrischer Hitzekapazität am unveränderlichen Druck zu unterscheiden, der immer wegen der mit dem Druck bändigen geleisteten Arbeit größer ist, als sich ein Benzin während der Heizung am unveränderlichen Druck ausbreitet (so Hitze absorbierend, die zur Arbeit umgewandelt wird). Die Unterscheidungen zwischen unveränderlich-bändigem und Hitzekapazitäten des unveränderlichen Drucks werden auch in verschiedenen Typen der spezifischen Hitzekapazität (die letzte Bedeutung entweder massenspezifische oder mit dem Maulwurf spezifische Hitzekapazität) gemacht.

Siehe auch

• Hitzekapazität
• Spezifische Hitzekapazität
• Temperatur
• Thermischer effusivity
• Thermodynamische Gleichungen