Ominaislämpökapasiteetti

Lämpökapasiteetilla kuvataan kappaleen kykyä sitoa energiaa itseensä. Yhden vesikilogramman lämpökapasiteetti oli edellisen mittauksen perusteella noin 4 200 J/°C. Vastaava mittaus voidaan toteuttaa suuremmalle määrälle vettä. Jos vettä on enemmän, sen lämmittämiseen samaan loppulämpötilaan kuluu pidempi aika. Energiaa on siirrettävä enemmän, eli isomman vesimäärän lämpökapasiteetti on suurempi. Veden lämmittämiseen tarvittava energiamäärä kasvaa samassa suhteessa kuin massa, koska energiaa on siirrettävä yhä useammalle rakenneosaselle.

Lämpökapasiteetti ei ole kätevä suure aineiden vertailuun, koska sen arvo riippuu sekä aineesta että sen määrästä. Tarvitaan suure, joka kertoo aineelle ominaisen kyvyn varastoida energiaa. Ominaislämpökapasiteetti [[$(c)$]] on aineen ominaisuus, joka ilmaisee aineen lämmittämiseen tarvittavan energian yhtä kilogrammaa kohden. Ominaislämpökapasiteetti on lämpökapasiteetin [[$(C)$]] ja massan [[$(m)$]] osamäärä.

[[$\quad c=\dfrac{C}{m}$]]

Koska edellä tehdyssä mittauksessa oli vettä yksi kilogramma, veden ominaislämpökapasiteetti on mittauksen perusteella [[$4\, 200 \, \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\cdot \text{°C}} $]]. Veden lämpökapasiteetti kilogrammaa kohden on tarkemmin mitattuna [[$4\,190\, \dfrac{\text{J}}{\text{kg}\cdot \text{°C}} $]]. ​Mittauksen virhe on voinut aiheutua siitä, että kaikki vedenkeittimen tuottama energia ei ole siirtynyt veteen, vaan osa energiasta siirtyy vedenkeittimen kuoreen ja edelleen ympäristöön.

Lämpökapasiteetti liittyy kappaleen ja ominaislämpökapasiteetti aineen lämpötilan muutokseen. Ominaislämpökapasiteetti on jokaiselle aineelle ominainen suure. Yleisimpien aineiden ominaislämpökapasiteettien suuruudet löytyvät taulukkokirjasta. Aineilla on siis kullakin ominainen kyky varastoida lämpöä. Yksi kilogramma alumiinia, rautaa tai vettä tarvitsevat eri määrän energiaa lämmetäkseen yhden celsiusasteen. Vedellä on suuri ominaislämpökapasiteetti verrattuna moniin aineisiin. Se on esimerkiksi rautaan verrattuna lähes kymmenkertainen: kilo vettä tarvitsee 4 190 joulea lämmetäkseen yhden asteen, kun kilo rautaa lämpiää yhden asteen 450 joulella. Veden suuren ominaislämpökapasiteetin voi havaita veden hitaana lämpenemisenä auringonpaisteessa.

Aineen tai kappaleen lämpötila voi myös laskea, jolloin se luovuttaa energiaa ympärilleen. Luovutettu energiamäärä on yhtä suuri kuin lämmittämisen yhteydessä vastaanotettu energiamäärä.

Tietystä aineesta koostuvan kappaleen lämpökapasiteetti lasketaan aineen ominaislämpökapasiteetin ja massan tulona: [[$ C=cm $]]​.

  • Ominaislämpökapasiteetti [[$(c)$]] kuvaa aineen kykyä varastoida energiaa.

Aineen lämmetessä siihen siirtyvä energia on [[$ Q=cm \Delta T $]].

  • Aineen jäähtyessä se luovuttaa vastaavan määrän energiaa.