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.
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?
Download Article
Download Article
Specific heat is the amount of energy required to raise one gram of a pure substance by one degree Centigrade. The specific heat of a substance is dependent on both its molecular structure and its phase. The discovery of specific heat sparked the studies of thermodynamics, the study of energy conversion involving heat and the work of a system. Specific heat and thermodynamics are used extensively in chemistry, nuclear engineering, and aerodynamics, as well as in everyday life in the radiator and cooling system of a car. If you want to know how to calculate specific heat, just follow these steps.
Calculation Help
-
1
Become familiar with the terms that are used for calculating specific heat. It’s important to be familiar with the terms that are used for calculating specific heat before you learn the formula for specific heat. You’ll need to know how to recognize the symbol for each term and to understand what it means. Here are the terms that are commonly used in the equation for calculating the specific heat of a substance:[1]
- Delta, or the “Δ” symbol, represents the change in a variable.
- For example, if your first temperature (T1) is 150ºC, and your second temperature (T2) is 20ºC, then ΔT, or the change in temperature, represents 150ºC – 20ºC, or 130ºC.
- The mass of the sample is represented by “m”.
- The amount of heat is represented by “Q”. The amount of heat is represented by “J”, or Joules.
- “T” is the temperature of the substance.
- Specific heat is represented by “Cp“.
- Delta, or the “Δ” symbol, represents the change in a variable.
-
2
Learn the equation for specific heat. Once you become familiar with the terms used for calculating specific heat, you should learn the equation for finding the specific heat of a substance.[2]
The formula is: Cp = Q/mΔT.- You can manipulate this formula if you want to find the change in the amount of heat instead of the specific heat. Here’s what it would look like:
- ΔQ = mCpΔT
- You can manipulate this formula if you want to find the change in the amount of heat instead of the specific heat. Here’s what it would look like:
Advertisement
-
1
Study the equation. First, you should look at the equation to get a sense of what you need to do to find the specific heat. Let’s look at this problem: Find the specific heat of 350 g of an unknown material when 34,700 Joules of heat are applied, and the temperature rises from 22ºC to 173ºC with no phase change.
-
2
List the known and unknown factors. Once you’re comfortable with the problem, you can write down each known and unknown variable to have a better sense of what you’re working with. Here’s how you do it:[3]
- m = 350 g
- Q = 34,700 Joules
- ΔT = 173ºC – 22ºC = 151ºC
- Cp = unknown
-
3
Plug the known factors into the equation. You know the value of everything except “Cpc”, so you should plug the rest of the factors into the original equation and solve for “Cp“, Here’s how you do it:[4]
- Original equation: Cp = Q/mΔT
- c = 34,700 J/(350 g x 151ºC)
-
4
Solve the equation. Now that you’ve plugged the known factors into the equation, just do simple arithmetic to solve it.[5]
The specific heat, or final answer, is 0.65657521286 J/(g x ºC).- Cp = 34,700 J/(350 g x 151ºC)
- Cp = 34,700 J/(52850 g x ºC)
- Cp = 0.65657521286 J/(g x ºC)
Advertisement
Add New Question
-
Question
How do I calculate specific heat when no temperature is given?
That’s not possible. Q=mass × specific heat capacity x temperature is the formula, temperature cannot be removed from the equation.
-
Question
How do I find the heat of a spice?
Look your spice up on the Scoville scale — it measures the pungency of spicy foods. A bell pepper is 0 on the scale. A mild jalapeno is about 3000, and a hot one is ~10000. Tabasco is around 30000, and a habanero can reach 350000.
-
Question
If 200 grams of water is to be heated from 24.0 degrees to 100.0 degrees to make a cup of tea, how much heat must be added?
Q = C x m x dT
Q = 4.18 x 0.2 x (100 – 24)
Q = 73.112 J/g.C
See more answers
Ask a Question
200 characters left
Include your email address to get a message when this question is answered.
Submit
Advertisement
Video
-
A calorimeter may sometimes be used with a heat transfer during a physical or chemical change.
-
When solving for specific heat, cross out units when possible.
-
Temperature changes are greater in materials with low specific heat when all other things are equal.
Show More Tips
Thanks for submitting a tip for review!
Advertisement
About This Article
Article SummaryX
To calculate specific heat, start by reading the problem carefully, then write down each known and unknown variable to get a better sense of what you’re working with. Next, plug the known factors into the specific heat equation, then solve the equation as you normally would to get your answer! To learn more about the fundamentals of specific heat, read on!
Did this summary help you?
Thanks to all authors for creating a page that has been read 914,192 times.
Did this article help you?
Вместо словосочетания «тепловая энергия» физики говорят сокращенно: «теплота».
