Kaj je toplotna zmogljivost?

Vnos toplotne energije (Q), potreben za dvig temperature (T) snovi za eno stopinjo Celzija (1°C), je opredeljen kot njena toplotna zmogljivost (C). Ker gre za »obsežno« lastnost, se vrednost C razlikuje ne le od snovi do snovi, temveč tudi za različne količine iste snovi. Za prilagoditev se lahko toplotne zmogljivosti navedejo v izrazih, ki vključujejo količino ali količino. Če se sklicevanje na toplotno kapaciteto na mol materiala, se imenuje molarna toplotna kapaciteta; če gre za toplotno kapaciteto na gram materiala, je to specifična toplotna kapaciteta (e) – ali bolj preprosto, “specifična toplota”. Ti izrazi imajo največjo vrednost, ko se nanašajo na čiste snovi.

Inženirski problemi pogosto dajejo C kot »dano«, medtem ko je Q »neznan«. Enačba je Q=smΔT, kjer je m masa v gramih in ΔT dvig temperature v stopinjah Celzija. Toplotna zmogljivost je lahko ključni parameter iz številnih razlogov. Za ponazoritev, materiali večjih toplotnih kapacitet se včasih uporabljajo kot hladilna telesa, ker absorbirajo toploto kot goba. Voda je pri tem omembe vredna, saj ima največjo C vrednost med običajnimi snovmi, zaradi česar je izjemno primerna za uporabo kot hladilno sredstvo za radiatorje.

V meteorologiji ima toplotna zmogljivost vlogo pri več pojavih, vključno s tem, zakaj veter ob obali podnevi piha v drugačno smer kot ponoči. Kopa ima manjšo toplotno zmogljivost kot voda, zato se kopno podnevi segreje hitreje kot morje, ponoči pa se hitreje ohlaja. Zrak je podnevi nad oceanom hladnejši, ponoči pa nad kopnim. Topel zrak je lahek in se dviga, kar omogoča, da ga nadomestijo hladnejši in močnejši vetrovi. Podnevi ti vetriči pihajo s kopnega na morje, ponoči pa je ravno obratno, kar dejstvo vpliva tako na obalne ptice kot na pilote jadralnih letal.

Toplotna zmogljivost ni namenjena upoštevanju faznih sprememb, kot pri taljenju ledu v vodo. Ta pojav je obravnavan ločeno – ta lastnost se imenuje “toplina fuzije”. Podobno se pretvorba tekočine v plin imenuje “toplota izhlapevanja”. Led ima izjemno visoko toploto fuzije, ki daje stabilnost zemeljskim vremenskim sistemom in omogoča praktično hlajenje doma. Zanimivo je, da ima plin amoniak, ki se je nekoč uporabljal v industrijskih in hišnih hladilnih sistemih, še večjo toplotno kapaciteto in toploto fuzije.