Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 13 января 2022 года; проверки требуют 7 правок.
Молекулы имеют внутреннюю структуру, образованную атомами, которые могут совершать колебания внутри молекул. Кинетическая энергия, запасённая в этих колебаниях, отвечает не только за температуру вещества, но и за его теплоёмкость
Уде́льная теплоёмкость — это отношение теплоёмкости к массе, теплоёмкость единичной массы вещества (разная для различных веществ); физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать единичной массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу[1].
В Международной системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость измеряется в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К)[2]. Иногда используются и внесистемные единицы: калория/(кг·°C) и т. д.
Удельная теплоёмкость обычно обозначается буквами c или С, часто с индексами.
На значение удельной теплоёмкости влияет температура вещества и другие термодинамические параметры. К примеру, измерение удельной теплоёмкости воды даст разные результаты при 20 °C и 60 °C. Кроме того, удельная теплоёмкость зависит от того, каким образом позволено изменяться термодинамическим параметрам вещества (давлению, объёму и т. д.); например, удельная теплоёмкость при постоянном давлении (CP) и при постоянном объёме (CV), вообще говоря, различны.
Формула расчёта удельной теплоёмкости:
где
- c — удельная теплоёмкость(от лат. capacite – емкость, вместимость),
- Q — количество теплоты, полученное веществом при нагреве (или выделившееся при охлаждении),
- m — масса нагреваемого (охлаждающегося) вещества,
- ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.
Удельная теплоёмкость зависит от температуры, поэтому более корректной является следующая формула с малыми (формально бесконечно малыми) 
и 
:
Значения удельной теплоёмкости некоторых веществ[править | править код]
Приведены значения удельной теплоёмкости при постоянном давлении (Cp).
| Вещество | Агрегатное состояние |
Удельная теплоёмкость, кДж/(кг·K) |
|---|---|---|
| Водород | газ | 14,304[3] |
| Аммиак | газ | 4,359—5,475 |
| Гелий | газ | 5,193[3] |
| Вода (300 К, 27 °C) | жидкость | 4,1806[4] |
| Литий | твёрдое тело | 3,582[3] |
| Этанол | жидкость | 2,438[5] |
| Лёд (273 К, 0 °C) | твёрдое тело | 2,11[6] |
| Водяной пар (373 К, 100 °C) | газ | 2,0784[4] |
| Нефтяные масла | жидкость | 1,670—2,010 |
| Бериллий | твёрдое тело | 1,825[3] |
| Азот | газ | 1,040[3] |
| Воздух (100 % влажность) | газ | 1,030 |
| Воздух (сухой, 300 К, 27 °C) | газ | 1,007[7] |
| Кислород (O2) | газ | 0,918[3] |
| Алюминий | твёрдое тело | 0,897[3] |
| Графит | твёрдое тело | 0,709[3] |
| Стекло кварцевое | твёрдое тело | 0,703 |
| Чугун | твёрдое тело | 0,554[8] |
| Алмаз | твёрдое тело | 0,502 |
| Сталь | твёрдое тело | 0,468[8] |
| Железо | твёрдое тело | 0,449[3] |
| Медь | твёрдое тело | 0,385[3] |
| Латунь | твёрдое тело | |
| Молибден | твёрдое тело | 0,251[3] |
| Олово (белое) | твёрдое тело | 0,227[3] |
| Ртуть | жидкость | 0,140[3] |
| Вольфрам | твёрдое тело | 0,132[3] |
| Свинец | твёрдое тело | 0,130[3] |
| Золото | твёрдое тело | 0,129[3] |
| Значения приведены для стандартных условий (T = +25 °C, P = 100 кПа), если это не оговорено особо. |
| Вещество | Удельная теплоёмкость кДж/(кг·K) |
|---|---|
| Древесина | 1,700 |
| Гипс | 1,090 |
| Асфальт | 0,920 |
| Талькохлорит | 0,980 |
| Бетон | 0,880 |
| Мрамор, слюда | 0,880 |
| Стекло оконное | 0,840 |
| Кирпич керамический красный | 0,840—0,880[10] |
| Кирпич силикатный | 0,750—0,840[10] |
| Песок | 0,835 |
| Почва | 0,800 |
| Гранит | 0,790 |
| Стекло кронглас | 0,670 |
| Стекло флинт | 0,503 |
| Сталь | 0,470 |
См. также[править | править код]
- Теплоёмкость
- Объёмная теплоёмкость
- Молярная теплоёмкость
- Теплоёмкость идеального газа
Примечания[править | править код]
- ↑ Для неоднородного (по химическому составу) образца удельная теплоемкость является дифференциальной характеристикой
, меняющейся от точки к точке. Зависит она в принципе и от температуры (хотя во многих случаях изменяется достаточно слабо при достаточно больших изменениях температуры), при этом строго говоря определяется — вслед за теплоёмкостью — как дифференциальная величина и по температурной оси, то есть строго говоря следует рассматривать изменение температуры в определении удельной теплоёмкости не на один градус (тем более не на какую-то более крупную единицу температуры), а на малое с соответствующим количеством переданной теплоты . (См. далее основной текст.)