Удобно сравнивать между собой величины, которые измерены численно. Поэтому, физики говорят о количестве тепловой энергии, или количестве теплоты.
Что такое количество теплоты
Рассмотрим чашку, в которой находится обыкновенная вода комнатной температуры.
Вычислим внутреннюю энергию холодной воды в чашке, получим число, которое можно обозначить так:
(large U_{text{хол}} left( text{Дж} right) ) – внутренняя энергия холодной воды.
Нагреем воду в чашке. Молекулы нагретой воды будут двигаться быстрее. Значит, горячая вода обладает большим количеством внутренней энергии.
Теперь посчитаем внутреннюю энергию горячей воды в чашке. Полученное число обозначим, как
(large U_{text{горяч}} left( text{Дж} right) ) – внутренняя энергия горячей воды.
Найдем разницу внутренней энергии для горячей и холодной воды.
[large U_{text{горяч}} — U_{text{холод}}]
Примечание: Вместо слова «разница» математики скажут «разность».
Мы получим еще одно число. Обозначим его символом Q. Число Q называют количеством теплоты. Именно эту тепловую энергию вода получила во время нагревания.
[large boxed{ Q = U_{text{горяч}} — U_{text{холод}} }]
Примечание: Когда горячая вода остынет, она отдаст ровно столько тепловой энергии, сколько получила во время нагревания. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.
(large Q left( text{Дж} right) ) – тепловая энергия, количество теплоты.
Теплота, как и любая энергия, измеряется в системе СИ в Джоулях, в честь английского физика Джеймса Джоуля.
Рис.1. Что такое количество теплоты
Примечание: Количество теплоты, так же, измеряют в Калориях.
Калория – это тепловая энергия, затраченная на нагревание 1 грамма воды на 1 градус Цельсия.
Джоуль и Калория связаны так:
[large boxed{ 1 text{ Калория} = 4{,}19 text{ Дж} }]
От чего зависит количество теплоты
Количество теплоты, требуемое для нагревания тела, зависит от нескольких параметров.
От массы вещества
Нальем в одну кастрюльку 1 кг воды, а в другую, точно такую же кастрюльку – 2 килограмма воды.
Пусть, начальная температура воды о обеих кастрюльках равна +20 градусам Цельсия.
Будем нагревать эти кастрюльки по очереди на газовой плите, не меняя интенсивность огня конфорки.
Предположим, нам нужно повысить на 50 градусов Цельсия температуру воды в каждой кастрюльке.
Примечание: После нагревания воды на 50 градусов, конечная температура воды в каждой кастрюльке будет равна 70 градусам.
Чтобы нагреть на 50 градусов 1 килограмм воды, потребуется время. Однако, чтобы нагреть на этой же конфорке 2 килограмма воды на 50 градусов, потребуется больше времени.
Значит, количество теплоты, полученное водой, зависит от массы вещества, которое мы хотим нагреть.
Математики запишут фразу «количество теплоты зависит от массы» так:
[large Q = f(m)]
Символом f обозначается зависимость.
(large m left( text{кг} right) ) – масса нагреваемого вещества.
От разницы температур
Теперь возьмем две кастрюльки, и нальем в них по 1 кг воды. Начальная температура воды в кастрюльках одинаковая и равна +20 градусов Цельсия.
Одну кастрюльку будем нагревать дольше другой. Поэтому, температура воды будет выше в той кастрюльке, которую дольше нагревали.
Так как температура повысилась больше в кастрюльке, которую дольше нагревали, то физики скажут, что воде в этой кастрюльке передали большее количество теплоты.
Значит, количество теплоты зависит от разницы (т. е. разности) между начальной и конечной температурой.
[large Delta t = t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}]
(large t_{text{конеч}} left( text{град} right) ) – температура после нагревания;
(large t_{text{нач}} left( text{град} right) ) – температура до нагревания;
(large Delta t left( text{град} right) ) – разность температуры;
Математики фразу «количество теплоты зависит от разности температур» запишут так:
[large Q = f(Delta t)]
Символ f обозначает, что Q зависит от разницы температур.
От вида вещества
Теперь будем нагревать 1 килограмм воды и 1 килограмм подсолнечного масла.
Первоначальная температура каждого вещества +20 градусов Цельсия.
Измерим через 5 минут нагревания температуру воды и температуру масла.
Оказывается, за 5 минут масло нагреется до более высокой температуры. При этом и масло, и вода, получили одинаковое количество теплоты.
Значит, количество теплоты зависит от того, из какого вещества состоит тело.
Рис. 2. Количество теплоты зависит от массы и вида вещества, а, так же, от разницы температур
Какие величины называют удельными
Физики часто применяют удельные величины, так как они достаточно удобны для вычислений.
