ominaislämpökapasiteetti

Ominaislämpökapasiteetti on aineen termodynaaminen ominaisuus, joka kuvaa, kuinka paljon lämpöenergiaa tarvitaan nostamaan aineen lämpötilaa yhdellä asteella. Yleensä käytetään termiä lämpökapasiteetti Cp tai Cv, sekä massakohtaisena versiona (specific heat capacity, c) että molaarisena versiona (molar heat capacity, Cm). Cp on entalpin lämpökapasiteetti ja Cv sisäenergian lämpökapasiteetti; matemaattisesti Cp = (∂H/∂T)_p ja Cv = (∂U/∂T)_V. Eri yksiköitä käytetään, kuten J/(kg K) massakohtaiselle Cp/Cv ja J/(mol K) molaariselle Cm.

Ominaislämpökapasiteetti on materiaali- ja olosuhteista riippuva ominaisuus, joka heijastaa aineen kykyä toteuttaa lämpöenergian varastointia. Siihen vaikuttavat rakenne, faasi, vapausasteet (translatiiviset, rotaatio- ja värähteludegreeilit sekä elektroniset ja magneettiset osat) sekä lämpötilan ja paineen muutokset. Esimerkiksi hyvä veden laajamittainen lämmönvaraus johtuu sen voimakkaasta veden lämpökapasiteetista.

Lämpökapasiteetin lämpötilariippuvuus ilmenee siten, että matalan lämpötilan tiloissa suuria vapaa-asteita käytetään rajoitetusti (Debye-malli), kun taas korkeammilla lämpötiloilla kapasiteetti lähestyy klassista Dulong-Petit -arvoa. Elektronisten ja magneettisten vaikutusten lisäys voi muuttaa Cp:tä erityisesti metallien ja epästaticien materiaalien tapauksessa.

Mittausmenetelmät, kuten differentiaalinen skannauskalorimetria (DSC) ja adiabattinen kaloratria, mittaavat Cp:n lämpötilariippuvuutta sekä faasimuutoksissa havaittavia piikkejä. Ominaislämpökapasiteetti on keskeinen ominaisuus materiaalien lämmönhallinnassa, energian tallennuksessa ja toimintojen suunnittelussa, kuten jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmissä sekä faasimuutosmateriaaleissa.