Ciepło właściwe

Ciepło właściwe – ciepło potrzebne do zmiany temperatury ciała w jednostkowej masie o jedną jednostkę
 

gdzie:
  – dostarczone ciepło,
  – masa ciała,
  – różnica temperatur.

To samo ciepło właściwe można zdefiniować również dla chłodzenia. W układzie SI jednostką ciepła właściwego jest dżul przez kilogram i przez kelwin:
 

Ciepło właściwe jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji w danej temperaturze (jest stałą materiałową). Może zależeć od temperatury, dlatego precyzyjniejszy jest wzór zapisany w postaci różniczkowej

Ciepło właściwe gazów 
Gaz charakteryzuje się ściśliwością, czyli zmianą np. ciśnienia podczas zmiany objętości naczynia, w którym zamknięta jest rozpatrywana ilość gazu. Ściśliwość gazów powoduje, że inną ilość ciepła należy dostarczyć ogrzewając gaz o 1 °C przy niezmiennym ciśnieniu, a inną – przy niezmiennej objętości. W pierwszym przypadku, występuje ekspansja, czyli wzrost objętości. Można to interpretować jako rozprężanie gazu, co powoduje jego ochłodzenie, czyli należy dostarczyć więcej ciepła, aby uzyskać przyrost temperatury o 1 °C. Jeśli gaz jest ogrzewany przy niezmiennej objętości, to następuje „jakby-sprężanie” gazu, gdyż gaz podczas ogrzewania dąży do zwiększenia objętości. Z rozważań tych wynika, że ciepło właściwe przemiany realizowanej przy stałym ciśnieniu (przemiana izobaryczna) będzie zawsze większe, niż ciepło właściwe przemiany realizowanej przy stałej objętości (przemiana izochoryczna).

Stosunek obu tych ciepeł jest wykładnikiem adiabaty 
 

Ciepło właściwe gazów doskonałych nie zależy od temperatury. Jeśli więc ogrzewany jest 1 kg gazu o 1 °C od temperatury 0 °C do 1 °C, to należy dostarczyć tyle samo ciepła, co podczas ogrzewania od 100 °C do 101 °C. W przypadku gazów rzeczywistych ciepło właściwe (zarówno  jak i ) jest zależne od temperatury. Rośnie ono wraz z temperaturą, a więc ogrzewając gaz od 100 °C do 101 °C należy dostarczyć więcej ciepła, niż ogrzewając tę samą ilość gazu od 0 °C do 1 °C. Zmiana ta komplikuje nieco obliczenia, ponieważ nie można zastosować stałej wartości ciepła właściwego do obliczeń. W takim przypadku należy wykorzystać tzw. średnie ciepło właściwe (ciepło przemiany od temperatury  do temperatury ), określone zależnościami:
 
 

gdzie:  i  – średnie ciepła właściwe podczas ogrzewania gazu od temperatury 0 °C do  Ich zależność od temperatury  dla danego gazu można znaleźć w literaturze.

Ciepło właściwe molowe 
Ciepło właściwe molowe, lub krócej – ciepło molowe, definiuje wzór:
 

gdzie:
  – molowe ciepło właściwe (J /mol K),
  – liczność (ilość substancji w molach),
  – ciepło dostarczane do układu,

lub przy założeniu niezależności ciepła molowego od temperatury
 

By odróżnić ciepło właściwe molowe od ciepła właściwego oznacza się je wielką literą 

Posługiwanie się ciepłem właściwym molowym jest wygodne, bo dla wielu substancji ma ono taką samą lub podobną wartość.

W przypadku gazów ciepło właściwe zależy od rodzaju przemiany, dlatego wprowadzono pojęcie ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu  (ciepło właściwe przemiany izobarycznej) i przy stałej objętości  (ciepło właściwe przemiany izochorycznej).  i  używa się w obliczeniach zależnie od tego, czy dana przemiana zachodzi przy stałym ciśnieniu czy przy stałej objętości gazu.

Dla gazu doskonałego zachodzi zależność między molowymi ciepłami właściwymi:
 

gdzie:  to uniwersalna stała gazowa.

Klasyczna teoria ciepła właściwego określa, że energia kinetyczna na jeden stopień swobody (zasada ekwipartycji energii) jednej cząsteczki wynosi  zatem energia jednego mola gazu doskonałego, która jest sumą energii kinetycznej cząsteczek wyraża się wzorem:
 

gdzie:
  – liczba stopni swobody cząsteczki,
  – liczba cząsteczek w molu (liczba Avogadra),
  – stała Boltzmanna.

Dla:
 jednoatomowego gazu  dlatego 
 dwuatomowego gazu  dlatego 

Wyznaczone doświadczalnie ciepło molowe przy stałej objętości, dla:
 gazów szlachetnych ma wartość 12,5 J/(mol·K),
 azotu ma wartość 20,8 J/(mol·K),
 tlenu ma wartość 20,9 J/(mol·K),
 wodoru ma wartość 20,3 J/(mol·K).

W niskich temperaturach i pod dużym ciśnieniem ciepło właściwe zmniejsza się.

W przypadku ciał stałych ciepło właściwe w niskich temperaturach zależy od trzeciej potęgi temperatury. Ta zależność może być wyprowadzona z modelu Debye’a. Pierwszym historycznie modelem był model Einsteina.

Wartości

Ciepła właściwe ciał stałych i cieczy

Ciepła molowe gazów

Ciepła właściwe niektórych innych substancji

Zobacz też 
 proces termodynamiczny
 równanie Clapeyrona (stan gazu doskonałego)
 równanie stanu

Uwagi

Przypisy

Bibliografia

Literatura dodatkowa 
 
 
 
 

Wielkości termodynamiczne
Termochemia
Fizyka budowli

ca:Calor específica