- ↑ Кельвины (К) здесь можно заменять на градусы Цельсия (°C), поскольку эти температурные шкалы (абсолютная и шкала Цельсия) отличаются друг от друга лишь начальной точкой, но не величиной единицы измерения.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 4-135. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
- ↑ 1 2 CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-2. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 15-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-12. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide (Ed.). — 90th edition. — CRC Press; Taylor and Francis, 2009. — P. 6-17. — 2828 p. — ISBN 1420090844.
- ↑ 1 2 3 Paul Evans. Specific heat capacity of materials (англ.). The Engineering Mindset (16 октября 2016). Дата обращения: 14 июля 2019. Архивировано 14 июля 2019 года.
- ↑ Spezifische_Wärmekapazität. www.chemie.de. Дата обращения: 29 июня 2021. Архивировано 29 июня 2021 года.
- ↑ 1 2 Плотность и удельная теплоемкость кирпича: таблица значений Архивная копия от 22 марта 2019 на Wayback Machine.
Литература[править | править код]
- Таблицы физических величин. Справочник, под ред. И. К. Кикоина, М., 1976.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика.
- Лифшиц E. М. Теплоёмкость // под. ред. А. М. Прохорова Физическая энциклопедия. — М.: «Советская энциклопедия», 1998. — Т. 2.
Для того чтобы нагреть на определённую величину тела, взятые при одинаковой температуре, изготовленные из различных веществ, но имеющие одинаковую массу, требуется разное количество теплоты.
Пример:
для нагревания (1) кг воды на (1°C) требуется количество теплоты, равное (4200) Дж. А если нагревать (1) кг цинка на (1°C), то потребуется всего (400) Дж.
Удельная теплоёмкость вещества — физическая величина, численно равная количеству теплоты, которое необходимо передать веществу массой (1) кг для того, чтобы его температура изменилась на (1~°C).
([c]=1frac{Дж}{кг cdot °C}).
Пример:
по таблице удельной теплоёмкости твёрдых веществ находим, что удельная теплоёмкость алюминия составляет (c(Al)=920 frac{Дж}{кг cdot °C}). Поэтому при охлаждении (1) килограмма алюминия на (1) градус Цельсия ((°C)) выделяется (920) джоулей энергии. Столько же необходимо для нагревания (1) килограмма на алюминия на (1) градус Цельсия ((°C)).
Ниже представлены значения удельной теплоёмкости для некоторых веществ.
Твёрдые вещества
|
Вещество |
(c), Дж/(кг·°C) |
| Алюминий |
(920) |
| Бетон |
(880) |
| Дерево |
(2700) |
|
Железо, сталь |
(460) |
| Золото |
(130) |
| Кирпич |
(750) |
| Латунь |
(380) |
| Лёд |
(2100) |
| Медь |
(380) |
| Нафталин |
(1300) |
| Олово |
(230) |
| Парафин |
(3200) |
| Песок |
(970) |
| Платина |
(130) |
| Свинец |
(120) |
| Серебро |
(240) |
| Стекло |
(840) |
| Цемент |
(800) |
| Цинк |
(400) |
| Чугун |
(550) |
| Сера |
(710) |
Жидкости
|
Вещество |
(c), Дж/(кг·°C) |
| Вода |
(4200) |
| Глицерин |
(2400) |
| Керосин |
(2140) |
|
Масло подсолнечное |
(1700) |
|
Масло трансформаторное |
(2000) |
| Ртуть |
(120) |
|
Спирт этиловый |
(2400) |
|
Эфир серный |
(2300) |
Газы (при постоянном давлении и температуре (20°C))
|
Вещество |
(c), Дж/(кг·°C) |
| Азот |
(1000) |
| Аммиак |
(2100) |
| Водород |
(14300) |
|
Водяной пар |
(2200) |
| Воздух |
(1000) |
| Гелий |
(5200) |
| Кислород |
(920) |
|
Углекислый газ |
(830) |
Удельная теплоёмкость реальных газов, в отличие от идеальных газов, зависит от давления и температуры. И если зависимостью удельной теплоёмкости реальных газов от давления в практических задачах можно пренебречь, то зависимость удельной теплоёмкости газов от температуры необходимо учитывать, поскольку она очень существенна.
