Tilavuuslämpökapasiteetti

Tilavuuslämpökapasiteetti on materiaalin ominaisuus, joka kertoo kuinka paljon lämpöenergiaa on tarpeen nostamaan tilavuusyksikköä kohden lämpötilaa yhdellä kelvinillä. Se ilmaistaan yleensä J/(m^3 K) ja määritellään kuten C_vol = ρ c, jossa ρ on tiheys ja c on kappalämpökapasiteetti per massa. Käytännössä tilavuuslämpökapasiteetti kuvaa materiaalin kykyä varastoida lämpöenergiaa massaa kohti pienen tilavuuden ohella; korkea tilavuuslämpökapasiteetti tarkoittaa suurta lämpöä varastavaa massaa tilavuudessa.

Tilavuuslämpökapasiteetti liittyy tiiveydellisesti kappalämpökapasiteettiin c. Mikäli ρ tunnetaan, C_vol voidaan laskea helposti. Eri aineilla c tai cp (lämpökapasiteetti paineen ollessa vakio) ja tiheydet muuttuvat lämpötilan mukaan, joten tilavuuslämpökapasiteetti on usein lämpötilariippuvainen suure. Gaseille sivuuttava ero cp:n ja cv:n välillä on suurempi, kun taas kiinteillä aineilla ja nesteillä cp ja cv ero on pieni, joten C_vol lasketaan usein käyttäen cp:tä.

Esimerkkejä tilavuuslämpökapasiteeteista: veden c noin 4184 J/(kg K) ja tiheys noin 1000 kg/m^3, jolloin C_vol noin 4.18 × 10^6 J/(m^3 K). Rautaa (esim. c_p ≈ 450 J/kg K ja ρ ≈ 7870 kg/m^3) vastaa noin 3.5 × 10^6 J/(m^3 K). Ilmankin tilavuuslämpökapasiteetti on noin 1.2 × 10^3 J/(m^3 K). Eri materiaalien tilavuuslämpökapasiteetin arvoja käytetään mittauksissa ja laskelmissa muun muassa lämmönvarauskyvyn ja termisen massan arvioimisessa.

Käytännössä tilavuuslämpökapasiteetti on keskeinen käsite lämmönsiirron, rakennusten lämmöneristyksen ja energianvarauksen suunnittelussa sekä materiaalitieteessä.