Удельная теплоемкость что это

Какова удельная теплоемкость цинка

удельная теплоемкость что это

  • 1 Что такое удельная теплоемкость?
  • 2 Удельная теплоемкость цинка

Цинк используется во всех сферах жизни

Удельная теплоемкость цинка имеет огромное значение для материаловедения и металлургии. Значения этой величины в целом для простых и сложных веществ, а также для различных материалов очень часто используются в жизни, промышленности и науке. Без ее учета невозможно рассчитать энергетические затраты для любого вида производства.

Цинк — это металл, влияние которого на все сферы жизни человека трудно переоценить. Без цинка не существует латунь, которую (хотя это и сплав) называют вечным металлом за ее превосходную износостойкость. Латунь находит применение от авиа— и судостроения до полиграфии и ювелирного дела.

При борьбе с коррозией металлов и сплавов цинк занимает первое место. Оцинковка — это дешевый и надежный способ придания материалам антикоррозионных свойств. Различные элементы питания, без которых не обходится жизнь современного человека, делают на основе цинка. Даже организм человека без цинка существовать не может. Это самый распространенный биологически активный микроэлемент после железа. Его нехватка ведет к негативным последствиям для здоровья.

Что такое удельная теплоемкость?

Тепловые явления изучаются двумя науками — термодинамикой и молекулярной физикой. У этих наук разные предметы изучения, подходы и методы, но именно накопленные знания этих дисциплин позволяют составить истинное представление о тепловых явлениях.

Теплоемкость в случае обеих наук выступает как ключевое понятие. Величина обозначается латинской буквой C. В широком смысле теплоемкость рассматривают как физическое свойство вещества или материала поглощать строго определенное количество теплоты при нагревании и выделять его при обратном процессе охлаждения.

Любая удельная величина определяется как отношение, которое реализуется к другим абсолютно разным величинам, взятым за единицу. Например, к энергии, массе или объему.

  1. В удельной теплоемкости отношение задается к произведению массы и температуры. Формула для расчета удельной теплоемкости выглядит так: C = Q/m*(T2 – T1), где Q – количество теплоты в Дж, m – масса вещества в кг, (T2 – T1) — разница между конечной (T2) и начальной (T1) температурами вещества в градусах Кельвина.
  2. Таким образом, в международной системе единиц (СИ) удельная теплоемкость измеряется в Дж/(кг.К). Ее физический смысл можно определить вопросом о том, сколько теплоты потребуется, чтобы нагреть 1 кг данного вещества на 1°K.
  3. Логично, что при охлаждении 1 кг вещества на 1°(по шкале Кельвина или Цельсия — не имеет значения, так как величина равна 1) в окружающую среду выделится теплота в таком же количестве, которое ушло на нагревание, а величина приобретет отрицательное значение.

Удельная теплоемкость цинка

Поскольку сама теплоемкость находится в прямой зависимости от температуры, то и удельная теплоёмкость веществ будет меняться от значений данного параметра. В температурном диапазоне от 0 до 300°C удельная теплоемкость цинка приблизительно равна 400 Дж/кг.°C.

  • Для сравнения можно привести значение этого показателя для воды при температуре 20°C, которое соответствует 4182 Дж/кг.К.
  • У воды самая высокая удельная теплоемкость среди жидкостей и твердых веществ.
  • В потребительском смысле это означает, что вода медленно нагревается и также медленно остывает.

В процессе нагревания воды нужно затратить большое количество энергии, поэтому вода — самый распространенный промышленный охладитель. Соответственно, при своем остывании вода отдает в окружающую среду значительное количество тепловой энергии. Это универсальный теплоноситель для различных нужд.

Удельная теплоемкость цинка примерно в 10 раз меньше, чем у воды. Металл быстро нагревается и для этого требуется в разы меньшее количество теплоты.

Зависимость удельной теплоемкости цинка от температуры является типичной для простых металлов. В процессе нагревания значение величины возрастает. Такое увеличение незначительно и носит нелинейный характер. При достижении металлом температуры плавления, когда он переходит в жидкое состояние, его удельная теплоемкость достигает максимума и остается практически неизменной.

Источник: https://ometallah.com/poleznoe/udelnaya-teploemkost-tsinka.html

Удельная теплоемкость: для чего она нужна и в чем ее смысл? :

удельная теплоемкость что это

Физика и тепловые явления — это довольно обширный раздел, который основательно изучается в школьном курсе. Не последнее место в этой теории отводится удельным величинам. Первая из них — удельная теплоемкость.

Однако толкованию слова «удельный» обычно уделяется недостаточно внимания. Учащиеся просто запоминают его как данность. А что оно значит?

Если заглянуть в словарь Ожегова, то можно прочесть, что такая величина определяется как отношение. Причем оно может быть выполнено к массе, объему или энергии. Все эти величины обязательно полагается брать равными единице. Отношение к чему задается в удельной теплоемкости?

К произведению массы и температуры. Причем их значения обязательно должны быть равными единице. То есть в делителе будет стоять число 1, но его размерность будет сочетать килограмм и градус Цельсия. Это обязательно учитывается при формулировке определения удельной теплоемкости, которое дано немного ниже. Там же находится формула, из которой видно, что в знаменателе стоят именно эти две величины.

Что это такое?

Удельная теплоемкость вещества вводится в тот момент, когда рассматривается ситуация с его нагреванием. Без него невозможно узнать, какое количество теплоты (или энергии) потребуется затратить на этот процесс. А также вычислить ее значение при охлаждении тела.

Кстати, эти два количества теплоты равны друг другу по модулю. Но имеют разные знаки. Так, в первом случае она положительная, потому что энергию нужно затратить и она передается телу.

Вторая ситуация с охлаждением дает отрицательное число, потому что тепло выделяется, и внутренняя энергия тела уменьшается.

Обозначается эта физическая величина латинской буквой c. Определяется она как некоторое количество теплоты, необходимое для нагревания одного килограмма вещества на один градус. В курсе школьной физики в качестве этого градуса выступает тот, что берется по шкале Цельсия.

Как ее сосчитать?

Если требуется узнать, чему равна удельная теплоемкость, формула выглядит так:

с = Q / (m * (t2 – t1)), где Q — количество теплоты, m — масса вещества, t2 – температура, которую тело приобрело в результате теплообмена, t1 — начальная температура вещества. Это формула № 1.

Исходя из этой формулы, единица измерения этой величины в международной системе единиц (СИ) оказывается Дж/(кг*ºС).

Как найти другие величины из этого равенства?

Во-первых, количество теплоты. Формула будет выглядеть таким образом: Q = с * m * (t2 – t1). Только в нее необходимо подставлять величины в единицах, входящих в СИ. То есть масса в килограммах, температура — в градусах Цельсия. Это формула № 2.

Во-вторых, массу вещества, которое остывает или нагревается. Формула для нее будет такой: m = Q / (c * (t2 – t1)). Это формула под № 3.

В-третьих, изменение температуры Δt = t2 – t1 = (Q / c * m). Знак «Δ» читается как «дельта» и обозначает изменение величины, в данном случае температуры. Формула № 4.

В-четвертых, начальную и конечную температуры вещества. Формулы, справедливые для нагревания вещества, выглядят таким образом: t1 = t2 — (Q / c * m), t2 = t1 + (Q / c * m). Эти формулы имеют № 5 и 6. Если в задаче идет речь об охлаждении вещества, то формулы такие: t1 = t2 + (Q / c * m), t2 = t1 — (Q / c * m). Эти формулы имеют № 7 и 8.

Какие значения она может иметь?

Экспериментальным путем установлено, какие она имеет значения у каждого конкретного вещества. Поэтому создана специальная таблица удельной теплоемкости. Чаще всего в ней даны данные, которые справедливы при нормальных условиях.

Вещество Удельная теплоемкость, Дж/(кг * ºС)
алюминий 920
вода 4200
графит 750
железо 460
золото 130
латунь 400
лед 2100
медь 400
олово 230
свинец 140
сталь 500
стекло лабораторное 840
чугун 540

В чем заключается лабораторная работа по измерению удельной теплоемкости?

