Die (spezifische) Wärmekapazität eines Körpers

Durch Wärmeübertrag läuft immer eine Temperaturerhöhung ab, da Wärmemenge immer vom Körper mit höherer Temperatur zu Körper mit geringerer Temperatur übertragen wird. Die Energie (Wärmeenergie), die von einem warmen Körper auf einen kalten Körper übertragen würde, lässt sich auch berechnen.

ΔQ = m · c ·ΔT  bzw. ΔQ = C ·ΔT

(ΔQ = übertragene Wärmeenergie, m = Masse, C = Wärmekapazität, c = spezifische Wärmekapazität, ΔT = Temperaturänderung)

Wie die oben gezeigt Formel andeutet, hängt die Wärme(energie) die bei einem Körper für eine Erwärmung notwendig ist, vom Material des Körpers und seiner Masse ab. Die Materialabhängigkeit, d.h. die Menge an Wärme, die man dem Körper zuführen muss, um den Körper um 1°C bzw. 1 K zu erwärmen, wird als Wärmekapazität C des Körpers bezeichnet.

Die Wärmekapazität C bzw. spezifische Wärmekapzität c eines Körpers

Die Wärmekapazität eines Köpers ist die Menge an Wärme, die man dem Körper zuführen muss, um den Körper um 1°C bzw. 1 K zu erwärmen. Die Wärmekapazität C eines Körpers ist daher der Quotient aus zugeführter Wärme (ΔQ) und der dadurch “verursachten” Temperaturerhöhung (ΔT):

C = ΔQ : ΔT

Diese Wärmekapazität C ist ein “einfacher” Wert und sagt nichts aus über die Beschaffenheit des Körpers oder seine Massen. Daher hat man neben der Wärmekapazität noch die spezifische Wärmekapazität eingeführt, um unterschiedliche Körper zu vergleichen. In die Berechnung der spezifischen Wärmekapazität geht noch zusätzlich die Masse des Körpers ein. Erst mit dieser Größe lassen sich zwei Körper aus gleichem Material aber unterschiedlicher Masse vergleichen.

Gemäß der Definition ist die spezifische Wärmekapazität die Menge an Wärme, die notwendig ist, um einen Körper mit der Masse m = 1 kg ein um
1°C bzw. 1 K zu erwärmen.

c =  C : m  =  ΔQ : (m ΔT)

Hinweis – spezifische Wärmekapazität bei Gasen

Im Rahmen der Wärmelehre haben wir uns schon ausführlich mit Gasen beschäftigt. Gase kann man bei konstantem Druck oder konstantem Volumen betrachten. Daher unterscheidet man bei Gasen auch zwei Arten von Wärmekapazitäten.,

  • Wärmekapazität cv: Diese Größe gibt, wie viel Wärme(energie) zur Erwärmung eines Gases notwendig ist, wenn das Gas die Masse m = 1 kg hat, dass um 1 K erwärmt werden soll, wobei das Volumen des Gases während der Erwärmung konstant sein soll.
  • Wärmekapazität cp: Diese Größe gibt, wie viel Wärme(energie) zur Erwärmung eines Gases notwendig ist, wenn das Gas die Masse m = 1 kg hat, dass um 1 K erwärmt werden soll, wobei der Druck des Gases während der Erwärmung konstant sein soll.

Hierzu später im Rahmen der Physikalischen Chemie – Thermodynamik näheres.


Die (spezifische) Wärmekapazität eines Körpers – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die Definition der spezifischen Wärmekapazität eines Körpers?

Die spezifische Wärmekapazität eines Körpers ist ein Maß dafür, wie viel Wärmeenergie benötigt wird, um die Temperatur einer bestimmten Menge des Stoffes um 1 Grad Celsius zu erhöhen.

2. Einheiten der spezifischen Wärmekapazität?

Die Einheiten für die spezifische Wärmekapazität sind Joule pro Kilogramm pro Grad Celsius (J/kg°C) oder Joule pro Gramm pro Grad Celsius (J/g°C).

3. Wie hängen die spezifische Wärmekapazität (c), die Masse (m), die Wärmeenergie (Q) und die Temperaturänderung (ΔT) zusammen?

Die spezifische Wärmekapazität, die Masse, die Wärmeenergie und die Temperaturänderung sind durch die Formel Q = mcΔT miteinander verbunden.

4. Wann ist die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes höher?

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist höher, wenn mehr Energie benötigt wird, um eine bestimmte Masse des Stoffes um 1 Grad Celsius zu erwärmen.

5. Welche spezifische Wärmekapazität hat Wasser?

Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von 4,18 J/g°C.

6. Unterscheiden sich die spezifischen Wärmekapazitäten verschiedener Materialien?

Ja, die spezifischen Wärmekapazitäten von Materialien unterscheiden sich erheblich. Materialien mit hoher Wärmekapazität können mehr Energie speichern ohne ihre Temperatur stark zu erhöhen.

7. Würde die Temperatur eines Körpers mit hoher spezifischer Wärmekapazität schneller oder langsamer steigen als die eines Körpers mit niedriger spezifischer Wärmekapazität, wenn beide die gleiche Menge Wärmeenergie aufnehmen?

Die Temperatur eines Körpers mit hoher spezifischer Wärmekapazität würde langsamer steigen als die eines Körpers mit niedriger spezifischer Wärmekapazität, wenn beide die gleiche Menge an Wärmeenergie aufnehmen.

8. Wie berechnet man die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes, wenn die Wärmeenergie, die Masse und die Temperaturänderung bekannt sind?

Die spezifische Wärmekapazität berechnet man durch die Formel c = Q / (mΔT), wobei Q die Wärmeenergie, m die Masse des Stoffes und ΔT die Temperaturänderung ist.

9. Welche Rolle spielt die spezifische Wärmekapazität in unserem Alltag?

Die spezifische Wärmekapazität spielt eine große Rolle in unserem Alltag. Zum Beispiel hilft Wasser mit seiner hohen spezifischen Wärmekapazität, die Temperatur auf der Erde stabil zu halten, indem es viel Wärmeenergie aufnehmen kann, ohne stark im Temperatur zu steigen.

10. Wie beeinflusst die spezifische Wärmekapazität das Klima?

Die spezifische Wärmekapazität beeinflusst das Klima, indem sie bestimmt, wie viel Wärme verschiedene Oberflächen auf der Erde aufnehmen können. Diese Fähigkeit zum Wärmespeichern und -abgeben beeinflusst wiederum das Klima und das Wetter.

Autor: , Letzte Aktualisierung: 03. Mai 2024