Удельная величина – величина, приходящаяся на единицу массы, длины, площади, или объема.
Рис. 3. Удельная величина – это величина, приходящаяся на единицу чего-либо (например, массы, длины и т. п.)
В обычной жизни мы, так же, пользуемся удельными величинами. К примеру, цена товара – это удельная величина, так как она приходится на единицу товара. Зная количество товара, легко посчитать общую цену покупки.
Например, булочка стоит 20 рублей. Нужно купить 3 булочки. Общую сумму денег найдем, перемножив цену одной булочки (удельную величину) на количество штук.
Известно, что при горении топлива выделяется энергия. Удельная теплота сгорания и количество сгоревших килограммов топлива помогут посчитать выделившуюся тепловую энергию.
Что такое удельная теплоемкость
Возьмем 1 килограмм вещества и нагреем его на 1 градус Цельсия. Тепловая энергия, которую мы для этого затратили, называется удельной теплоемкостью.
Удельная теплоемкость – это энергия, затраченная для нагревания 1 килограмма на 1 градус.
Эту энергию обозначают латинским символом «c». Измеряют ее в Джоулях, деленных на килограмм и градус.
(large c left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) ) – удельная теплоемкость;
Примечания:
- Вместо слов «тепловая энергия» физики скажут «количество теплоты»;
- Различные вещества обладают разными теплоемкостями;
- Одно и то же вещество в различных агрегатных состояниях (ссылка), будет иметь разные теплоемкости.
Удельные теплоемкости воды в различных агрегатных состояниях
В твердом состоянии (лед), вода будет иметь такую теплоемкость:
(large c_{text{лед}} = 2100 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )
В жидком состоянии (вода), такую:
(large c_{text{вода}} = 4200 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )
В газообразном состоянии (пар) при температуре 100 градусов Цельсия, такую:
(large c_{text{пар}} = 2000 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )
Примечание: Удельные теплоемкости различных веществ можно найти в школьном справочнике физики.
Как связаны и чем отличаются количество теплоты и удельная теплоемкость
Будем рассматривать такие процессы, как нагревание и охлаждение.
- нагревание — тело получает тепловую энергию (количество теплоты).
- охлаждение – тело отдает тепловую энергию в окружающее пространство.
Благодаря процессам нагревания и охлаждения мы можем обогреваться зимой с помощью русской печи. Сначала печь получит количество теплоты (тепловую энергию) от сгорающего топлива — дров. А затем, будет остывать и отдавать это количество теплоты всем телам, находящимся в помещении.
Отличия удельной теплоемкости от количества теплоты
Запомнить, что такое количество теплоты, и чем оно отличается от удельной теплоемкости, можно так (рис. ):
Рис. 4. Удельная теплоемкость и количество теплоты – это энергии, они приходятся на различное количество градусов и количество килограммов
- Количество теплоты – это энергия нагревания (охлаждения) нескольких килограммов на несколько градусов.
- Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма на 1 градус.
Связь количества теплоты и удельной теплоемкости — формула
Если известны:
- удельная теплоемкость вещества;
- количество килограммов вещества;
- количество градусов, на которое нужно нагреть вещество,
то легко посчитать общую тепловую энергию – т. е. количество теплоты.
Для этого используем формулу:
[large boxed{ Q = c cdot m cdot (t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}) }]
(large Q left( text{Дж} right) ) – количество теплоты, т. е. общая тепловая энергия;
(large c left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) ) – удельная теплоемкость;
(large m left( text{кг} right) ) – масса вещества;
(large t_{text{конеч}} left( text{град} right) ) – температура после нагревания;
(large t_{text{нач}} left( text{град} right) ) – температура до нагревания;
Как по графику нагревания или охлаждения определить удельную теплоемкость
На примере покажем, как находить удельную теплоемкость по графику нагревания или охлаждения тела.
Дано твердое тело массой 2 килограмма. На рисунке 5 указано, как зависит температура этого тела от полученного количества теплоты. По горизонтали отложено количество теплоты, а по вертикали – температура некоторого тела, находящегося в твердом состоянии.
Определить удельную теплоемкость вещества, из которого состоит данное твердое тело.
Рис. 5. На рисунке указано, как температура твердого тела зависит от полученной теплоты
Решение:
Тело нагрелось от (large t_{1} = 0 left( С right) ) до температуры (large t_{2} = 60 left( С right) );
Разность температур равна 60 градусам Цельсия.
Масса тела 2 килограмма.
Полученное количество теплоты (large Q = 15000 left( text{Дж} right) ).
