Šiluminė talpa

Šiluminė talpa – fizikinė medžiagos savybė, apibrėžiama kaip šilumos kiekis, kurio reikia sistemai (medžiagai), kad šios temperatūra pasikeistų vienetu. Šiluminės talpos SI vienetas yra džaulis kelvinui (J/K).

Šiluminė talpa yra ekstensyvus dydis. Atitinkama intensyvioji savybė yra savitoji šiluminė talpa, nustatoma dalijant objekto šiluminę talpą iš jo masės. Šiluminę talpą padalinus iš medžiagos kiekio moliais, gaunama jos molinė šiluminė talpa. Tūrinė šiluminė talpa parodo šiluminę talpą, tenkančią vienam tūriui. Architektūroje ir statybos inžinerijoje pastato šiluminė talpa dažnai vadinama jo šilumine mase.

Objekto šiluminė talpa, žymima ${\displaystyle C}$, yra riba:

${\displaystyle C=\lim _{\Delta T\to 0}{\frac {\Delta Q}{\Delta T}},}$

kur ${\displaystyle \Delta Q}$ yra šilumos kiekis, reikalingas medžiagai (kurios masė M) tam, kad pakeltumėme jos temperatūrą ${\displaystyle \Delta T}$.

Šio parametro vertė paprastai labai skiriasi priklausomai nuo objekto pradinės temperatūros ${\displaystyle T}$ ir jį veikiančio slėgio ${\displaystyle p}$. Ypač kinta vykstant faziniams virsmams, tokiems kaip lydymasis ar garavimas (žr. lydimosi šilumą ir garavimo šilumą). Todėl ji turėtų būti laikoma šių dviejų kintamųjų funkcija ${\displaystyle C(p,T)}$.

Dauguma fizikinių sistemų pasižymi teigiama šilumine talpa; pastovaus tūrio ir pastovaus slėgio šiluminės talpos, griežtai apibrėžtos kaip dalinės išvestinės, homogeniniams kūnams visada yra teigiamos vertės. Tačiau yra sistemų, kurių šiluminė talpa ${\displaystyle Q}$/${\displaystyle \Delta T}$ yra neigiama. Pavyzdžiai: grįžtamai ir beveik adiabatiškai besiplečiančios idealiosios dujos, kurioms būdingas vėsimas (${\displaystyle \Delta T}$< 0), nepaisant patenkančio nedidelio šilumos kiekio ${\displaystyle Q}$ > 0. Taip pat degančios metano dujos, kurios didėjant temperatūrai ${\displaystyle Q}$ < 0 atiduoda šilumą ${\displaystyle \Delta T}$> 0. Kiti pavyzdžiai – nehomogeniškos sistemos, neatitinkančios griežto termodinaminės pusiausvyros apibrėžimo. Tai yra gravitaciniai objektai, pavyzdžiui, žvaigždės ir galaktikos, taip pat kai kurie kelių dešimčių atomų nanoskopinio mastelio telkiniai, temperatūrai esant artimai fazinio virsmo temperatūrai. Dėl neigiamos šiluminės talpos vertės gali susidaryti neigiama termodinaminė temperatūra.