Siltumietilpība

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

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

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.

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):

$c={C \over m}$

un molāro siltumietilpību (viena vielas mola siltumietilpību):

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

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

Tilpuma siltumietilpība (ķermeņa vienas tilpuma daļiņas siltumpietilpība):

$C'={C \over V}$

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

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

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

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

kur $R$ ≈ 8,31 J/(mol·K) — universālā gāzes konstante, $i$ — molekulas brīvības pakāpju skaits.

Molārā siltumietilpība pie nemainīga spiediena (p=const.):

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

Adiabātes pakāpes rādītājs

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

Vienādojums:

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

kur:

$C$ — gāzes siltumietilpība,

$c$ — gāzes īpatnējā siltumietilpība,

indeksi $_{P}$ un $_{V}$ 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
Amonjaks	gāze	4,359—5,475
Hēlijs	gāze	5,193
Ūdens (300 К, 27 °C)	šķidrums	4,1806
Litijs	ciets ķermenis	3,582
Etanols	šķidrums	2,438
Ledus (273 К, 0 °C)	ciets ķermenis	2,11
Ūdens tvaiks (373 К, 100 °C)	gāze	2,0784
Naftas eļļas	šķidrums	1,670—2,010
Berilijs	ciets ķermenis	1,825
Slāpeklis	gāze	1,040
Gaiss (100 % mitrums)	gāze	1,030
Gaiss (sauss, 300 К, 27 °C)	gāze	1,007
Skābeklis (O2)	gāze	0,918
Alumīnijs	ciets ķermenis	0,897
Grafīts	ciets ķermenis	0,709
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
Varš	ciets ķermenis	0,385
Misiņš	ciets ķermenis	0,370
Molibdēns	ciets ķermenis	0,251
Alva (balta)	ciets ķermenis	0,227
Dzīvsudrabs	šķidrums	0,140
Volframs	ciets ķermenis	0,132
Svins	ciets ķermenis	0,130
Zelts	ciets ķermenis	0,129
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
Ķieģelis silikātu	0,750 — 0,840
Smiltis	0,835
Augsne	0,800
Granīts	0,790
Tērauds	0,470