Techniklexikon

Wärmekapazität

Thermodynamik und statistische Physik, die Wärmemenge C, die bei gegebener Temperatur zur Erwärmung eines Körpers um 1 K nötig ist. Sie kann unter Nutzung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik durch die Gleichung  definiert werden. Dabei ist Q die Wärme und T die absolute Temperatur. Die Wärmekapazität hängt mit der spezifischen Wärmekapazität c je Masse m über die Beziehung C = cm zusammen.

Man unterscheidet – je nach Prozessführung – die Wärmekapazität bei konstantem Druck  und die Wärmekapazität bei konstantem Volumen , wobei aus Stabilitätsgründen  gilt. Die Wärmekapazität kann mit Hilfe von Kalorimetern gemessen werden.

Die Wärmekapazität bei konstantem Volumen C_V lässt sich aus der inneren Energie U(T, V) durch  berechnen, die Wärmekapazität bei konstantem Druck C_p mit Hilfe der Enthalpie H durch . Zwischen ihnen besteht die Beziehung , die sich im Fall eines idealen Gases zu  vereinfacht (n: Molzahl, R: molare Gaskonstante). Allgemein kann diese Differenz in den Ausdehnungskoeffizienten a, die Kompressibilität b, das Volumen V₀ und die absolute Temperatur T faktorisiert werden: . In Festkörpern und Flüssigkeiten ist die Wärmeausdehnung meist sehr klein, so dass sich C_p und C_V kaum voneinander unterscheiden.

Die Temperaturabhängigkeit der inneren Energie wird von den Freiheitsgraden des Körpers bestimmt, die thermisch angeregt werden können (Translation, Rotation, Schwingungen). Nach dem dritten Hauptsatz der Thermodynamik verschwindet die Wärmekapazität bei Annäherung an den absoluten Nullpunkt der Temperatur.

Die molare Wärmekapazität ist die Wärmemenge, die nötig ist, um ein Grammatom (Atomgewicht in Gramm) eines Stoffes um 1 K zu erwärmen.