В школьном курсе физики ее определяют для твердого тела. Причем его теплоемкость высчитывается благодаря сравнению с той, которая известна. Проще всего это реализуется с водой.

В процессе выполнения работы требуется измерить начальные температуры воды и нагретого твердого тела. Потом опустить его в жидкость и дождаться теплового равновесия. Весь эксперимент проводится в калориметре, поэтому потерями энергии можно пренебречь.

Потом требуется записать формулу количества теплоты, которое получает вода при нагревании от твердого тела. Второе выражение описывает энергию, которую отдает тело при остывании. Эти два значения равны. Путем математических вычислений остается определить удельную теплоемкость вещества, из которого состоит твердое тело.

Чаще всего ее предлагается сравнить с табличными значениями, чтобы попытаться угадать, из какого вещества сделано изучаемое тело.

Задача № 1

Условие. Температура металла изменяется от 20 до 24 градусов Цельсия. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 152 Дж. Чему равна удельная теплоемкость металла, если его масса равна 100 граммам?

Решение. Для нахождения ответа потребуется воспользоваться формулой, записанной под номером 1. Все величины, необходимые для расчетов, есть. Только сначала необходимо перевести массу в килограммы, иначе ответ получится неправильный. Потому что все величины должны быть такими, которые приняты в СИ.

В одном килограмме 1000 граммов. Значит, 100 граммов нужно разделить на 1000, получится 0,1 килограмма.

Подстановка всех величин дает такое выражение: с = 152 / (0,1 * (24 – 20)). Вычисления не представляют особой трудности. Результатом всех действий является число 380.

Ответ: с = 380 Дж/(кг * ºС).

Задача № 2

Условие. Определить конечную температуру, до которой остынет вода объемом 5 литров, если она была взята при 100 ºС и выделила в окружающую среду 1680 кДж тепла.

Решение. Начать стоит с того, что энергия дана в несистемной единице. Килоджоули нужно перевести в джоули: 1680 кДж = 1680000 Дж.

Для поиска ответа необходимо воспользоваться формулой под номером 8. Однако в ней фигурирует масса, а в задаче она неизвестна. Зато дан объем жидкости. Значит, можно воспользоваться формулой, известной как m = ρ * V. Плотность воды равна 1000 кг/ м3. Но здесь объем потребуется подставлять в кубических метрах. Чтобы перевести их из литров, необходимо разделить на 1000. Таким образом, объем воды равен 0,005 м3.

Подстановка значений в формулу массы дает такое выражение: 1000 * 0,005 = 5 кг. Удельную теплоемкость потребуется посмотреть в таблице. Теперь можно переходить к формуле 8: t2 = 100 + (1680000 / 4200 * 5).

Первым действием полагается выполнить умножение: 4200 * 5. Результат равен 21000. Второе — деление. 1680000 : 21000 = 80. Последнее — вычитание: 100 — 80 = 20.

Ответ. t2 = 20 ºС.

Задача № 3

Условие. Имеется химический стакан массой 100 г. В него налито 50 г воды. Начальная температура воды со стаканом равна 0 градусам Цельсия. Какое количество теплоты потребуется для того, чтобы довести воду до кипения?

Решение. Начать стоит с того, чтобы ввести подходящее обозначение. Пусть данные, относящиеся к стакану, будут иметь индекс 1, а к воде — индекс 2. В таблице необходимо найти удельные теплоемкости. Химический стакан сделан из лабораторного стекла, поэтому его значение с1 = 840 Дж/ (кг * ºС). Данные для воды такие: с2 = 4200 Дж/ (кг * ºС).

Их массы даны в граммах. Требуется перевести их в килограммы. Массы этих веществ будут обозначены так: m1 = 0,1 кг, m2 = 0,05 кг.

Начальная температура дана: t1 = 0 ºС. О конечной известно, что она соответствует той, при которой вода кипит. Это t2 = 100 ºС.

Поскольку стакан нагревается вместе с водой, то искомое количество теплоты будет складываться из двух. Первой, которая требуется для нагревания стекла (Q1), и второй, идущей на нагревание воды (Q2). Для их выражения потребуется вторая формула. Ее необходимо записать два раза с разными индексами, а потом составить их сумму.

Получается, что Q = с1 * m1 * (t2 – t1) + с2 * m2 * (t2 – t1). Общий множитель (t2 – t1) можно вынести за скобку, чтобы было удобнее считать. Тогда формула, которая потребуется для расчета количества теплоты, примет такой вид: Q = (с1 * m1 + с2 * m2) * (t2 – t1). Теперь можно подставить известные в задаче величины и сосчитать результат.

Q = (840 * 0,1 + 4200 * 0,05) * (100 – 0) = (84 + 210) * 100 = 294 * 100 = 29400 (Дж).

Ответ. Q = 29400 Дж = 29,4 кДж.

Источник: https://www.syl.ru/article/222076/mod_udelnaya-teploemkost-dlya-chego-ona-nujna-i-v-chem-ee-smyisl

Теплоёмкость идеального газа

удельная теплоемкость что это

В случае, если результатом теплообмена становится передача телу некоего количества теплоты Q, то его температура и внутренняя энергия претерпевают изменения.

Определение 1

Необходимое для нагревания 1 кг вещества на 1 К количество теплоты Q носит название удельной теплоемкости вещества c, а ее формула выглядит следующим образом: 

c=Qm∆T.

В большом количестве ситуаций удобной для использования является молярная теплоемкость C: 

C=M·c, где M представляет собой молярную массу вещества.

Теплоемкость, полученная таким способом, не является однозначной характеристикой вещества.

Исходя из первого закона термодинамики, можно сказать, что изменение внутренней энергии тела зависимо не только от количества полученной теплоты, но и от величины совершенной телом работы.

В разных условиях осуществления процесса теплопередачи тело может совершать различную работу. Таким образом, переданное телу одинаковое количество теплоты способно провоцировать изменения его внутренней энергии и, соответственно, температуры.

Подобной неоднозначностью при определении теплоемкости характеризуются только газообразные вещества. Объем в процессе нагрева практически не меняет своей величины, что сводит работу расширения к нулю.

По этой причине вся полученная телом теплота уходит на изменение его внутренней энергии. Газ в процессе теплопередачи может значительно менять свой объем и совершать работу, чем отличается от твердых тел и жидкостей.

Таким образом, теплоемкость газообразного вещества имеет зависимость от характера термодинамического процесса.

Изопроцессы в газах

Определение 2

Чаще всего рассматриваются два значения теплоемкости газов: 

  • CV являющаяся молярной теплоемкостью в изохорном процессе (V=const);
  • Cp представляющая собой молярную теплоемкость в изобарном процессе (p=const).

При условии постоянного объема газ не совершает работы: A=0. Исходя из первого закона термодинамики для 1 моля газа, можно сказать, что справедливым является следующее выражение: 

QV=CV∆T=∆U.

Изменение величины ΔU внутренней энергии газа прямо пропорционально изменению значения ΔT его температуры.

В условиях процесса при постоянном давлении первый закон термодинамики дает такую формулу: 

Qp=∆U+p(V2-V1)=CV∆T+pV.

В котором ΔV является изменением объема 1 моля идеального газа при изменении его температуры на ΔT. Таким образом, можно заявить, что: 

Cp=Qp∆T=CV+p∆V∆T.

Из уравнения состояния идеального газа, записанного для 1 моля, может выражаться отношение ΔVΔT: 

pV=R.

В котором R представляет собой универсальную газовую постоянную. При условии постоянства давления p=const, можно записать следующее:p∆V=R∆T или ∆V∆T=Rp.

Определение 3

Из этого следует, что выражающее связь между молярными теплоемкостями Cp и CV соотношение имеет вид (формула Майера): 

Cp=CV+R.

В процессе с неизменным давлением молярная теплоемкость Cp газа всегда превышает молярную теплоемкость CV в процессе с не подверженным изменениям объемом, что демонстрируется на рисунке 3.10.1.

Рисунок 3.10.1. Два возможных процесса нагревания газа на ΔT=T2 –T1. При p=const газ совершает работу A=p1(V2 – V1). Поэтому Cp>

CV.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Стинол или атлант что лучше

Определение 4

Отношение теплоемкостей в процессах с постоянным давлением и постоянным объемом занимает важное место в термодинамике и обозначается в виде греческой буквы γ. 