Обрати внимание!
Удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна.
Пример:
вода в жидком состоянии имеет удельную теплоёмкость, равную (4200) Дж/(кг·°C), в твёрдом состоянии (лёд) — (2100) Дж/(кг·°C), в газообразном состоянии (водяной пар) — (2200) Дж/(кг·°C).
Вода — вещество особенное, обладающее самой высокой среди жидкостей удельной теплоёмкостью. Но самое интересное, что теплоёмкость воды снижается при температуре от (0°C) до (37°C) и снова растёт при дальнейшем нагревании (рис. (1)).
Рис. (1). График удельной теплоёмкости воды
В связи с этим вода в морях и океанах, нагреваясь летом, поглощает из окружающей среды огромное количество теплоты. А зимой вода остывает и отдаёт в окружающую среду большое количество теплоты. Это явление оказывает влияние на климат данного региона. Летом здесь нет изнуряющей жары, а зимой — лютых морозов.
Высокая удельная теплоёмкость воды нашла широкое применение в различных областях: от медицинских грелок до систем отопления и охлаждения.
Задумывались ли вы, почему воду используют при тушении пожаров? Из-за большой теплоёмкости. При соприкосновении с горящим предметом вода забирает у него большое количество теплоты. Оно значительно больше, чем при использовании такого же количества любой другой жидкости.
Помимо непосредственного отвода тепла, вода гасит пламя ещё и косвенным образом. Водяной пар, образующийся при контакте с огнём, окутывает горящее тело, предотвращая поступление кислорода, без которого горение невозможно.
Какой водой эффективнее тушить огонь: горячей или холодной? Горячая вода тушит огонь быстрее, чем холодная. Дело в том, что нагретая вода скорее превратится в пар, а значит, и отсечёт поступление воздуха к горящему объекту.
Источники:
Рис. 1. Автор: Epop — собственная работа. Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10750129.
Загрузить PDF
Загрузить PDF
Удельная теплоемкость — это энергия, необходимая для того, чтобы поднять температуру одного грамма чистого вещества на один градус Цельсия. Удельная теплоемкость вещества зависит от его химического состава и агрегатного состояния. Открытие удельной теплоемкости подстегнуло развитие термодинамики, науки о переходах энергии, касающейся теплоты и работы системы. Удельная теплоемкость и термодинамика широко используются в химии, ядерной инженерии и аэродинамики, а также в повседневной жизни для радиаторов и систем охлаждения автомобилей. Если вы хотите узнать, как вычислить удельную теплоемкость, следуйте приведенной ниже инструкции.
-
1
Ознакомьтесь с величинами, которые используются для расчета удельной теплоемкости. Очень важно знать величины, которые используются для расчета удельной теплоемкости. Вы должны знать, как выглядит символ каждой величины, и понимать, что он означает. Далее приведены величины, которые обычно используются в выражении для расчета удельной теплоемкости вещества:
- Дельта, или символ «Δ», подразумевает изменение величины.
- Например, если ваша первая температура (T1) составляет 150 ºC, а вторая (T2) составляет 20 ºC, тогда ΔT, или изменение температуры, составит 150 ºC – 20 ºC = 130 ºC.
- Масса образца обозначается буквой «m».
- Количество теплоты обозначается буквой «Q». Единица измерения количества теплоты — «Дж», или Джоуль.
- «T» — это температура вещества.
- Удельная теплоемкость обозначается буквой «Cp».
- Дельта, или символ «Δ», подразумевает изменение величины.
-
2
Освойте выражение для определения удельной теплоемкости. Ознакомившись с величинами, которые используются для вычисления удельной теплоемкости, вы должны выучить уравнение для определения удельной теплоемкости вещества. Формула имеет вид: Cp = Q/mΔT.
- Вы можете оперировать этой формулой, если хотите узнать изменение количества теплоты вместо удельной теплоемкости. Вот как это будет выглядеть:
- ΔQ = mCpΔT
Реклама
- Вы можете оперировать этой формулой, если хотите узнать изменение количества теплоты вместо удельной теплоемкости. Вот как это будет выглядеть:
-
1
Изучите формулу. Сначала вам нужно изучить выражение для того, чтобы понять, что вам нужно сделать, чтобы найти удельную теплоемкость. Давайте рассмотрим следующую задачу: Определите удельную теплоемкость 350 г неизвестного вещества, если при сообщении ему 34 700 дж теплоты его температура поднялась с 22 до 173 ºC без фазовых переходов.