Выпишем формулу, по которой можно посчитать тепловую энергию Q:
[large Q = c cdot m cdot (t_{text{конеч}} — t_{text{нач}}) ]
Подставим теперь значения в эту формулу для определения количества теплоты:
[large 15000 = c cdot 2 cdot 60 ]
Разделим обе части уравнения на число 10:
[large 1500 = c cdot 2 cdot 6 ]
Теперь разделим обе части уравнения на число 6:
[large 250 = c cdot 2 ]
Разделив обе части на число 2, получим удельную теплоемкость твердого вещества:
[large 125 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) = c ]
Ответ: Удельная теплоемкость твердого вещества (large 125 left( frac{text{Дж}}{text{кг} cdot text{град}} right) )
Примечание: Тела могут обмениваться тепловой энергией с другими телами. Обмен энергией прекратится при наступлении теплового равновесия. Для решения задач нужно использовать удельные теплоемкости материалов, из которых изготовлены тела. А чтобы рассчитать переданное или полученное телом количество теплоты, нужно уметь применять закон сохранения энергии и составлять уравнение теплового баланса.
Выводы
- При нагревании тело получает тепловую энергию (количество теплоты), а при охлаждении – отдает эту энергию в окружающее пространство.
- Количество теплоты – это тепловая энергия, которую тело получило в процессе теплопередачи. То есть, во время нагревания.
- Сколько теплоты тело получило, столько же оно отдаст в окружающую среду во время остывания до начальной температуры. Потому, что выполняется закон сохранения тепловой энергии.
- Количество теплоты зависит от: массы вещества; вида вещества; разности между начальной и конечной температурой (от разницы температур).
- Удельная теплоемкость – это энергия нагревания 1-го килограмма вещества на 1 градус
- Теплоемкости разных веществ различаются.
- Даже одно и то же вещество в разных агрегатных состояниях имеет разные теплоемкости.
- Если масса вещества известна, удельную теплоемкость можно определить из графика Q(t) количества теплоты от температуры.
«Количество теплоты. Удельная теплоёмкость»
Количество теплоты
Изменение внутренней энергии путём совершения работы характеризуется величиной работы, т.е. работа является мерой изменения внутренней энергии в данном процессе. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче характеризуется величиной, называемой количествоv теплоты.
Количество теплоты – это изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы. Количество теплоты обозначают буквой Q.
Работа, внутренняя энергия и количество теплоты измеряются в одних и тех же единицах — джоулях (Дж), как и всякий вид энергии.
В тепловых измерениях в качестве единицы количества теплоты раньше использовалась особая единица энергии — калория (кал), равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 градус Цельсия (точнее, от 19,5 до 20,5 °С). Данную единицу, в частности, используют в настоящее время при расчетах потребления тепла (тепловой энергии) в многоквартирных домах. Опытным путем установлен механический эквивалент теплоты — соотношение между калорией и джоулем: 1 кал = 4,2 Дж.
При передаче телу некоторого количества теплоты без совершения работы его внутренняя энергия увеличивается, если тело отдаёт какое-то количество теплоты, то его внутренняя энергия уменьшается.
Если в два одинаковых сосуда налить в один 100 г воды, а в другой 400 г при одной и той же температуре и поставить их на одинаковые горелки, то раньше закипит вода в первом сосуде. Таким образом, чем больше масса тела, тем большее количество тепла требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением.
Количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит еще и от рода вещества, из которого это тело сделано. Эта зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.
Удельная теплоёмкость
Удельная теплоёмкость – это физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К). Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.
Удельная теплоёмкость обозначается буквой с. Единицей удельной теплоёмкости является 1 Дж/кг °С или 1 Дж/кг °К.
Значения удельной теплоёмкости веществ определяют экспериментально. Жидкости имеют большую удельную теплоёмкость, чем металлы; самую большую удельную теплоёмкость имеет вода, очень маленькую удельную теплоёмкость имеет золото.
Поскольку кол-во теплоты равно изменению внутренней энергии тела, то можно сказать, что удельная теплоёмкость показывает, на сколько изменяется внутренняя энергия 1 кг вещества при изменении его температуры на 1 °С. В частности, внутренняя энергия 1 кг свинца при его нагревании на 1 °С увеличивается на 140 Дж, а при охлаждении уменьшается на 140 Дж.
Количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела массой m от температуры t1°С до температуры t2°С, равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.
Q = c ∙ m (t2 — t1)
По этой же формуле вычисляется и количество теплоты, которое тело отдаёт при охлаждении. Только в этом случае от начальной температуры следует отнять конечную, т.е. от большего значения температуры отнять меньшее.
Это конспект по теме «Количество теплоты. Удельная теплоёмкость». Выберите дальнейшие действия:
- Перейти к следующему конспекту: «Уравнение теплового баланса»
- Вернуться к списку конспектов по Физике
- Посмотреть решение типовых задач на количество теплоты