γ=CpCV.

Данное отношение включено в формулу для адиабатического процесса.

Между двумя изотермами, обладающими температурами T1 и T2 на диаграмме (p, V) реальны различные варианты перехода. Так как для всех подобных переходов изменение величины температуры ΔT=T2 –T1 является одним и тем же, выходит, что изменение значения
ΔU внутренней энергии тоже одинаково.

С другой стороны, совершенные при этом работы A и количества теплоты Q, полученные в результате теплообмена, выйдут разными для различных путей перехода. Из этого следует, что газа имеет относительно приближенное к бесконечности число теплоемкостей.

 Cp и CV представляют собой частные, однако, очень важные для теории газов, значения теплоемкостей.

Рисунок 3.10.2. Модель теплоемкости идеального газа.

Определение 5

Термодинамические процессы, в которых теплоемкость газа не подвергается изменениям, носят название политропических.

Каждый изопроцесс являются политропическим. В изотермическом процессе ΔT=0, из-за чего CT=∞. В адиабатическом процессе ΔQ=0, выходит, что Cад=0.

Замечание 1

Стоит обратить внимание на то, что «теплоемкость» и «количество теплоты» являются крайне неудачными терминами, доставшимися современной науке в качестве наследства теории теплорода, которая господствовала в XVIII веке.

Данная теория представляла теплоту в виде содержащегося в телах особого невесомого вещества. Считалось, что оно не подвержено уничтожению и не может быть созданным. Явление нагрева объясняли повышением, а охлаждение – понижением содержания в телах теплорода.

Однако теория теплорода оказалась несостоятельной, так как не смогла дать ответа на вопрос, почему одинаковое изменение внутренней энергии тела возможно получить, приводя ему разное количество теплоты в зависимости от совершаемой им работы.

По этой причине утверждение, что в данном теле содержится некоторый запас теплорода лишено смысла.

Молекулярно-кинетическая теория

В молекулярно-кинетической теории устанавливается следующее соотношение между средней кинетической энергией E→ поступательного движения молекул и абсолютной температурой T: 

E→=32kT.

Внутренняя энергия 1 моля идеального газа эквивалентна произведению E→ на число АвогадроNА: 

U=32kNAT=32RT.

При условии изменения температуры на величину ΔT внутренняя энергия изменяется на величину:

U=32R∆T=CV∆T.

Коэффициент пропорциональности между ΔU и ΔT эквивалентен теплоемкости CV в условиях постоянного давления: 

CV=32R=12,47 ДЖ/моль·К.

Данное выражение подтверждается экспериментами с газами, которые состоят из одноатомных молекул вроде гелия, неона или аргона. При этом для двухатомных (водород, азот) и многоатомных (углекислый газ) газов такое соотношение не согласуется с полученными в результате опытов данными. Причина этого расхождения заключается в том, что для двух- и многоатомных молекул средняя кинетическая энергия должна включать энергию как поступательного, так и вращательного их движения.

 Рисунок 3.10.3. Модель двухатомной молекулы. Точка O совпадает с центром масс молекулы. 

Рисунок 3.10.3 иллюстрирует модель двухатомной молекулы. Молекула имеет возможность производить пять независимых типов движений: три поступательных движения вдоль осей X, Y, Z и два вращения относительно осей X и Y.

Опытным путем выяснено, что вращение относительно оси Z, на которой лежат центры обоих атомов, может быть возбуждено только при очень высоких значениях температуры. В условиях обычных температур вращение вокруг оси Z не происходит.

Определение 6

Каждое независимое движение в молекуле носит название степени свободы.

Выходит, что одноатомная молекула обладает 3 поступательными степенями свободы, «жесткая» двухатомная молекула 5 степенями, то есть 3 поступательными и 2 вращательными, а многоатомная молекула 6 степенями свободы, из которых 3 приходятся на поступательные и 3 на вращательные.

Теорема 1

В классической статистической физике доказывается теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы:

Если система молекул находится в тепловом равновесии при температуре T, то средняя кинетическая энергия равномерно распределена между всеми степенями свободы и для каждой степени свободы молекулы она равна 12kT.

Из данной теоремы следует, что для молярных теплоемкостей газа Cp и CV и их отношения
γ справедлива запись в следующем виде: 

CV=i2R, Cp=Cv+R=i+22R, γ=CpCV=i+2i,

где i представляет собой количество степеней свободы газа.

Для газа, состоящего из одноатомных молекул (i=3)

CV=32R, Cp=Cv+R=52R, γ=CpCV=53=1,66.

Для газа, состоящего из двухатомных молекул (i=5)

CV=52R, Cp=Cv+R=72R, γ=CpCV=75=1,4.

Для газа, состоящего из многоатомных молекул (i=6)

CV=3R, Cp=Cv+R=4R, γ=CpCV=43=1,33.

В обычных условиях экспериментально измеренные теплоемкости многих газов неплохо согласуются с приведенными выражениями, но в целом классическая теория теплоемкости газов вполне удовлетворительной не является. Существует колоссальное число примеров со значительной разницей между результатами эксперимента и теорией. Данный факт объясняется тем, что классическая теория не может полностью учесть, связанную с внутренними движениями в молекуле энергию.

Теорема о равномерном распределении энергии по степеням свободы может быть применена и по отношению к тепловому движению частиц в твердом теле. Входящие в состав кристаллической решетки атомы колеблются около положений равновесия. Энергия данных колебаний представляет собой внутреннюю энергию твердого тела.

Каждый конкретный атом может колебаться в кристаллической решетке в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Выходит, что каждый атом имеет 3 колебательные степени свободы. При условии гармонических колебаний средняя кинетическая энергия эквивалентна средней потенциальной энергии.

По этой причине в соответствии с теоремой о равномерном распределении на каждую колебательную степень свободы приходится средняя энергия kT, а на один атом – 3kT. 

Определение 7

Внутренняя энергия 1 моля твердого вещества равна следующему выражению:

U=3RNAkt=3Rt.

Следовательно, молярная теплоемкость вещества в твердом состоянии равняется: 

С=3R=25,12 Дж/моль·К.

Данное выражение носит название закона Дюлонга–Пти. Для твердых тел почти нет различия между Cp и CV по причине пренебрежительно малой работы при сжатии или расширении.

Опыт показывает, что молярная теплоемкость у многих твердых тел (химических элементов) при обычных температурах на самом деле близка к 3R. При этом, в условиях низких температур заметны довольно сильные расхождения между теорией и экспериментом. Таким образом, гипотеза о равномерном распределении энергии по степеням свободы может считаться лишь приближением. Заметная в опыте зависимость теплоемкости от температуры объясняется только при условии использования квантовых представлений.

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/termodinamika/teploemkost-idealnogo-gaza/

Удельная теплоёмкость: расчет количества теплоты

Как вы думаете, что быстрее нагревается на плите: литр воды в кастрюльке или же сама кастрюлька массой 1 килограмм? Масса тел одинакова, можно предположить, что нагревание будет происходить с одинаковой скоростью.

А не тут-то было! Можете проделать эксперимент – поставьте пустую кастрюльку на огонь на несколько секунд, только не спалите, и запомните, до какой температуры она нагрелась. А потом налейте в кастрюлю воды ровно такого же веса, как и вес кастрюли. По идее, вода должна нагреться до такой же температуры, что и пустая кастрюля за вдвое большее время, так как в данном случае нагреваются они обе – и вода, и кастрюля.

Однако, даже если вы выждете втрое большее время, то убедитесь, что вода нагрелась все равно меньше. Воде потребуется почти в десять раз большее время, чтобы нагреться до такой же температуры, что и кастрюля того же веса. Почему это происходит? Что мешает воде нагреваться? Почему мы должны тратить лишний газ на подогрев воды при приготовлении пищи? Потому что существует физическая величина, называемая удельной теплоемкостью вещества.

Удельная теплоемкость вещества

Эта величина показывает, какое количество теплоты надо передать телу массой один килограмм, чтобы его температура увеличилась на один градус Цельсия. Измеряется в Дж/(кг * ˚С). Существует эта величина не по собственной прихоти, а по причине разности свойств различных веществ.