-
2
Запишите известные и неизвестные факторы. Разобравшись с задачей, вы можете записать все известные и неизвестные переменные, чтобы лучше понять, с чем вы имеете дело. Вот как это делается:
- m = 350 г
- Q = 34 700 Дж
- ΔT = 173 ºC – 22 ºC = 151 ºC
- Cp = неизвестно
-
3
Подставьте неизвестные факторы в уравнение. Известны все значения за исключением «Cpc», поэтому необходимо подставить в исходное уравнение все остальные факторы и найти «Cp». Делать это нужно так:
- Исходное уравнение: Cp = Q/mΔT
- c = 34 700 Дж/(350 г x 151 ºC)
-
4
Найдите ответ. Теперь, после того как вы подставили известные величины в выражение, вам осталось выполнить несколько простейших арифметических действий, чтобы узнать ответ. Удельная теплоемкость — окончательный ответ — составляет 0,65657521286 Дж/(г x ºC).
- Cp = 34,700 Дж/(350 г x 151 ºC)
- Cp = 34,700 Дж/(52850 г x ºC)
- Cp = 0,65657521286 Дж/(г x ºC)
Реклама
Советы
- Металл нагревается быстрее воды из-за низкой удельной теплоемкости.
- При нахождении удельной теплоемкости сокращайте единицы измерения тогда, когда это возможно.
- Удельную теплоемкость многих материалов можно найти в интернете для проверки вашего ответа.
- Иногда для изучения процессе теплопередачи в процессе физических или химических превращений может использоваться калориметр.
- Изменение температуры при прочих равных условиях значительнее для материалов с низкой удельной теплоемкостью.
- Системная единица СИ (Международная система единиц измерения) удельной теплоемкости — джоуль на градус Цельсия на грамм. В странах с британской системой мер она измеряется в калориях на градус Фаренгейта на фунт.
- Изучите формулу расчета удельной теплоемкости пищевых продуктов Cp = 4,180 x w + 1,711 x p + 1,928 x f + 1,547 x c + 0,908 x a — это уравнение для нахождения удельной теплоемкости, где «w» — процентное содержание воды в продукте, «p» — процентное содержание белков, «f» — процентное содержание жиров, «c» — процентное содержание углеводов и «a» — процентное содержание неорганических компонентов. Уравнение учитывает массовую долю (x) всех твердых веществ, которые составляют пищу. Расчет удельной теплоемкости приведен в кДж/(кг х K).
Реклама
Об этой статье
Эту страницу просматривали 112 580 раз.
Была ли эта статья полезной?
Удельная теплоёмкость — это энергия, которая требуется для увеличения температуры 1 грамма чистого вещества на 1°. Параметр зависит от его химического состава и агрегатного состояния: газообразное, жидкое или твёрдое тело. После его открытия начался новый виток развития термодинамики, науки о переходных процессах энергии, которые касаются теплоты и функционирования системы.
Как правило, удельная теплоёмкость и основы термодинамики используются при изготовлении радиаторов и систем, предназначенных для охлаждения автомобилей, а также в химии, ядерной инженерии и аэродинамике. Если вы хотите узнать, как рассчитывается удельная теплоёмкость, то ознакомьтесь с предложенной статьёй.
Содержание:
- Формула
- Инструкция по расчёту параметра
- Расчёт
- Как рассчитать теплоемкость продуктов питания
- Полезные советы
- Видео
Формула
Перед тем, как приступить к непосредственному расчёту параметра следует ознакомиться с формулой и её компонентами.
Формула для расчёта удельной теплоёмкости имеет следующий вид:
- с = Q/(m*∆T)
Знание величин и их символических обозначений, использующихся при расчёте, крайне важно. Однако необходимо не только знать их визуальный вид, но и чётко представлять значение каждого из них. Расчёт удельной теплоёмкости вещества представлен следующими компонентами:
ΔT – символ, означающий постепенное изменение температуры вещества. Символ «Δ» произносится как дельта.
ΔT можно рассчитать по формуле:
ΔT = t2–t1, где
- t1 – первичная температура;
- t2 – конечная температура после изменения.
m – масса вещества используемого при нагреве (гр).
Q – количество теплоты (Дж/J)
На основании Цр можно вывести и другие уравнения:
- Q = m*цp*ΔT – количество теплоты ;
- m = Q/цр*(t2 – t1) – массы вещества;
- t1 = t2–(Q/цp*m) – первичной температуры;
- t2 = t1+(Q/цp*m) – конечной температуры.
Инструкция по расчёту параметра
Рассчитать с вещества достаточно просто и чтобы это сделать нужно, выполнить следующие шаги:
- Взять расчётную формулу: Теплоемкость = Q/(m*∆T)
- Выписать исходные данные.
