ominaislämpökapasiteetin

Ominaissämpökapasiteetti kuvaa kuinka paljon lämpöenergiaa aine tarvitsee nostamaan lämpötilaa yhdellä kelvinillä. Se voidaan ilmoittaa massakohtaisesti (J/(kg K)) tai moolikohtaisesti (J/(mol K)). Yleisesti erotellaan kaksi suuretta: Cp, joka määritellään paineen ollessa vakio, ja Cv, joka määritellään tilavuuden ollessa vakio.

Cp ja Cv eroavat siitä syystä, että Cp:ssa aine voi tehdä tilavuustyötä lämpötilan noustessa. Tästä johtuen Cp on suurempi kuin Cv; Cp ≥ Cv. Ideaalikaasulla Cp − Cv = R, jossa R on universaali kaasuvakio. Esimerkkejä: monatominen kaasu antaa Cv = (3/2)R ja Cp = (5/2)R; diatominen kaasu antaa Cp − Cv = R ja Cp ≈ (7/2)R sekä Cv ≈ (5/2)R at room temperature.

Kiinteillä aineilla ja nesteillä Cp ja Cv ovat usein lähellä toisiaan, koska tilavuusmuutokset ovat pienempiä. Käytännössä Cp on kuitenkin suurempi kuin Cv johtuen PV-työstä; puhutaan siten aineen lämmönkapasiteetista sekä paineessa että tilavuudessa.

Lämpökapasiteetin arvoihin vaikuttavat sekä lämpötilan että paineen vaihtelut. Materiaalit voivat noudattaa erilaisia malleja: esimerkiksi kiinteille aineille Dulong-Petit -arvio on Cp ≈ 3R/mol suurella lämpötilalla, ja matalilla lämpötiloilla Debye-malli ennustaa Cp:n olevan αT^3. Lämpöenergiaa mitataan yleisesti kalorimetrialla ja eritasoisilla mittauksilla, kuten DSC-menetelmillä, erityisesti siirtymisten ja faasimuutosten yhteydessä.

Ominaissämpökapasiteetti on keskeinen ominaisuus materiaalien lämmönvarastointikyvyn, lämpölaajenemisasteiden sekä energian talteenoton suunnittelussa.