Удельная теплоемкость воды примерно в десять раз выше удельной теплоемкости железа, поэтому кастрюля нагреется в десять раз быстрее воды в ней. Любопытно, что удельная теплоемкость льда в два раза меньше теплоемкости воды. Поэтому лед будет нагреваться в два раза быстрее воды. Растопить лед проще, чем нагреть воду. Как ни странно звучит, но это факт.

Расчет количества теплоты

Обозначается удельная теплоемкость буквой c и применяется в формуле для расчета количества теплоты:

Q = c*m*(t2 — t1),

где Q – это количество теплоты,c – удельная теплоемкость,m – масса тела,

t2  и t1 – соответственно, конечная и начальная температуры тела.

Формула удельной теплоемкости: c = Q / m*(t2 — t1)

По этой формуле можно рассчитать количество тепла, которое нам необходимо, чтобы нагреть конкретное тело до определенной температуры. Удельную теплоемкость различных веществ можно найти из соответствующих таблиц.

Также из этой формулы можно выразить:

  • m = Q / c*(t2-t1) — массу тела
  • t1 = t2 — (Q / c*m) — начальную температуру тела
  • t2 = t1 + (Q / c*m) — конечную температуру тела
  • Δt = t2 — t1 = (Q / c*m) — разницу температур (дельта t)

А что насчет удельной теплоемкости газов? Тут все запутанней. С твердыми веществами и жидкостями дело обстоит намного проще. Их удельная теплоемкость – величина постоянная, известная, легко рассчитываемая. А что касается удельной теплоемкости газов, то величина эта очень различна в разных ситуациях. Возьмем для примера воздух. Удельная теплоемкость воздуха зависит от состава, влажности, атмосферного давления.

При этом, при увеличении температуры, газ увеличивается в объеме, и нам надо ввести еще одно значение – постоянного или переменного объема, что тоже повлияет на теплоемкость. Поэтому при расчетах количества теплоты для воздуха и других газов пользуются специальными графиками величин удельной теплоемкости газов в зависимости от различных факторов и условий.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Количество теплоты: формула, расчет
Следующая тема:   Энергия топлива: удельная теплота сгорания + ПРИМЕРЫ

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/udelnaya-teployomkost-raschet-kolichestva-teploty

Что такое удельная теплоемкость вещества, характеристики полиметилсилоксана

Характеризует теплоусвояемость единицы массы физической системы при нагреве на 1 градус.

Размерность удельной теплоемкости, обозначаемой латинской буквой Ср, — Дж/(кг-К). Кроме того, различают объемную теплоемкость С„ (Дж/(м3-К)) и мольную теплоемкость См (Дж/(моль-К)). Зависимость удельной теплоемкости от температуры следует учитывать при проектировании нагревательных систем устройств для пластикации полимерных материалов.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость вещества показывает количество энергии, которую необходимо сообщить / отобрать, для того, чтобы увеличить / уменьшить температуру одного килограмма вещества на один градус Кельвина.

То есть в других словах, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) — это значит, что для того, чтобы нагреть один кг воды на один градус, необходимо передать этому кг воды 4,2 кДж энергии.

Удельная теплоемкость для любого вещества есть величина переменная, то есть она зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Если продолжать пример с водой, то ее удельная теплоемкость для 0°С равняется 4,218, а при 40°С 4,178 кДж/(кг*К). Для льда теплоемкость еще ниже — 2,11 кДж/(кг*К) для льда с температурой 0°С.

Что касается воды, необходимо отметить, что это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Другими словами, чтобы обеспечить заданное количество температуры, вода должна поглотить или отдать количество тепла значительно больше, чем любое другое тело такой же массы.

В связи с этим становится понятным интерес к воде, когда нужно обеспечить искусственный теплообмен. Количество тепла, необходимое для повышения температуры с Т н до Т k тела массой m можно рассчитать по следующей формуле:

Q = C x ( Т н – Т k ) x m , кДж

где m — масса тела, кг; С — удельная теплоемкость, кДж/(кг*К)

· Удельная теплоемкость твердых веществ

· Удельная теплоемкость некоторых жидкостей.

Удельная теплоемкость различных твердых веществ при 20 °С
( если не указано другое значение температуры )

Название Cp ж кДж/(кг °С) Название Cp ж кДж/(кг °С)
Асбест 0,80 Мрамор 0,80
Асбоцемент (плиты) 0,96 Панели легкие строительные 1,471,88
Асфальт 0,92 Парафин 2,19
Базальт 0,84 Песчаник глиноизвестковый 0,96
Бакелит 1,59 Песчаник керамический 0,75-0,84
Бетон 1,00 Песчаник красный 0,71
Бумага сухая 1,34 Пластмасса 1.672.09
Волокно минеральное 0,84 Полистирол 1,38
Гипс 1,09 Полиуретан 1,38
Глина 0,88 Полихлорвинил 1,00
Гранит 0,75 Пробка 1,262,51
Графит 0,84 Пробка, крошка 1,38
Грунт песчаный 1.13.2 Резина твердая 1,42
Дерево, дуб 2,40 Сера ромбическая 0,71
Дерево, пихта 2,70 Слюда 0,84
Древесно-волокнистая плита 2,30 Солидол 1,47
Земля влажная 2,0 Соль каменистая 2.13.0
Земля сухая 0,84 Соль каменная 0,92
Земля утрамбованная 1,0-3,0 Соль поваренная 0,88
Зола 0,80 Стекло 0,75-0,82
Известь 0,84 Стекловолокно 0,84
Кальцит 0,80 Тело человека 3,47
Камень 0.84..1,26 Торф 1,672,09
Каолин ( белая глина ) 0,88 Уголь бурый ( 0100 °С )
Картон сухой 1,34 20% воды 2,09
Кварц 0,75 60% воды 3,14
Кизельгур ( диатомит ) 0,84 в брикетах 1,51
Кирпич 0,84 Уголь древесный 0,75 1,17
Кирпичная стена 0,84 1,26 Уголь каменный ( 0100 °С ) 1,17 1,26
Кожа 1,51 Фарфор 0,80
Кокс ( 0100 °С ) 0,84 Хлопок 1,30
( 01000 °C ) 1,13 Целлюлоза 1.55
Лед ( 0 °С ) 2.11 Цемент 0,80
( -10 °С) 2,22 Чугун 0,55
( -20 °С ) 2,01 Шерсть 1,80
( -60 °С ) 1,64 Шифер 0,75
Лед сухой (твердая CO 2 ) 1,38 Щебень 0,751,00

Удельная теплоемкость различных жидких веществ при 20 ° С

( если не указано другое значение температуры )

Название Cp ж кДж/(кг °С) Название Cp ж кДж/(кг °С)
Ацетон 2,22 Масло минеральное 1,672,01
Бензин 2,09 Масло смазочное 1,67
Бензол ( 10 °С ) 1,42 Метиленхлорид 1,13
Бензол ( 40 °С ) 1,77 Метил хлорид 1,59
Вода чистая ( 0 °С ) 4,218 Морская вода ( 18 °С )
Вода чистая ( 10 °С ) 4,192 0,5 % соля 4,10
Вода чистая ( 20 °С ) 4,182 3 % соля 3,93
Вода чистая ( 40 °С ) 4,178 6 % соли 3,78
Вода чистая ( 60 °С ) 4,184 Нефть 0,88
Вода чистая ( 80 °С ) 4,196 Нитробензол 1,47
Вода чистая ( 100 °С ) 4,216 Парафин жидкий 2,13
Глицерин 2,43 Рассол ( -10 °С )
Гудрон 2,09 20% соли 3,06
Деготь каменноугольный 2,09 30% соли 2,642,72
Дифенил 2,13 Ртуть 0,138
Довтерм 1,55 Скипидар 1,80
Керосин бытовой 1,88 Спирт метиловый ( метанол ) 2,47
Керосин бытовой ( 100 °С ) 2,01 Спирт нашатырный 4,73
Керосин тяжелый 2,09 Спирт этиловый ( этанол ) 2,39
Кислота азотная 100%-я 3,10 Толуол 1.72
Кислота серная 100%-я 1,34 Трихлорэтилен 0,93
Кислота соляная 17%-я 1,93 Хлороформ 1,00
Кислота угольная ( -190 °С) 0,88 Этиленгликоль 2,30
Клей столярный 4,19 Эфир кремниевой кислоты 1,47

Источник: http://pms200.ru/info_specific_heat.htm

определение Удельная теплоемкость. Что означает слово Удельная теплоемкость?

