جهان امروز با شیمی

             میزان گرمایی که دمای جسم را به اندازه واحد دما تغییر می دهد ظرفیت گرمایی جسم نامیده می شود. اگر مقدار گرمای داده شده به جسم را با Qو تغییر دمای آن را با Δθ نشان دهیم،  A، ظرفیت گرمایی جسم از رابطهA=Q/Δθ  به دست می آید.

 برای یک ماده خالص ظرفیت گرمایی واحد جرم آن ماده را گرمایی ویژه آن می نامند و با c نشان  می دهند بنا بر این ظرفیت گرمایی جرم m از یک ماده خالص از  رابطه   A=mc. Δθ تعیین می شود.گرمای ویژه آب خالص بنا به تعریف کالری برابر یک کالری بر گرم بر درجه سانتیگراد است . بنا بر این جسمی که ظرفیت گرمایی آن A است در مقابل گرما نقشی معادل Aگرم آب دارد. به همین دلیل A را ارزش آبی جسم نیز می نامند.  

روش انجام آزمایش های گرماسنجی

برای تعیین هر کاری از مشخصه های گرمایی فوق دو (یا چند) ماده با دمای متفاوت اولیه را درون ظرفی که از محیط ایزوله شده باشد یعنی با محیط تبادل گرمایی نکند به نام گرماسنج(گرماسنج) مخلوط می کنند. به هر صورت روش آزمایش به این ترتیب است که m_c گرم از یک ماده سرد (که لازم است مایع باشد) با گرمای ویژه C_c را درون گرماسنج می ریزند و پس از هم زدن و تعادل گرمایی داخل دمای آن را اندازه می گیرند. (θc) سپس به سرعت مقداری از یک ماده گرم به جرم m_H و گرمای ویژه C_H و دمای θ_H را به ظرف اضافه می کنند پس از حصول تعادل مجدد، دمای مخلوط را اندازه می گیریم (θ_F ( .

طبق اصل اول ترمودینامیک گرمای گرفته شده توسط کلیه اجسامی که در تبادل گرما شرکت         می کنند برابر صفر است :

m_c C_c (θ_F - θc) + A (θ_F - θc) + m_H C_H (θ_F - θ_H) = 0

که در آن A ارزش آبی گرماسنج است.

تئوری آزمایش:

درآزمایشگاه برای اندازه گیری مقدار گرمای مبادله شده بین مواد مختلف از گرماسنج  استفاده می شود که مکانیزم بسیار ساده ای دارد. زمانی که می خواهیم میزان گرمای مبادله شده بین دو ماده راحساب کنیم کافیست جرم مشخصی از هر دو را داخل ظرف ریخته و با بررسی تغییرات دما آن را به دست آورد . ولی بایستی توجه داشت که اجسام به کار رفته در  گرماسنج  هر چه قدر هم که عایق حرارتی باشند باز هم مقداری گرمای ازدست رفته یا گرفتهشده اضافی خواهیم داشت . لذا برای  گرماسنج  یک عددی با عنوان ارزش آبی تعیین می کنند که تعیین کننده میزان تاثیر گرمایی  گرماسنج  در این تبادل است.

تعریف ظرفیت گرمایی ویژه :

ظرفیت گرمایی ویژه معادل مقدار گرمایی است که لازم است مقدار مشخص از ماده‌ای دریافت کند تا دمای آن یک واحد افزایش یابد.

در سیستم استاندارد بین‌المللی واحدها (SI) مقدار گرما بر حسب ژول، مقدار ماده بر حسب گرم، کیلوگرم یا مول، و تغییرات دما بر حسب سانتیگراد (که معادل تغییرات در واحد کلوین هم هست) اندازه گیری شده و یکای ظرفیت گرمایی ویژه بسته به نوع تعریف، ژول بر گرم.سانتیگراد (°J/gr.C)، ژول بر کیلوگرم.سانتیگراد (°J/kg.C) یا ژول بر مول.سانتیگراد (°J/n.C) خواهد بود.

تعیین ظرفیت گرمایی ویژه :

ظرفیت گرمایی ویژه را از مشتق‌گیری از تغییرات آنتالپی سیستم می‌توان نتیجه گرفت. به عبارت دیگر تغییرات آنتالپی سیستم همان انتگرال از ظرفیت حرارتی ویژه در محدوده دمایی مورد نظر است. ظرفیت گرمایی ویژه را در فشار ثابت از طریق کالریمتری سنجشی مقیاسی تعیین می‌کنند.

تفاوت ظرفیت گرمایی ویژه در مواد :

ظرفیت گرمایی ویژه در جامدات بیشتر از مایعات و در مایعات بیشتر از گازها است. این مورد با استفاده از تئوری سینتیک مولکولی قابل توجیه است. مولکول‌ها در گازها از سرعت حرکتبالایی برخوردارند و تغییر کمی در دمای یک گاز منجر به افزایش حجم آن می‌شود. به این دلیل ظرفیت گرمایی ویژه در گازها پایین است در حالی که افزایش حرکت مولکول‌ها و حجم مایعات در اثر افزایش دما کمتر از گازهاست و بنابراین مایعات ظرفیت گرمایی ویژه بیشتری نسبت به گازها دارند. در مورد جامدات به دلیل آن که انرژی گرمایی بالایی باید به آنها داد تا حجمشانافزایش یابد ظرفیت گرمایی ویژه جامدات بیشتر از مایعات است.