- Подставить их в формулу.
- Провести расчёт и получим результат.
В качестве примера произведём расчёт неизвестного вещества массой 480 грамм обладающего температурой 15ºC, которая в результате нагрева (подвода 35 тыс. Дж) увеличилась до 250º.
Согласно инструкции приведённой выше производим следующие действия:
Выписываем исходные данные:
- Q = 35 тыс. Дж;
- m = 480 г;
- ΔT = t2–t1 =250–15 = 235 ºC.
Берём формулу, подставляем значения и решаем:
с=Q/(m*∆T)=35тыс.Дж/(480 г*235º)=35тыс.Дж/(112800 г*º)=0,31 Дж/г*º.
Расчёт
Выполним расчёт CP воды и олова при следующих условиях:
- m = 500 грамм;
- t1 =24ºC и t2 = 80ºC – для воды;
- t1 =20ºC и t2 =180ºC – для олова;
- Q = 28 тыс. Дж.
Для начала определяем ΔT для воды и олова соответственно:
- ΔТв = t2–t1 = 80–24 = 56ºC
- ΔТо = t2–t1 = 180–20 =160ºC
Затем находим удельную теплоёмкость:
- с=Q/(m*ΔТв)= 28 тыс. Дж/(500 г *56ºC) = 28 тыс.Дж/(28 тыс.г*ºC) = 1 Дж/г*ºC.
- с=Q/(m*ΔТо)=28тыс.Дж/(500 гр*160ºC)=28 тыс.Дж/(80 тыс.г*ºC)=0,35 Дж/г*ºC.
Таким образом, удельная теплоемкость воды составила 1 Дж/г *ºC, а олова 0,35 Дж/г*ºC. Отсюда можно сделать вывод о том, что при равном значении подводимого тепла в 28 тыс. Дж олово нагрется быстрее воды, поскольку его теплоёмкость меньше.
Теплоёмкостью обладают не только газы, жидкости и твёрдые тела, но и продукты питания.
Как рассчитать теплоемкость продуктов питания
При расчёте емкости питания уравнение примет следующий вид:
с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908 *a), где:
- w – количество воды в продукте;
- p – количество белков в продукте;
- f – процентное содержание жиров;
- c – процентное содержание углеводов;
- a – процентное содержание неорганических компонентов.
Определим теплоемкость плавленого сливочного сыра Viola. Для этого выписываем нужные значения из состава продукта (масса 140 грамм):
- вода – 35 г;
- белки – 12,9 г;
- жиры – 25,8 г;
- углеводы – 6,96 г;
- неорганические компоненты – 21 г.
Затем находим с:
- с=(4.180*w)+(1.711*p)+(1.928*f)+(1.547*c)+(0.908*a)=(4.180*35)+(1.711*12,9)+(1.928*25,8) + (1.547*6,96)+(0.908*21)=146,3+22,1+49,7+10,8+19,1=248 кДж /кг*ºC.
Полезные советы
Всегда помните, что:
- процесс нагревания металла проходит быстрее, чем у воды, так как он обладает CP в 2,5 раза меньше;
- по возможности преобразуйте полученные результаты в более высокий порядок, если позволяют условия;
- в целях проверки результатов можно воспользоваться интернетом и посмотреть с для расчётного вещества;
- при равных экспериментальных условиях более значительные температурные изменения будут наблюдаться у материалов с низкой удельной теплоёмкостью.
Видео
Разобраться в этой теме вам поможет видео урок.
как найти удельную теплоемкость железа?
наСтЮФка
Знаток
(283),
закрыт
6 лет назад
В воду массой 0.2 кг при температуре 18 градусов опустили железную гирю массой 0.1 кг при температуре 98 градусов. Температура воды установилась 22 градуса.
Лучший ответ
Одну минуточку
Высший разум
(349589)
6 лет назад
Удельная теплоемкость железа составляет 444 Дж/кг*K
Градус по Кельвину равен градусу по Цельсию. С таким же успехом можно написать 444 Дж/кг*С
Остальные ответы
Иван Шмельков
Гуру
(3191)
10 лет назад
Составляем уравнение энергетического баланса
0,2*Св*(22-18)=0,1*Сж*(98-22)
Св-удельная теплоемкость воды (берем из справочников)
Сж-удельная теплоемкость железа
Отсюда и находим нужное
Владимир Русаков
Ученик
(75)
10 лет назад
нагревание воды: Q1=c1m1(t2-t1)
Q1=4200*0.2*(22-18)=
Q2=Q1
Q2=c2m2(t3-t2)
c2=Q2/m2(t3-t2)
c2=
Похожие вопросы