Удельная теплоемкость — это количество, изучаемое физикой, которое связывает количество тепла, получаемого веществом, и его тепловое изменение.

Также называемая теплоемкостью, эта величина указывает количество тепла, необходимое для того, чтобы грамм любого вещества претерпел изменение температуры, соответствующее 1 ° С, в дополнение к показателю поведения материала при воздействии источника тепла.

Удельная теплоемкость напрямую связана с областью физики, называемой калориметрией, которая изучает передачу энергии от одного тела с более высокой температурой к другому телу с более низкой температурой.

В этом исследовании удельная теплоемкость присутствует в определении разумной теплоты и теплоемкости материала, потому что некоторые явления можно лучше понять из определения удельной теплоемкости.

И чем больше удельная теплоемкость, тем больше количество тепла, которое необходимо подавать или отводить от вещества, чтобы оно имело температурные колебания.

Вода, например, по сравнению с другими веществами имеет наибольшую удельную теплоемкость, соответствующую 1 кал / г ° С.

Таблица сравнения значений удельной теплоемкости

Другие вещества и материалы также имеют удельные значения удельной теплоемкости в соответствии с таблицей ниже:

вещество Удельная теплоемкость (кал / г ° С)
вода 1 кал / г ° C
Этиловый спирт 0, 58 кал / г ° C
Нержавеющая сталь 0, 22 кал / г ° C
воздух 0, 24 кал / г ° C
песок 0, 2 кал / г ° C
углерод 0, 12 кал / г ° C
вести 0, 03 кал / г ° C
медь 0, 09 кал / г ° C
железо 0, 11 кал / г ° C
лед 0, 50 кал / г ° C
водород 3, 4 кал / г ° C
мадера 0, 42 кал / г ° C
азот 0, 25 кал / г ° C
кислород 0, 22 кал / г ° C
стекло 0, 16 кал / г ° C

Удельная тепловая формула

Чтобы узнать удельную теплоемкость веществ, необходимо использовать следующую формулу:

где,

c — удельная теплоемкость (кал / г ° C или Дж / кг.К)

C — теплоемкость (кал / ° С или Дж / К)

м — масса (г или кг)

В Международной системе (СИ) удельная теплоемкость измеряется в Дж / кг. К (джоулей на килограмм и на кельвин). Однако наиболее часто используемым показателем является кал / г ° C (калорий на грамм и градус Цельсия).

Смотрите также значение тепла и температуры.

Источник: https://ru.basicdefinitions.org/366-specific-heat

Теплоемкость газов — что это? Удельная теплоемкость газа

Теплоемкость газа — это количество энергии, которое поглощает тело при его нагревании на один градус. Проанализируем основные характеристики данной физической величины.

Определения

Удельная теплоемкость газа представляет собой величины единицы массы конкретного вещества. Ее единицами измерения являются Дж/(кг·К). Количество теплоты, которое поглощается телом в процессе изменения его агрегатного состояния, связано не только с начальным и конечным состоянием, но и со способом перехода.

Подразделение

Теплоемкость газов делят на величину, определяемую при неизменном объеме (Cv), постоянном давлении (Ср).

В случае нагревания без изменения давления некоторое количество тепла расходуется на производство работы расширения газа, а часть энергии затрачивается для увеличения внутренней энергии.

Теплоемкость газов при постоянном давлении определяется количеством теплоты, которое расходуется на повышение внутренней энергии.

Газообразное состояние: особенности, описание

Теплоемкость идеального газа определяется с учетом того, что Сp-Сv=R. Последнюю величину называют универсальной газовой постоянной. Ее величина соответствует 8,314 Дж/(моль·К).

При проведении теоретических вычислений теплоемкости, например описания связи с температурой, недостаточно пользоваться только термодинамическими методами, важно вооружиться элементами статической физики.

Теплоемкость газов предполагает вычисление среднего значения энергии поступательного движения некоторых молекул. Такое движение суммируется из вращательного и поступательного движения молекулы, а также из внутренних колебаний атомов.

В статической физике есть информация о том, что на каждую степень свободы вращательного и поступательного движения приходится для газа величина, которая равна половине универсальной газовой постоянной.

Интересные факты

У частицы одноатомного газа предполагается три поступательных степени свободы, поэтому удельная теплоемкость газа имеет три поступательные, две вращательные, одну колебательную степени свободы. Закон их равномерного распределения приводит к приравниванию удельной теплоемкости при неизменном объеме к R.

В ходе экспериментов было установлено, что теплоемкость двухатомного газа соответствует величине R. Подобное несоответствие теории с практикой объясняется тем, что теплоемкость идеального газа связана с квантовыми эффектами, поэтому при проведении расчетов важно использовать статистику, базирующуюся на квантовой механике.

Исходя из основ квантовой механики, любая система частиц, которые совершают колебания либо вращения, включая молекулы газа, обладает только некоторыми дискретными значениями энергии.

Если энергии теплового движения будет в системе недостаточно для возбуждения колебаний определенной частоты, подобные движения не вносят своего вклада в суммарную теплоемкость системы.

В итоге конкретная степень свободы становится «замороженной», к ней невозможно применить закон равнораспределения.

Теплоемкость газов – важная характеристика состояния, от которой зависит функционирование всей термодинамической системы.

Температура, при достижении которой закон равнораспределения можно будет применить к колебательной либо вращательной степени свободы, характеризуется квантовой теорией, связывает постоянную Планка с константой Больцмана.

Двухатомные газы

Промежутки между вращательными энергетическими уровнями таких газов составляют незначительное количество градусов. Исключение составляет водород, в котором значение температуры определяется сотнями градусов.

Именно поэтому теплоемкость газа при постоянном давлении сложно описать законом равномерного распределения. В квантовой статистике при определении теплоемкости учитывают, что ее колебательная часть в случае понижения температуры быстро снижается, достигает нулевого значения.

Подобное явление объясняет тот факт, что при комнатных температурах практически нет колебательной части теплоемкости, для двухатомного газа она соответствует постоянной R.

Теплоемкость газа при постоянном объеме в случае низких температурных показателей определяется с помощью квантовой статистики. Существует принцип Нернста, который называют третьим началом термодинамики. Исходя из его формулировки, молярная теплоемкость газа будет убывать при понижении температуры, стремиться к нулевому показателю.

Особенности твердых тел

Если теплоемкость смеси газов можно объяснить с помощью квантовой статистики, то для твердого агрегатного состояния тепловое движение характеризуется незначительными колебаниями частиц вблизи положения равновесия.

У каждого атома есть три колебательные степени свободы, поэтому в соответствии с законом равнораспределения молярную теплоемкость твердого тела можно рассчитать как 3nR, причем n – количество атомов в молекуле.

На практике подобное число является тем пределом, к которому стремится при высоких температурных показателях величина теплоемкости твердого тела.

Максимум можно получить при обычных температурах у некоторых элементов, включая металлы. При n=1 выполняется закон Дюлонга и Пти, а вот для сложных веществ достичь такого предела достаточно сложно. Поскольку в реальности предел невозможно получить, происходит разложение либо плавление твердого вещества.

История квантовой теории

Основателями квантовой теории считаются Эйнштейн и Дебай в начале двадцатого века. Она базируется на квантовании колебательных движений атомов в определенном кристалле.

В случае невысоких температурных показателей теплоемкость твердого тела оказывается в прямо пропорциональной зависимости от абсолютной величины, взятой в кубе. Эта зависимость была названа законом Дебая.

В качестве критерия, который позволяет отличать низкие и высокие температурные показатели, берется их сравнение с дебаевской температурой.

Определяется такая величина спектром колебаний атома в теле, поэтому серьезно зависит от особенностей его кристаллической структуры.

