Fajlagos hő
A fajhő (s) a hőkapacitás egy speciális fajtája. A fajhő az a termodinamikai tulajdonság, amely azt a hőmennyiséget adja meg, amely egy anyag egyetlen tömegegységének egy fokos hőmérséklet-emelkedéséhez szükséges. A fajhőértékek különböző tartományai figyelhetők meg az anyagok esetében attól függően, hogy milyen mértékben veszik fel a hőt. A hőkapacitás kifejezés félrevezető lehet, mivel a q hő az anyag vagy rendszer hőmérsékletének növekedése, illetve csökkenése következtében egy akadályon keresztül történő energia hozzáadásának vagy elvonásának megnevezése. A hőmérsékletváltozás valójában energiaváltozás. Ezért a fajhő és a hőkapacitás más formái pontosabban az anyag azon képességét mérik, hogy az anyag hőmérsékletének növekedésével energiát képes felvenni.
Egységek
A mértékegységek nagyon fontosak bármely termodinamikai tulajdonság kifejezésekor; ugyanez igaz a fajhőre is. A hő formájában megjelenő energiát joule-ban (J) vagy kilojoule-ban (kJ) fejezik ki, amelyek az energiával kapcsolatos leggyakoribb mértékegységek. Egy tömegegységet grammban vagy kilogrammban mérnek a fajhő tekintetében. Az egy grammra vonatkoztatott érték a fajhőértékeket tartalmazó táblázatokban használt szabványos forma, de néha találkozhatunk olyan hivatkozásokkal is, amelyek egy kilogrammot használnak. A hőmérséklet egy fokát a Celsius- vagy a Kelvin-skálán mérik, de általában a Celsius-skálán. A fajhőre vonatkozó leggyakrabban használt mértékegység a J/(g-°C).
A fajhőt meghatározó tényezők
Hőmérséklet és nyomás
Az anyag fajhőjét két tényező változtatja meg: a nyomás és a hőmérséklet. A fajhőt az anyagok esetében szabványos, állandó nyomáson (általában légköri nyomáson) határozzák meg, és általában 25 °C-on (298,15 K) adják meg. A szabványos hőmérsékletet azért használják, mert a fajhő hőmérsékletfüggő, és különböző hőmérsékleti értékek mellett változhat. A fajhőt intenzív tulajdonságnak nevezik (en:Intenzív és extenzív tulajdonságok intenzív tulajdonság.) Amíg a hőmérséklet és a nyomás a szabványos hivatkozott értékeken van, és nem történik fázisváltozás, addig bármely anyag fajhőjének értéke állandó marad, függetlenül a jelen lévő anyag tömegétől .
Energetikai szabadságfokok
Egy anyag fajhőjének nagyságát nagyban befolyásolja a molekuláris szinten az energetikai en:Szabadságfokok (fizika és kémia) szabadságfokok, amelyek az anyag számára abban a fázisban (szilárd, folyékony vagy gáz) állnak rendelkezésre, amelyben az anyag található. Az energetikai szabadságfokok négyfélék: transzlációs, rotációs, rezgési és elektronikus. Minden egyes szabadsági fok eléréséhez minimális energiára van szükség. Ezért az anyagban tárolható energia mennyisége attól függ, hogy adott hőmérsékleten milyen típusú és számú energetikai szabadsági fok járul hozzá az anyaghoz. A folyadékok általában több alacsony energiájú módussal és több energetikai szabadsági fokkal rendelkeznek, mint a szilárd anyagok és a legtöbb gáz. A szabadsági fokokon belüli lehetőségek szélesebb skálája jellemzően nagyobb fajhőt eredményez a folyékony anyagoknál, mint a szilárd anyagoknál vagy a gázoknál. Ez a tendencia látható az en:Heat capacity#Table of specific heat capacities Table of specific heat capacitiesés a folyékony víz és a szilárd víz (jég), a réz, az ón, az oxigén és a grafit összehasonlításával.
Használat
A fajhőt arra használják, hogy kiszámítsák az anyaghoz vagy anyaghoz adott energia hozzáadásakor elnyelt hőmennyiséget egy meghatározott tartományban történő hőmérséklet-emelkedés révén. Az anyaghoz hozzáadott hő vagy energia mennyiségének kiszámítása viszonylag egyszerű folyamat, amennyiben az anyag kezdeti és végső hőmérsékletét feljegyzik, az anyag tömegét megadják, és a fajhő ismert. A fajhőnek, az anyag tömegének és a hőmérsékleti skálának ugyanazokban a mértékegységekben kell lennie ahhoz, hogy a hőre vonatkozó számítást pontosan el lehessen végezni.
A hő (q) kiszámításának egyenlete a következő:
Q = s × m × ΔT
Az egyenletben s a fajhő (J/g-°C). m az anyag tömege grammban. ΔT az anyagban megfigyelt hőmérsékletváltozásra (°C) utal. A konvenció szerint az anyag kezdeti hőmérsékletét le kell vonni a melegítés utáni véghőmérsékletből, így ΔT az egyenletben TFinal -TInitial. Ha az összes értéket behelyettesítjük az egyenletbe és átszorozzuk, akkor a tömeg és a hőmérséklet egységeit eltöröljük, így a hőre a megfelelő Joule egység marad. Az ehhez hasonló számítások hasznosak az en:Calorimetry calorimetry kalorimetriában.