QD – это величина, которая имеет несколько сотен К, но, к примеру, у алмаза она существенно выше.

В величину теплоемкости металлов значительный вклад вносят электроны проводимости. Для ее вычисления используют квантовую статистику Ферми. Электронная проводимость для атомов металлов прямо пропорциональна абсолютной температуре. Поскольку она является незначительной величиной, она учитывается только при значениях температуры, стремящихся к абсолютному нулю.

В качестве основного экспериментального метода выступает калориметрия. Для проведения теоретического расчета теплоемкости используется статистическая термодинамика. Он допустим для идеального газа, а также для кристаллических тел, проводится на основе экспериментальных данных о строении вещества.

Эмпирические методики расчета теплоемкости идеального газа базируются на представлении о химическом строении, вкладе отдельных групп атомов в Ср.

Для жидкостей также применяют методы, которые основываются на применении термодинамических циклов, которые позволяют переходить от теплоемкости идеального газа к жидкости через производную температуры энтальпии процесса испарения.

В случае раствора расчет теплоемкости в качестве аддитивной функции не допускается, так как избыточная величина теплоемкости раствора в основном существенна.

Чтобы провести ее оценку, потребуется молекулярно-статистическая теория растворов. Самым сложным считается выявление теплоемкости гетерогенных систем в термодинамическом анализе.

Заключение

Изучение теплоемкости позволяет проводить расчеты энергетического баланса процессов, протекающих в химических реакторах, а также в иных аппаратах химического производства. Кроме того, эта величина необходима для подбора оптимальных видов теплоносителей.

В настоящее время осуществляется экспериментальное определение теплоемкости веществ для различных температурных интервалов – от низких значений до высоких величин – основной вариант определения термодинамических характеристик вещества.

При проведении вычислений энтропии и энтальпии вещества применяют интегралы теплоемкости. Информация о теплоемкости химических реагентов в определенном температурном интервале позволяет рассчитывать тепловой эффект процесса.

Информация о теплоемкости растворов позволяет рассчитывать их термодинамические параметры при любых температурных значениях в рамках анализируемого промежутка.

К примеру, для жидкости характерно расходование части тепла на изменение величины потенциальной энергии реагирующих молекул. Такую величину называют «конфигурационной» теплоемкостью, используют для описания растворов.

Сложно вести полноценные математические вычисления без учета термодинамических характеристик вещества, его агрегатного состояния. Именно поэтому для жидкостей, газов, твердых веществ используют такую характеристику как удельная теплоемкость, позволяющую характеризовать энергетические параметры вещества.

Источник: https://FB.ru/article/360202/teploemkost-gazov---chto-eto-udelnaya-teploemkost-gaza

Теплоемкость воды: суть явления, виды и применение

Вода – источник жизни, существования планеты и всего на нейживого. Она – важная часть организма человека. При рассмотрении воды, какфизического объекта, ученые пользуются такими ее характеристиками, какплотность и теплоемкость. Но если с первой величиной все более или менее ясно,то по поводу теплоемкости воды возникает масса вопросов.

Понятие теплоемкости

Теплоемкость – это термин, использующийся для указанияобъема тепла, которое может поглотить или отдать нагретое, или остуженное тело(физический объект). Чтобы определить теплоемкость конкретного вещества илиобъекта соотносят количество поглощенной или выделенной теплоты в бесконечноминимальный промежуток времени и продолжительность измерения.

В физике этот процесс характеризуется также соотношениеммежду бесконечно малым количеством теплоты и таким же малым количествомтемпературы.

Теплоемкость измеряют в Джоулях – «Дж», обозначают большойлатинской буквой «С». Теплоемкость величина, зависимая и непостоянная,поскольку пропорциональна содержащемуся в нем веществу. Чем больше масса тела,тем больше энергии и тепла нужно для его нагревания. Таким образом, температураи масса – это основные характеристики, которыми нужно владеть для определениятеплоемкости тела. При измерении необходимо знать также температуру воздуха идавление.

Применение теплоемкости

Обычные люди редко пользуются понятием теплоемкости. Скореевсего, о нем они слышали только на школьных уроках физики. Те же, кто школуокончил давно и представить себе не могут, что давно позабытая физическаявеличина напрямую воздействует на их жизнь. От нее зависит, комфортными либудут условия нашего существования. Дело в том, что теплоемкость являетсяважной характеристикой:

  • на нее ссылаются при определении температуры горячей и холодной воды, поступающей по водопроводу в наши дома;
  • перед началом купального сезона соответствующие службы также определяют оптимальную температуру воды именно, на основе рассматриваемой величины;
  • ее учитывают при создании нагревающих или охлаждающих приборов (радиатор для обогрева, холодильник);
  • знание ее позволяет определить затраты на приготовление пищи в больших масштабах (в условиях ресторана, кафе, отеля).

Естественно, что обычные потребители, продавцы и повара вкафе, специальными расчетами не занимаются. За них это уже сделали инженеры,запрограммировав работу техники необходимым образом.

Расчет теплоемкости воды используют:

  • при наладке работы гидротурбин;
  • в производстве цементов;
  • в испытании характеристик сплава металла, из которого производят самолеты и железнодорожные поезда;
  • в строительстве;
  • при плавке;
  • в охлаждении.

Даже при исследовании космического пространства, применяютформулы, в которых задействуется рассматриваемая величина.

Виды теплоемкости

Существует несколько разновидностей теплоемкости. Впрактических целях чаще всего требуется рассчитать относительную, такжеизвестную, как удельную теплоемкость воды. Это количество тепла, извлеченноетелом из внешней среды для увеличения его собственной температуры на 1 градус.Величину выражают в Кельвинах. Существует несколько подвидов удельной величины.Все они зависят от выражающей их единицы. Это могут быть физическая илимолярная массы, объем. Так возникают:

  • массовая;
  • объемная;
  • молярная удельная теплоемкости.

При этом, 1 моль равен количеству вещества, содержащего 6 на10 в 23 степени молекул.

Та или иная величины применяются и рассчитываются взависимости от поставленной цели. В физике их обозначают по-разному:

  • массовую записывают латинской буквой С и выражают с помощью Джоулей на кг — Дж/кг*К;
  • объемную — С` (Дж/м3*К);
  • молярную — Сμ (Дж/моль*К).

При переходе воды из одного агрегатного состояния в другое(она может стать льдом или паром) удельная величина меняется. Интересно, чтонаиболее стабильной является теплоемкость воды, подогретой до 36-37 градусов.При подогреве от 0 до 37 градусов значение ее уменьшается, а после пересеченияэтого рубежа повышаться.

Отопление и теплоемкость

Для снабжения римских городов водой использовали акведуки, всовременные города она поступает по системе водопровода.

При этом, основнаязадача, которая стоит перед инженерами, занимающимися обустройствомцентрального отопления, заключается в создании такой конструкции водопровода,благодаря которому вода поставлялась бы в дома беспрепятственно.

В теплое времягода проблем с поставкой воды нет, но с наступлением зимних заморозковсоздается угроза промерзания водопровода, перехода содержащей его воды в другоеагрегатное состояние – лед, и соответственно разрушение всей конструкции (объемзамерзшей воды увеличивается).

Вычислив теплоемкость идущей по трубам воды, и зная длинувсего сооружения, инженер может рассчитать температуру, до которой нужноразогреть котел. Вместе с удельной вычисляют теплоемкость водяного пара (при100 градусах вода закипает и превращается в пар), поскольку в котлах,обеспечивающих движение горячей воды по трубам, находится именно пар. Давлениепара выше давления воды, поэтому при создании отопительной системы, и котлов вчастности, используют чрезвычайно прочные материалы.

Теплоемкость воды нелинейно связана с температурой. Этозначит, что для подогрева ее на 10 градусов, в промежутке от 30 до 40 нужноодно количество энергии, а для подогрева на эти же 10 градусов, но в промежуткеот 130 до 140 – другое.

Водяное охлаждение

Поскольку для подогрева воды требуется большое количествоэнергии, то ее часто используют в качестве естественного охладителя. Благодарявысокой теплоемкости, она быстро отбирает излишки энергии в виде тепла изокружающей среды.

В холодное время года за счет воды происходит обогревповерхности земного шара, а в теплое, ее охлаждение. Эта способность теплоносителяили воды к изъятию тепла применяется при работе с лазерами и на крупныхпроизводствах. На знании теплоемкости основывается работа ядерных реакторов,точнее принцип их охлаждения. Нагретая вода охлаждает всю систему, ядернаяреакция постоянно находится под контролем. В результате вращения нагретым паромтурбины выделяется электроэнергия и не происходит взрыва.

Наглядно процесс охлаждения водой чего-либо можно наблюдатьи в домашних условиях. Для этого достаточно отварить яйца вкрутую и поместитьих в холодную воду. Спустя некоторое время жидкость нагреется, а яичнаяскорлупа остынет.

Теплоемкость воды – интереснейшая из ее особенностей,благодаря наличию которой жизнь на планете происходит по привычной схеме. Знаяэту физическую величину, инженеры разрабатывают новое оборудование:холодильники, приборы для обогрева, работающие на масле, котлы, являющиесячастью отопительной системы.

Источник: https://VodaVoMne.ru/svojstva-vody/teploemkost-vody

Теплоемкость материалов — таблица

В строительстве очень важной характеристикой является теплоемкость строительных материалов. От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания. Прежде, чем приступить к ознакомлению с теплоизоляционными характеристиками отдельных строительных материалов, необходимо понять, что собой представляет теплоемкость и как она определяется.

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус.
Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

  • вид и объем нагреваемого материала (V);
  • показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
  • удельный вес (mуд);
  • начальную и конечную температуры материала.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности.

Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов

Для того, чтобы сравнить теплоемкость наиболее популярных строительных материалов, таких дерево, кирпич и бетон, необходимо рассчитать величину теплоемкости для каждого из них.

В первую очередь нужно определиться с удельной массой дерева, кирпича и бетона. Известно, что 1 м3 дерева весит 500 кг, кирпича – 1700 кг, а бетона – 2300 кг. Если мы берем стенку, толщина которой составляет 35 см, то путем нехитрых расчетов получим, что удельная масса 1 кв.

м дерева составит 175 кг, кирпича – 595 кг, а бетона – 805 кг.
Далее выберем значение температуры, при которой будет происходить накопление тепловой энергии в стенах. Например, это будет происходить в жаркий летний день с температурой воздуха 270С.

Для выбранных условий рассчитываем теплоемкость выбранных материалов:

  1.  Стена из дерева: С=СудхmудхΔТ; Сдер=2,3х175х27=10867,5 (кДж);
  2.  Стена из бетона: С=СудхmудхΔТ; Сбет=0,84х805х27= 18257,4 (кДж);
  3.  Стена из кирпича: С=СудхmудхΔТ; Скирп=0,88х595х27= 14137,2 (кДж).

Из произведенных расчетов видно, что при одинаковой толщине стены наибольшим показателем теплоемкости обладает бетон, а наименьшим – дерево. О чем это говорит? Это говорит о том, что в жаркий летний день максимальное количество тепла будет накапливаться в доме, выполненном из бетона, а наименьшее – из дерева.

Этим объясняет тот факт, что в деревянном доме в жаркую погоду прохладно, а в холодную погоду тепло. Кирпич и бетон легко накапливают в себе достаточно большое количество тепла из окружающей среды, но так же легко и расстаются с ним.

Теплоемкость и теплопроводность материалов

Теплопроводность – это физическая величина материалов, описывающая способность проникновения температуры с одной поверхности стены на другую.

Для создания комфортных условий в помещении необходимо, чтобы стены обладали высоким показателем теплоемкости и низким коэффициентом теплопроводности. В этом случае стены дома будут в состоянии накапливать тепловую энергию окружающей среды, но при этом препятствовать проникновению теплового излучения внутрь помещения.

Источник: https://stroydetali.com/teploemkost-materialov-tablica_/

Удельная теплоемкость воды, газов, паров и различных веществ (Таблица)

Удельная теплоёмкость (с) — это физическая величина, равная численно количеству теплоты, которое необходимо передать единице массе данного вещества для того, чтобы его температура изменилась на единицу.

В системе единиц (СИ) удельная теплоёмкость обозначается в джоулях на килограмм на кельвин, Дж/(кг·К).

Удельная теплоемкость расчитывается по следующей формуле:

где  Q — количество теплоты, полученное веществом при нагревании,

m — масса нагреваемого или охлаждаемого вещества,

ΔT — разность конечной и начальной температур вещества.

Удельная теплоемкость воды

Международный Комитет Мер и Весов принял в 1950 г. предложенные В. Дж. де Хаасом значения: cv = (15° С) = 4,1855дж/г · град С (соответствует значению, данному Бэрджем в 1941 г.); отсюда для ср(t °C) получается следующая формула:

Эта формула была дана Осборном, Стимсоном и Гиннингсом.

Во всех последующих таблицах значения с даны в единицах дж/г · град · С

Температура, °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4,2174 4,2138 4,2104 4,2074 4,2045 4,2019 4,1996 4,1974 4,1954 4,1936
10 4,1919 4,1904 4,1890 4,1877 4,1866 4,1855 4,1846 4,1837 4,1829 4,1822
20 4,1816 4,1810 4,1805 4,1801 4,1797 4,1793 4,1790 4,1787 4,1785 4,1783
30 4,1782 4,1781 4,1780 4,1780 4,1779 4,1779 4,1780 4,1780 4,1781 4,1782
40 4,1783 4,1784 4,1786 4,1788 4,1789 4,1792 4,1794 4,1796 4,1799 4,1801
50 4,1804 4,1807 4,1811 4,1814 4,1817 4,1821 4,1825 4,1829 4,1833 4,1837
60 4,1841 4,1846 4,1850 4,1855 4,1860 4,1865 4,1871 4,1876 4,1882 4,1887
70 4,1893 4,1899 4,1905 4,1912 4,1918 4,1925 4,1932 4,1939 4,1946 4,1954
80 4,1961 4,1969 4,1977 4,1985 4,1994 4,2002 4,2011 4,2020 4,2029 4,2039
90 4,2048 4,2058 4,2068 4,2078 4,2089 4,2100 4,2111 4,2122 4,2133 4,2145

Удельная теплоемкость тяжелой воды

Даны значения по отношению к обычной воде (ср — 1,000 при 20° С).

Температура, °С 10 20 30 40 50
Удельная теплоемкость 1,0097 1,0063 | 1,0044 1,0037 1.0041

Удельная теплоемкость ртути

Ртуть имеет минимум удельной теплоемкости при 140° С.

Температура, °С 20 40 60 80 100 200
Удельная теплоемкость ртути 0,1402 0,1394 0,1385 0,1377 0,1373 (0,137) (0,134)

Удельная теплоемкость газов и паров (таблица)

Значения при постоянном давлении относятся обычно к атмосферному давлению.

Газ Температура Удельная теплоемкость
При постоянном объеме (сp)
Азот 1) 0,732
Аргон 0—2 000 0,3122
Водород 2) ок. 50 10,05
Воздух 3) 0,718
Окись углерода СО 1000 0,950
Окись углерода СО 1800 1,002
Пары воды 100 1,463
Углекислый газ 4) ок. 55 0,691
При постоянном давление (cv)
Азота закись N3O 26—103 0,892
Азота окись NO 13—171 0,971
Азота перекись NO2 27—67 0,680
Аргон 15 0,523
Воздух (сухой) 20 1,006
Воздух (сухой) 100 1,011
Воздух (сухой) 500 1,092
Воздух (сухой) 1000 1,192
Воздух (сухой) —100 1,008
Воздух (сухой) (100 атм) —80 1,902
Сероуглерод CS2 86—190 0,670
Скипидар C10H1 179—249 2,118
Спирт метиловый СН2O 101—223 1,917
Хлороформ СНСl3 27—118 0,603
Эфир этиловый (C2H5)2O 25—111 1,791
1) Для N сv = 0,732 + 0,00067t, t обозначает темпера­туру.2) Для Н cv уменьшается с увеличением плотности и понижением температуры.3) Для воздуха cv = 0,7184 + 0,1167р, где р обозначает плотность (г/мл).4) Для СО2, cv= 0,691 + 0,889Р + 1,42р2.

Удельные теплоемкости различных веществ — жидкости, сплавы (таблица)

В большинстве случаев значения удельных теплоемкостей, данные в таблице, следует рассматривать как средние приближенные величины.

Вещество Температура, C Удельная теплоемкость
Различные вещества
Асбест 20—100 0,84
Базальт 20—200 0,84—1,00
Гранит 20—100 0,80—0,84
Кварц SiO2 0,73
Кварц SiO2 350 1,17
Кремнезем (плавленый) 15—200 0,84
Кремнезем (плавленый) 15—800 1,04
Лед —250 0,15
Лед —160 1,0
Лед —21—1 2,0—2,1
Мрамор белый 18 0,88—0,92
Парафин 0—20 2,9
Песок 20—100 0,80
Плавиковый шпат СаF2 30 0,88
Резина 15—100 1,13—2,1

Источник: https://infotables.ru/fizika/353-udelnaya-teploemkost-tablitsa

Количество теплоты. Удельная теплоёмкость – FIZI4KA

ОГЭ 2018 по физике ›

1. 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 количеством теплоты.

Количеством теплоты называется изменение внутренней энергии тела в процессе теплопередачи без совершения работы.

Количество теплоты обозначают буквой ​\( Q \)​. Так как количество теплоты является мерой изменения внутренней энергии, то его единицей является джоуль (1 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.

2. 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 теплоты требуется ему для нагревания. То же самое и с охлаждением: тело большей массы при охлаждении отдаёт большее количество теплоты.

Эти тела сделаны из одного и того же вещества и нагреваются они или охлаждаются на одно и то же число градусов.

\[ Q\sim m \]

​3. Если теперь нагревать 100 г воды от 30 до 60 °С, т.е. на 30 °С, а затем до 100 °С, т.е. на 70 °С, то в первом случае на нагревание уйдёт меньше времени, чем во втором, и, соответственно, на нагревание воды на 30 °С, будет затрачено меньшее количество теплоты, чем на нагревание воды на 70 °С. Таким образом, количество теплоты прямо пропорционально разности конечной ​\( (t_2\,\circ C) \)​ и начальной \( (t_1\,\circ C) \) температур: ​\( Q\sim(t_2-t_1) \)​.

4.

Если теперь в один сосуд налить 100 г воды, а в другой такой же сосуд налить немного воды и положить в неё такое металлическое тело, чтобы его масса и масса воды составляли 100 г, и нагревать сосуды на одинаковых плитках, то можно заметить, что в сосуде, в котором находится только вода, температура будет ниже, чем в том, в котором находятся вода и металлическое тело. Следовательно, чтобы температура содержимого в обоих сосудах была одинаковой нужно воде передать большее количество теплоты, чем воде и металлическому телу. Таким образом, количество теплоты, необходимое для нагревания тела зависит от рода вещества, из которого это тело сделано.

5. Зависимость количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от рода вещества характеризуется физической величиной, называемой удельной теплоёмкостью вещества.

Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг вещества для нагревания его на 1 °С (или на 1 К), называется удельной теплоёмкостью вещества.

Такое же количество теплоты 1 кг вещества отдаёт при охлаждении на 1 °С.

Удельная теплоёмкость обозначается буквой ​\( c \)​. 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.

Удельная теплоёмкость свинца 140 Дж/кг °С. Это значит, что для нагревания 1 кг свинца на 1 °С необходимо затратить количество теплоты 140 Дж. Такое же количество теплоты выделится при остывании 1 кг воды на 1 °С.

Поскольку количество 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 \( (t_1\,\circ C) \) до температуры \( (t_2\,\circ C) \), равно произведению удельной теплоёмкости вещества, массы тела и разности конечной и начальной температур, т.е.

\[ Q=cm(t_2{}\circ-t_1{}\circ) \]

​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.

6. Пример решения задачи. В стакан, содержащий 200 г воды при температуре 80 °С, налили 100 г воды при температуре 20 °С. После чего в сосуде установилась температура 60 °С. Какое количество теплоты получила холодная вода и отдала горячая вода?

При решении задачи необходимо выполнять следующую последовательность действий:

  1. записать кратко условие задачи;
  2. перевести значения величин в СИ;
  3. проанализировать задачу, установить, какие тела участвуют в теплообмене, какие тела отдают энергию, а какие получают;
  4. решить задачу в общем виде;
  5. выполнить вычисления;
  6. проанализировать полученный ответ.

1. Условие задачи.

Дано:
​\( m_1 \)​ = 200 г
​\( m_2 \)​ = 100 г
​\( t_1 \)​ = 80 °С
​\( t_2 \)​ = 20 °С
​\( t \)​ = 60 °С
______________

​\( Q_1 \)​ — ? ​\( Q_2 \)​ — ?
​\( c_1 \)​ = 4200 Дж/кг · °С

2. СИ: ​\( m_1 \)​ = 0,2 кг; ​\( m_2 \)​ = 0,1 кг.

3. Анализ задачи. В задаче описан процесс теплообмена между горячей и холодной водой. Горячая вода отдаёт количество теплоты ​\( Q_1 \)​ и охлаждается от температуры ​\( t_1 \)​ до температуры ​\( t \)​. Холодная вода получает количество теплоты ​\( Q_2 \)​ и нагревается от температуры ​\( t_2 \)​ до температуры ​\( t \)​.

4.

Решение задачи в общем виде. Количество теплоты, отданное горячей водой, вычисляется по формуле: ​\( Q_1=c_1m_1(t_1-t) \)​.

Количество теплоты, полученное холодной водой, вычисляется по формуле: \( Q_2=c_2m_2(t-t_2) \).

5. Вычисления.
​\( Q_1 \)​ = 4200 Дж/кг · °С · 0,2 кг · 20 °С = 16800 Дж
\( Q_2 \) = 4200 Дж/кг · °С · 0,1 кг · 40 °С = 16800 Дж

6. В ответе получено, что количество теплоты, отданное горячей водой, равно количеству теплоты, полученному холодной водой. При этом рассматривалась идеализированная ситуация и не учитывалось, что некоторое количество теплоты пошло на нагревание стакана, в котором находилась вода, и окружающего воздуха. В действительности же количество теплоты, отданное горячей водой, больше, чем количество теплоты, полученное холодной водой.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. Удельная теплоёмкость серебра 250 Дж/(кг · °С). Что это означает?

1) при остывании 1 кг серебра на 250 °С выделяется количество теплоты 1 Дж 2) при остывании 250 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 1 Дж 3) при остывании 250 кг серебра на 1 °С поглощается количество теплоты 1 Дж

4) при остывании 1 кг серебра на 1 °С выделяется количество теплоты 250 Дж

2. Удельная теплоёмкость цинка 400 Дж/(кг · °С). Это означает, что

1) при нагревании 1 кг цинка на 400 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж 2) при нагревании 400 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 1 Дж 3) для нагревания 400 кг цинка на 1 °С его необходимо затратить 1 Дж энергии

4) при нагревании 1 кг цинка на 1 °С его внутренняя энергия увеличивается на 400 Дж

3. При передаче твёрдому телу массой ​\( m \)​ количества теплоты ​\( Q \)​ температура тела повысилась на ​\( \Delta t\circ \)​. Какое из приведённых ниже выражений определяет удельную теплоёмкость вещества этого тела?

1) ​\( \frac{m\Delta t\circ}{Q} \)​
2) \( \frac{Q}{m\Delta t\circ} \)​
3) \( \frac{Q}{\Delta t\circ} \)​
4) \( Qm\Delta t\circ \)​

4.

На рисунке приведён график зависимости количества теплоты, необходимого для нагревания двух тел (1 и 2) одинаковой массы, от температуры. Сравните значения удельной теплоёмкости (​\( c_1 \)​ и ​\( c_2 \)​) веществ, из которых сделаны эти тела.

1) ​\( c_1=c_2 \)​
2) ​\( c_1>c_2 \)​
3) \( c_1

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/kolichestvo-teploty-udelnaja-teplojomkost.html

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Дом холодильников
Сколько хранится лук в холодильнике

Закрыть